丁二酮肟分光光度法測(cè)定生物浸礦培養(yǎng)基中的鎳含量

盧嗣嚴(yán) 石倩倩

(1.阜新實(shí)驗(yàn)中學(xué)；2.遼寧省礦物加工利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院)

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丁二酮肟分光光度法測(cè)定生物浸礦培養(yǎng)基中的鎳含量

盧嗣嚴(yán)1石倩倩2,3

(1.阜新實(shí)驗(yàn)中學(xué)；2.遼寧省礦物加工利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院)

通過(guò)設(shè)置不同波長(zhǎng)、不同顯色時(shí)間、不同酒石酸鉀鈉含量、氫氧化鈉含量、過(guò)硫酸銨含量和丁二酮肟含量等試驗(yàn)條件，確定了丁二酮肟分光光度法測(cè)定生物浸礦培養(yǎng)基中鎳含量的最佳條件。試驗(yàn)結(jié)果表明：丁二酮肟光度法測(cè)定生物浸礦培養(yǎng)基中鎳含量的最佳波長(zhǎng)為460 nm，400 g/L酒石酸鉀鈉的最佳用量為10 mL，50 g/L氫氧化鈉的最佳用量為20 mL，30 g/L過(guò)硫酸銨的最佳用量為8 mL，10 g/L丁二酮肟的最佳用量為10 mL，顯色時(shí)間最佳為20 min，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線Abs=0.264 17c-0.010 3，R2=0.998 4；該測(cè)定方法操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性好，適合用于生物濕法冶金中鎳含量的快速準(zhǔn)確測(cè)定。

鎳 生物浸礦 分光光度法 丁二酮肟

鎳被稱為“鋼鐵工業(yè)的維生素”[1]，其主要被應(yīng)用于化學(xué)、電鍍、制造、電池等行業(yè)[2]。鎳的測(cè)定方法有很多，有X射線熒光光譜法(XRF)[3]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP—AES)[4-5]、原子吸收光譜法(AAS)[6]和分光光度法[7-8]等。其中XRF、ICP-AES和AAS設(shè)備比較昂貴，分析成本高，而分光光度法設(shè)備價(jià)格相對(duì)低廉，使用方便，受到研究人員的青睞。但是，目前尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道分光光度法測(cè)定生物浸礦培養(yǎng)基中鎳含量的方法。為此，使用丁二酮肟分光光度法測(cè)定生物浸礦培養(yǎng)基中的鎳含量[9]，其原理是在堿性介質(zhì)中，以酒石酸鉀鈉為掩蔽劑，以過(guò)硫酸銨為氧化劑，將Ni2+氧化成Ni4+，使Ni4+與丁二酮肟反應(yīng)，生成酒紅色絡(luò)合物[10]。測(cè)定結(jié)果表明，該法具有顯色穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，適用于生物濕法冶金中鎳含量的快速準(zhǔn)確測(cè)定。

1 研究方法

1.1 主要儀器和試劑

試驗(yàn)儀器：FA2004型電子天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)，7230G型可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海佑科儀器儀表有限公司)，THZ-98A恒溫振蕩箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)，SW-CG-1A單人凈化工作臺(tái)(哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司)。

試驗(yàn)試劑：硫酸鎳、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、過(guò)硫酸銨、丁二酮肟、FeSO4·7H2O、升華硫、分析純；蒸餾水，自制。

鎳標(biāo)液(100 μg/mL)的配制：用電子天平準(zhǔn)確稱取0.044 8 g的NiSO4·6H2O置于100 mL的容量瓶中，用事先過(guò)濾好的細(xì)菌培養(yǎng)液溶解，最后定容。

1.2 菌株和培養(yǎng)基

菌株：氧化亞鐵微螺菌(Leptospirillum ferriphilum)與喜溫嗜酸硫桿菌(Acidithiobacillus caldus)混合菌，由中南大學(xué)生物冶金實(shí)驗(yàn)室贈(zèng)送。

浸礦菌培養(yǎng)：取無(wú)鐵9K培養(yǎng)基90 mL置于250 mL的錐形瓶中，用1∶1硫酸調(diào)節(jié)pH值為2.0，加入10 g FeSO4·7H2O和1 g S，然后加入10 mL菌種，放入溫度為45 ℃、轉(zhuǎn)速為200 n的恒溫振蕩箱中培養(yǎng)6 d后，取培養(yǎng)液過(guò)濾，用于配制鎳標(biāo)液。無(wú)鐵9K液體培養(yǎng)基[11]成分見(jiàn)表1。

