電化學(xué)氫化物發(fā)生-微量吸收池分光光度法測定金銀花中不同價態(tài)砷的應(yīng)用研究

鄭 琰 張玉欣 劉 月 夏雪文 孟慶華

（江蘇師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 江蘇 徐州 221116）

電化學(xué)氫化物發(fā)生-微量吸收池分光光度法測定金銀花中不同價態(tài)砷的應(yīng)用研究

鄭 琰 張玉欣 劉 月 夏雪文 孟慶華

（江蘇師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 江蘇 徐州 221116）

本文利用自行設(shè)計制作的一個電解裝置，建立了一個將樣品于硫酸介質(zhì)中生成砷化氫氣體的反應(yīng)系統(tǒng)，用硝酸銀-聚乙烯醇-無水乙醇混合液作吸收顯色劑的微量砷的分光光度法（簡稱新銀鹽法）并通過流動注射定量反應(yīng)，不同價態(tài)的無機砷在鉛電極上具有較高的電化學(xué)氫化物發(fā)生效率，同時又存在較為明顯的差異。通過選擇不同的電流條件，采用電化學(xué)氫化物發(fā)生與微量吸收池分光光度法聯(lián)用技術(shù)有效地實現(xiàn)了無機砷的形態(tài)分析。

電解裝置；電化學(xué)氫化物發(fā)生；微量吸收池分光光度法；無機砷（Ⅲ，Ⅴ）；金銀花；流動注射

1 前言

砷在自然界中有很多存在形式，且各種形式的毒性隨形態(tài)不同而發(fā)生變化[1]。所以藥品、食品中砷含量的檢測對于廣大人民的健康安全極其重要。在中藥（金銀花）中對砷含量進行限度檢查，對了解藥物的毒性和檢測藥物質(zhì)量等方面也具有重要的意義。金銀花中無機砷以三價砷(As(III))和五價砷(As(V))存在,它們在人體中的作用機制不同,毒性也不同,As(III)的毒性為As(V)的60倍,樣品中砷的含量有嚴格的限量。中國藥典上最常用的有古蔡氏法和Ag（DDC）法[2-3]。這兩種方法操作較簡便，檢測結(jié)果易得，可需要大量的試劑，如碘化鉀、鹽酸、酸性氯化亞錫、氯仿等等，會對環(huán)境造成很大的污染，對成本也有很大的要求，而且靈敏度較低，重復(fù)性較差[4]。目前本課題的研究水平也在不斷的提高，現(xiàn)在技術(shù)比較常用的檢砷途徑有：原子吸收法（AAS），原子熒光光譜分析法（AFS），電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES），X-射線熒光法（XRF），電化學(xué)方法等。然而這些過程要求高投入，設(shè)備昂貴，還要求經(jīng)過特別訓(xùn)練的操作員[5]。并且傳統(tǒng)方法中一般只測定樣品中的總砷量, 這顯然不能給出有關(guān)毒性的確切信息。因而, 建立簡便、準確、快速的測定樣品中不同價態(tài)砷的分析方法具有重要的實際意義[6-8]。電化學(xué)氫化物發(fā)生法是一種新的氫化物發(fā)生技術(shù),可以克服其他方法的一系列缺點。它用電化學(xué)氫化物發(fā)生法與微量吸收池分光光度法相結(jié)合,通過改變電解電流條件,同時直接測定金銀花中的As(III)和As(V),獲得了較滿意的效果。而且這種方法只需要一個供電流裝置，一個自己設(shè)計的電解裝置，以及分光光度計和流動注射儀就可以完成實驗。不但操作簡便，不需要消耗太多原料，并且綠色環(huán)保,成本低廉，分析速度快，靈敏度高，重現(xiàn)性好及線性范圍可調(diào)。

2 實驗部分

2.1 儀器

90-2定時恒溫磁力攪拌器，直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，電流表，高能粉碎機（上海申光儀器儀表有限公司），F(xiàn)IA-3110流動注射分析處理儀（北京吉天儀器有限公司），722光柵分光光度計，電解裝置（自制，附帶鉑電極和鉛電極）。

2.2 試劑

無水乙醇（分析純，安徽安特生物化學(xué)有限公司），H2SO4（優(yōu)級純，北京化工廠）,HNO3（優(yōu)級純，溧陽市東方化學(xué)試劑有限公司），AgNO3（分析純，南京化學(xué)試劑廠），HClO4（分析純）。

