PEI與Cr(Ⅲ)螯合物結(jié)構(gòu)的測(cè)定及其分析應(yīng)用

衛(wèi)睿華

摘要：使用分光光度法與電導(dǎo)滴定法研究了聚乙烯亞胺(PEI)與Cr³⁺的配合過(guò)程，測(cè)定了二者形成的螯合物結(jié)構(gòu)。Cr³⁺與水溶性聚胺PEI可以定量地形成六配位螫合物，而且配合過(guò)程速度很快，螯合物穩(wěn)定；在用PEI水溶液滴定Cr³⁺過(guò)程中，體系的電導(dǎo)率快速下降，在滴定終點(diǎn)電導(dǎo)率發(fā)生了清晰的轉(zhuǎn)變。建立了測(cè)定CR³⁺含量的一種新方法PEI螯合作用電導(dǎo)滴定法，考察了各種因素對(duì)分析方法的影響，優(yōu)化了分析條件。

關(guān)鍵詞：聚乙烯亞胺；鉻離子；螯合物；電導(dǎo)滴定

中圖分類號(hào)：R945

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-8136(2009)29-0086-03

聚乙烯亞胺(Polyethyleneimine。PEI)是一種典型的水溶性聚胺，大分子鏈上擁有大量的胺基N原子，使PEI具有很強(qiáng)的授電子性，這表現(xiàn)在它對(duì)重金屬離子能產(chǎn)生很強(qiáng)的螯合作用[1]，對(duì)重金屬離子具有良好的富集、分離性能，因此聚乙烯亞胺是一種功能性水溶性大分子，其特性已引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，正將其應(yīng)用于重金屬離子的吸附分離[1，2]、環(huán)境保護(hù)[3，4]等研究領(lǐng)域。

在研究化學(xué)鍵合有PEI的載體對(duì)重金屬離子吸附分離作用的過(guò)程時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，線性大分子聚乙烯亞胺與Cr³⁺會(huì)發(fā)生快速的螯合作用，生成穩(wěn)定的、六配位的水不溶性螯合物。在此基礎(chǔ)上，本研究建立了一種快速、準(zhǔn)確且方便的測(cè)定Cr³⁺含量的新方法-PEI螯合作用電導(dǎo)滴定法，不但可以測(cè)定水溶液中的Cr³⁺含量，而且還可用來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)定水溶液中聚乙烯亞胺及其它可溶性胺的含量，因此PEI-Cr³⁺配位螫合體系在檢測(cè)分析無(wú)機(jī)金屬離子及水溶性高分子的檢測(cè)分析領(lǐng)域，具有明顯的應(yīng)用價(jià)值。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

聚乙烯亞胺(武漢強(qiáng)龍化學(xué)工業(yè)有限公司，Mr=50000)，化學(xué)純；硝酸鉻(Cr(NO₃)3·5H₂O,，天津市化學(xué)試劑三廠)，分析純；硝酸銨(紅星化工廠)，分析純；濃氨水(太原化肥廠化學(xué)試劑廠)，分析純；濃鹽酸(太原化肥廠化學(xué)試劑廠)，分析純；其它試劑均為分析純?cè)噭?/p>

上海尤尼柯公司的UV-2602紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)；上海司樂(lè)儀器廠的721型分光光度計(jì)；上海第二分析儀器廠的PHS-2型酸度計(jì)；上海雷磁儀器廠的DDS-IIA型電導(dǎo)率儀。

1.2PEI與Cr³⁺螯合過(guò)程吸收光譜的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取一定量的已干燥至恒重的PEI，在1L容量瓶中用蒸餾水稀釋并定容，得到體積摩爾濃度一定的(按PEI大分子鏈中的N原子計(jì)算，為0.01574mol·L^-1)PEI水溶液。