表1 無(wú)鐵9K培養(yǎng)基成分含量 g/L

注：蒸餾水含量單位為mL。

1.3 分析方法

取鎳標(biāo)液2 mL置于100 mL的容量瓶中，依次加入10 mL 400 g/L的酒石酸鉀鈉溶液、20 mL 50 g/L的NaOH溶液、8 mL 30 g/L的過(guò)硫酸銨溶液、10 mL 10 g/L的堿性丁二酮肟溶液(50 g/L NaOH介質(zhì))，混勻，定容，靜置20 min后，以隨同試樣為參比，在波長(zhǎng)為460 nm的可見(jiàn)分光光度計(jì)上測(cè)定吸光度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 波長(zhǎng)的影響

取2 mL鎳標(biāo)液按照標(biāo)準(zhǔn)分析方法操作后，在不同波長(zhǎng)下測(cè)定其吸光度，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 波長(zhǎng)對(duì)吸光度的影響

由圖1可見(jiàn)，在波長(zhǎng)為410～460 nm內(nèi)，隨波長(zhǎng)的增大，吸光度增大；當(dāng)波長(zhǎng)為460 nm時(shí)，吸光度達(dá)到最大；波長(zhǎng)為460～510 nm時(shí)，隨著波長(zhǎng)的遞增，吸光度降低；所以分光光度法測(cè)定生物浸礦中鎳含量的最佳波長(zhǎng)為460 nm。

2.2 酒石酸鉀鈉用量

氧化亞鐵微螺菌(Leptospirillum ferriphilum)可以把培養(yǎng)基中的Fe2+氧化成Fe3+，所以生物浸礦培養(yǎng)基中含有大量的Fe3+，NaOH會(huì)和Fe3+反應(yīng)生成沉淀，所以加入NaOH之前，需要先加入酒石酸鉀鈉，生成相應(yīng)的絡(luò)合物，防止沉淀生成。酒石酸鉀鈉加入量會(huì)對(duì)吸光度有影響，所以有必要確定酒石酸鉀鈉的最佳用量。

分別加入濃度為400 g/L的酒石酸鉀鈉溶液5、10、15、20、25、30mL，其他條件不變，測(cè)定其吸光度，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 酒石酸鉀鈉用量對(duì)吸光度的影響

由圖2可見(jiàn)，當(dāng)酒石酸鉀鈉的加入量少于10 mL時(shí)，F(xiàn)e3+掩蔽的不完全，而大于10 mL時(shí)，吸光度基本恒定，變化不大；所以，酒石酸鉀鈉的最佳加入量為10 mL。

2.3 NaOH用量

丁二酮肟分光光度法測(cè)定鎳含量的原理是在堿性介質(zhì)中，以酒石酸鉀鈉為掩蔽劑，以過(guò)硫酸銨為氧化劑，將Ni2+氧化成Ni4+，使Ni4+與丁二酮肟反應(yīng)，生成酒紅色絡(luò)合物。生物浸礦在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行，丁二酮肟分光光度法測(cè)定生物浸礦培養(yǎng)基中的鎳含量時(shí)，需要加入適量NaOH，使溶液呈堿性，提高過(guò)硫酸銨的氧化能力，使溶液當(dāng)中的Ni2+氧化成Ni4+，從而使Ni4+與丁二酮肟顯色完全，否則會(huì)影響鎳含量測(cè)定的準(zhǔn)確性。

分別加入濃度為50 g/L的NaOH溶液5、10、15、20、25、30 mL，其他條件不變，測(cè)定其吸光度，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 氫氧化鈉用量對(duì)吸光度的影響

由圖3可見(jiàn)，隨NaOH加入量的增多，溶液的吸光度增大，這是因?yàn)殡S著堿性的增強(qiáng)，過(guò)硫酸銨的氧化能力越來(lái)越大，有更多的Ni2+被氧化成Ni4+，進(jìn)而有更多的Ni4+與丁二酮肟反應(yīng)，所以吸光度增大；當(dāng)加入量大于20 mL時(shí)，吸光度基本恒定；所以，NaOH的最佳加入量為20 mL。