2.2.1 硝酸銀溶液：稱得4.0750g硝酸銀（分析純）于200mL燒杯，加去離子水100mL，攪拌溶解后，加入濃硝酸30mL。將此溶液注入500mL容量瓶，以去離子水定容。

2.2.2 聚乙烯醇溶液：稱得1.0031g聚乙烯醇于500 mL燒杯，加去離子水500mL，在不斷攪拌下，加熱至試劑完全溶解，蓋上表面皿，繼續(xù)保持微沸10分鐘，自然冷卻至室溫。

2.2.3 吸收液：用50mL量筒量取硝酸銀溶液20mL注入褐色容量瓶，再加入聚乙烯醇溶液20mL，混勻。再加入無水乙醇40mL，充分混勻。此溶液現(xiàn)用現(xiàn)配[4]。

2.3 形態(tài)分析基本原理

在相同電解電流的條件下,含不同形態(tài)被分析物混合樣品的吸光度可表示為各種形態(tài)分析物純組分吸光度的線性加和。即通過測得的As(III)和As(V)的吸收總和可以表示為∶AT( i)=KIII(i)[As(III)]+KV（i)[As(V)]式中,AT(i)表示樣品在電解電流為i時的吸光度,KIII(i)和KV(i)分別是As(III)和As(V)純組分在電流為i時測得工作曲線的斜率,[As(III)]和[As(V)]分別是樣品中As(III)和As(V)的含量[3]。而在不同電流條件下As(III)和As(V)的吸光度又不成線性關(guān)系，因此此法能應(yīng)用于其形態(tài)分析。

2.4 實驗過程和操作步驟

圖1 電解裝置圖 electrolytic device Microcuvette

圖2 微型比色皿結(jié)構(gòu)

圖3 分析系統(tǒng)圖System analysis

表1 流動注射儀操作程序Flow injection apparatus instruction

操作步驟：按圖1和圖2連接儀器，連好管路，吸取5mL配好的砷液裝到氣液分離裝置中，0.5mol/L稀硫酸溶液裝入陽極液池，調(diào)節(jié)好電流，程序等條件后開啟流動泵，程序前三步為潤洗，第四步同樣將吸收液充滿0.5mL定量管，第五步閥打到inj狀態(tài)，空氣將液體打入微量吸收池，此時可調(diào)零，分光光度計調(diào)節(jié)波長到410nm處，第六步開始電解，生成的氣體會自動與微型吸收池中的吸收液發(fā)生反應(yīng)。可直接測出其吸光度。通過流動注射和管路來控制液體體積也是一種創(chuàng)新，若程序和管路足夠，5mL砷液也可用這種方法[7-12]。該過程基本實現(xiàn)了反應(yīng)的自動化。

3 結(jié)果與討論

3.1 電極和電解質(zhì)溶液的選擇

在選擇電極方面，最合適此電解反應(yīng)的陰極電極是玻璃碳電極，因為玻璃碳電極對砷的電解反應(yīng)完全沒有干擾，可是玻璃碳電極購買不便，所以只能選擇同樣對砷反應(yīng)干擾較小的鉛電極。而陽極電極選擇石墨電極效果很差，石墨浸泡在溶液中會分裂成小顆粒，這些小顆粒雖然不反應(yīng)，但是會堵塞導(dǎo)管。于是我們選擇了性質(zhì)相近的鉑電極，因為鉑性質(zhì)很穩(wěn)定,跟硫酸不發(fā)生任何反應(yīng)。為適當(dāng)增加溶液的導(dǎo)電性, 選擇0.5 mol/L 的硫酸作為陽極電解質(zhì)溶液[3]。

3.2 硫酸濃度的選擇

表2 硫酸濃度對溶液吸光度的影響The effect of different concentration of sulphuric acid to the absorbance of solution

考慮到電解液循環(huán)流速，電解時間，硫酸的濃度，以及電解電流的大小對于電解反應(yīng)的影響，經(jīng)過電化學(xué)氫化物法的正交實驗,用極差分析法對測定結(jié)果分析后表明，電解時間是影響結(jié)果的最主要因素。從均值看來最佳反應(yīng)條件為流速為20轉(zhuǎn)/min,電解電流選擇應(yīng)盡量大但不損壞儀器裝置，電解時間應(yīng)盡量長，但由于時間有限,我們選擇濃度大的樣品電解5分鐘，硫酸濃度選擇0.0100mol/L。