準(zhǔn)確稱取一定量的Cr(NO₃)3·5H₂O，在1L容量瓶中用蒸餾水稀釋并定容，得到體積摩爾濃度為0.01574mol·L^-1，的C³⁺溶液。

取若于份5mL濃度為0.01574 mol·L^-1的Cr³⁺溶液分別置于若干個(gè)50mL容量瓶中，再向其中加人不同體積的濃度亦為0.01574 mol·L^-1的PEI溶液，用蒸餾水稀釋并定容至刻度，體系在高速離心機(jī)上離心分離后，以空白試劑為參比，用UV-2602分光光度計(jì)在490—660nm測(cè)定各上清液的吸收光譜。

1.3PEI與Cr³⁺螯合過(guò)程電導(dǎo)率的測(cè)定

用移液管準(zhǔn)確量取5mLCr³⁺溶液于三角瓶中，加入5mL緩沖溶液(pH=6)，使用PEI溶液滴定Cr³⁺溶液，用DDS-IIA型電導(dǎo)率儀測(cè)定滴定過(guò)程中加入不同體積PEI時(shí)溶液的電導(dǎo)率。

1.4PEI螯合作用電導(dǎo)滴定法測(cè)定Cr³⁺含量的分析方法

用移液管準(zhǔn)確量取5mL待測(cè)鉻溶液以及5mL緩沖溶液，使用PEI標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定鉻溶液，測(cè)定滴定過(guò)程中溶液的電導(dǎo)率與消耗的PEI溶液體積，繪制電導(dǎo)率-PEI溶液體積(K-v)曲線，由曲線的折點(diǎn)確定滴定終點(diǎn)時(shí)消耗的PEI溶液體積，由下式可求得鉻的含量(g·L^-1)。

c=V×c_N×M_Cr/6×5

式中：c：待測(cè)鉻溶液中鉻的含量，g·L^-1

V：轉(zhuǎn)折點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的PEI溶液的體積，mL；

c_N：PEI溶液的含氮體積摩爾濃度，mol·L^-1；

M_Cr/6×5：鉻的摩爾質(zhì)量。

2結(jié)果與討論

2.1 PEI—Cr³⁺)螯合物的結(jié)構(gòu)

按照實(shí)驗(yàn)方法1.2，使5mL的Cr³⁺溶液(水合Cr³⁺離子的顏色為深綠色)與濃度相同但體積不同的PEI溶液發(fā)生配合反應(yīng)，產(chǎn)物為蘋果綠色的水不溶物質(zhì)，用蒸餾水稀釋并定容至刻度，體系在高速離心機(jī)上離心分離后，以空白試劑PEI溶液為參比，用UV-2602分光光度計(jì)在490nm～660nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)定各混合體系上清液的吸收光譜，見(jiàn)圖1。從圖中可以看出。隨著PEI溶液加入量的增多，體系的吸光度逐漸減?。划?dāng)加入的PEI溶液體積為30mL(h譜線)，即當(dāng)加入的PEI溶液中N的物質(zhì)的量與Cru離子的物質(zhì)的量之比為6:1時(shí)，體系吸光度達(dá)到最小。A=0。表明Cr³⁺已配合完畢；再繼續(xù)加入PEI溶液，體系的吸光度仍為零，i譜線與h譜線重合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地表明，PEI大分子鏈中的胺基N原子與Cr³⁺發(fā)生了配合，形成了配位數(shù)為6的穩(wěn)定螯合物。

圖2為5mL的Cr³⁺溶液在用PEI溶液滴定過(guò)程中，體系電導(dǎo)率隨PEI溶液體積的變化曲線。從圖中看出，當(dāng)消耗30mL的PEI溶液時(shí)，曲線發(fā)生了清晰的轉(zhuǎn)折，這表明二者(Cr³⁺，N)反應(yīng)的計(jì)量比為1:6，再次證實(shí)了PEI大分子鏈與Cr³⁺發(fā)生了配合作用，生成了配位數(shù)為6的螯合物。由此看來(lái)，PEI與Cr³⁺的螯合作用既速度快，又定量，在此基礎(chǔ)上本研究建立了一種測(cè)定水溶液中Cr³⁺含量的新方法一PEI螫合作用電導(dǎo)滴定法。

2.2PEI螯合作用電導(dǎo)滴定法測(cè)定Cr³⁺含量條件的選擇

2.2.1酸度的影響