3.3 電解電流的選擇

表3 電解電流對As ( Ⅲ) 和As ( Ⅴ) 吸收值的影響the effect of different electrolytic current to the absorbance of As(Ⅲ) and As(Ⅴ)

圖4 電解電流對As ( Ⅲ) 和As ( Ⅴ) 吸收值的影響the effect of different electrolytic current to the absorbance of As(Ⅲ) and As(Ⅴ)注：電解時間2分鐘，硫酸濃度0.0100mol/L, As(Ⅲ)=1.000μg/ mL，As(Ⅴ)=1.000μg/mL取5mL電解

根據(jù)形態(tài)分析方法基本原理,各形態(tài)含量的計算中要求各形態(tài)分析物純組分在不同電流條件下的校正曲線斜率不成比例,并且兩種組分的斜率比差別越大越有利于減小分析誤差。從As(III)和As(V)電流曲線來看,As(III)的吸收信號在0.6A～1.0A范圍內(nèi)隨電流變化增加較快,而在大于1.0A以后隨電流增加更為緩慢;而As(V)的吸收信號隨電流的增加在高電流范圍比低電流范圍稍快些。另外,電流在大約0.8A和1A 時,As(III)與As(V)吸收信號差較大,又考慮到測定靈敏度,所以選擇0.8 A 和1 A為進行無機砷形態(tài)分析的兩個電流[3]。

3.4 標(biāo)準工作曲線的繪制

圖5 0.8A時三價砷的工作曲線，得K3=1.3014the working curve of trivalent arsenic when current is 0.8A，K3=1.3014

圖6 0.8A時五價砷的工作曲線，得K5=0.4121the working curve of pentavalent arsenic when current is 0.8A，K5=0.4121

圖7 1.0A時三價砷的工作曲線, 得K3=1.574the working curve of trivalent arsenic when current is 1.0A，K3=1.574

圖8 1.0A時五價砷的工作曲線，得K5=0.4713the working curve of pentavalent arsenic when current is 1.0A，K5=0.4713

3.5 模擬樣品檢測結(jié)果

將濃度分別為0.1000μg/mL，0.3000μg/ mL，0.4000μg/mL，0.2500μg/mL的As(Ⅲ)與As(Ⅴ)以不同的體積比配成混合溶液，在0.8A和1.0A時分別測其吸光度計算各自回收率。

表4 模擬樣品的檢測結(jié)果 detection result of simulate sample

該結(jié)果表明之前所測結(jié)果的準確性和靈敏度均較好，基本達到了預(yù)期效果。

3.6 樣品處理和測定結(jié)果

金銀花的消化：取樣品0.5～1g至100ml高頸三角瓶中，加HNO3 20ml,蓋表面皿放置過夜，然后加一小漏斗于電爐上緩慢加熱，保持微沸，待剩余液體1～2ml時（三角瓶內(nèi)無固體物質(zhì)），放冷，加3：1硝酸和高氯酸混合溶液20ml，繼續(xù)消化，至溶液無色透明，取下漏斗后加入10ml水，加熱沸騰排除多余酸（出現(xiàn)白煙時漲熱數(shù)分鐘）。定容至10ml。

表5 樣品中三價砷和五價砷的測定結(jié)果testing result of trivalent arsenic and pentavalent arsenic in sample

4 結(jié)論

實驗證明電化學(xué)電解產(chǎn)生氫化物發(fā)生法和微量吸收池分光光度技術(shù)可以應(yīng)用到測定砷的含量中，并且可同時直接測定金銀花中的As(III)和As(V)，實驗的線性良好，重復(fù)性較好，污染少，毒性小,成本低廉，分析速度快，原料用量少，靈敏度較高，實現(xiàn)了反應(yīng)自動化等優(yōu)點[13-16]。但是由于其他的原因我們很多方面沒有能夠完成，比如干擾實驗，檢測限的計算等等，另外實驗的推廣應(yīng)用，自動監(jiān)測等方面以后還有待提升?？傃灾?，此方法具有很好的開發(fā)應(yīng)用前景。

[1]高一平.環(huán)境樣品中砷的分析方法新進展[J].福建分析測試，1999，8（1）：P1001-1004.

[2]中華人民共和國藥典，2005版，附錄。

[3]李勛，薛珺，戚琦，張旻杰.電化學(xué)氫化物發(fā)生-原子吸收光譜法測定不同價態(tài)的無機砷[J].理化檢驗-化學(xué)分冊，2007，43（12）：P1027-1029.

[4]汪炳武，張衛(wèi)華.新銀鹽光度法測定微量砷的研究[J].分析化學(xué)，1988，16（5）：P419-423.

[5]李勛，戚琦，薛珺，朱亞晉.電化學(xué)氫化物發(fā)生與原子吸收光譜聯(lián)用對鮮牛奶中無機砷的形態(tài)分析[J].食品研究與開發(fā)，2007，28（11）：P121-123.

[6]郭莉霞，王遠亮，辛娟.痕量砷測定方法的研究進展[J].重慶大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，28（9）：P124-128.

[7]劉國權(quán)，王春旭，謝兵，武文華.流動注射分光光度法測定砷的研究[J].分析化學(xué)，1992，20（7）：P810-812.

[8]方肇倫等.流動注射分析法[M].北京：科學(xué)出版社，1999，P130-139.

[9]劉經(jīng)才，胡波，郭影儀，丘星初.流動注射分光光度法測定廢水中硫化物的研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2003，19（1）：P28-30.

[10]徐華華，陳劍宏.流動注射氣體擴散技術(shù)測定水中微量硫離子的研究[J].分析化學(xué)，1992年，20（7）：P844-846.

[11]龍希偉，吳霆，李芳，陸平，陳寧.水中氨氮的流動注射分光光度法在線檢測[J].艦船防化，2008，2： P34-37.

[12]馬惠昌，劉景富.微孔膜氣體擴散分離流動注射光度法測定廢水中氰化物[J].分析化學(xué)，1993，21（4）：P449-451.

[13]B.-zmen，F(xiàn)-M.Matysik，N.H.Bings，J.A.C.Broekaert. Optimization and evaluation of different chemical and electrochemical hydride generation systemsfor the determination of arsenic by microwave plasma torch optical emission spectrometry [J]. Spectrochimica Acta Part B Atomic Spectroscopy，2004，59（7）： P941-950.

[14]S.Schermer，L.Jurica，J.Paumard，E.Beinrohr，F(xiàn).M.Matysik，J.A.C.Broekaert. Optimization of electrochemical hydride generation in a miniaturized electrolytic flow cell coupled to microwave-induced plasma atomic emission spectrometry for the determination of selenium [J]. Fresenius Journal of Analytical Chemistry，2001，371（6）： P740-745.

[15] J.H.Gibson，W.E.L.Grossman，W.D. Cooke. Excitation processes in flame spectrometry [J]. Analytical Chemistry，1963，35 (3)： P266-277.

[16] Xun Li，Jing Jia，Zhenghao Wang. Speciation of inorganic arsenic by electrochemical hydride generation atomic absorption spectrometry[J]. Analytical Chimica Acta，2006，560（1-2）：P153-158.

Electrochemical Hydride Generation-micro Absorption Spectrophotometric Determination of Inorganic Arsenic of Different Valency State

ZHENG Yan, ZHANG Yu-xin, LIU Yue, XIA Xue-wen, MENG Qing-hua*(School of Chemistry anf Chemical Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116 China)

By using a self-designed production of electrolytic devices, The establishment of a sulfuric acid in the samples will be generated in the reaction of hydrogen arsenide, and the mixture of silver nitrate, polyvinyl alcohol, ethanol as fluid absorption. The spectrophotometry which measure trace arsenic is also named new silver method. And it quantitative through the flow-injection reaction. High rates of Electrochemical hydride generation(EC-HG) of Inorganic arsenic in tri- and penta- valent state were obtained at the glassy carbon cathode in the electrolytic cell. Differences in sensitivity and in slopes of calibration curves for As(Ⅲ) and As(Ⅴ) were also observed. Based on these facts and by selecting different conditions of electrolytic currents at 0.8A and 1.0A,EC-HG was hyphenated with spectrophotometry of microcuvette for the speciation analysis of inorganic arsenic.

The electrolysis is installed;Electrochemical hydride generation;Spectrophotometry of microcuvette;Inorganic arsenic (Ⅲ,Ⅴ);Honeysuckle;Flow-injection.

TQ15

A

1009-5624-（2016）01-0020-06