2.4 過(guò)硫酸銨用量

過(guò)硫酸銨具有很強(qiáng)的氧化性，可以把Ni2+氧化成Ni4+，從而使鎳離子顯色完全。如果過(guò)硫酸銨加入量不足，只能使部分Ni2+被氧化為Ni4+，如果過(guò)硫酸銨加入量過(guò)多，生成的絡(luò)合物會(huì)被破壞，影響鎳含量的準(zhǔn)確測(cè)定。分別加入濃度為30 g/L的過(guò)硫酸銨溶液2、4、6、8、10、12、14 mL，其他條件不變，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 過(guò)硫酸銨用量對(duì)吸光度的影響

由圖4可見(jiàn)，隨過(guò)硫酸銨加入量增加，吸光度升高，這是因?yàn)樵絹?lái)越多的Ni2+被氧化為Ni4+，Ni4+與丁二酮肟反應(yīng)，顏色越來(lái)越深，吸光度增大；當(dāng)過(guò)硫酸銨加入量大于8 mL時(shí)，生成的絡(luò)合物被破壞，導(dǎo)致吸光度降低；所以，過(guò)硫酸銨的最佳加入量為8 mL。

2.5 丁二酮肟用量

在丁二酮肟光度法測(cè)定生物浸礦培養(yǎng)基中的鎳含量時(shí)，丁二酮肟是顯色劑，可以與Ni4+反應(yīng)，生成相應(yīng)的絡(luò)合物。丁二酮肟加入量過(guò)少，顯色不完全，所以適量的丁二酮肟顯得尤為重要。分別加入2、4、6、8、10、12 mL濃度為10 g/L的丁二酮肟溶液，其他條件不變，測(cè)定其吸光度，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 丁二酮肟用量對(duì)吸光度的影響

由圖5可見(jiàn)，隨丁二酮肟加入量的增加，吸光度增大，這是因?yàn)樵絹?lái)越多的丁二酮肟與Ni4+反應(yīng)，顯色越來(lái)越完全，表現(xiàn)為吸光度增大；由于氧化Ni4+所需的丁二酮肟的量是一定的，當(dāng)加入量大于8 mL時(shí)，表現(xiàn)為吸光度趨于穩(wěn)定；為保險(xiǎn)起見(jiàn)，丁二酮肟的最佳加用量確定為10 mL。

2.6 顯色時(shí)間及其穩(wěn)定性

由于溶液顏色完全顯現(xiàn)需要一定的過(guò)程，所以需要確定溶液完全顯色的時(shí)間。設(shè)置5、10、15、20、25、30 min后測(cè)定溶液的吸光度，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 顯色時(shí)間對(duì)吸光度的影響

由圖6可見(jiàn)，隨時(shí)間的增加，吸光度增大，20 min后趨于穩(wěn)定，說(shuō)明20 min后溶液顯色完全，所以在用丁二酮肟光度法測(cè)定生物浸礦培養(yǎng)基中的鎳含量時(shí)，應(yīng)在加入丁二酮肟20 min后測(cè)定為宜。

2.7 鎳標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

用移液管依次吸取0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL鎳標(biāo)液，置入100 mL的容量瓶中，在最佳試驗(yàn)條件下測(cè)定繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見(jiàn)圖7。Ni的質(zhì)量濃度在0～3 μg/mL吸光度與其質(zhì)量濃度呈線性關(guān)系，線性回歸方程為Abs=0.264 17c-0.010 3，相關(guān)系數(shù)為0.998 4。

圖7 鎳標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.8 準(zhǔn)確度和回收率

取鎳標(biāo)液2 mL(鎳質(zhì)量濃度2.000 μg/mL)，進(jìn)行5次平行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。取已知鎳質(zhì)量濃度(1.000 μg/mL)5個(gè)樣品，分別如表3加標(biāo)量，進(jìn)行回收率試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。由表2、表3可知，該分析鎳含量的方法準(zhǔn)確度很高。

μg/mL

表3 回收率試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 論

(1)試驗(yàn)確定了丁二酮肟光度法測(cè)定生物浸礦培養(yǎng)基中鎳含量的最佳條件為波長(zhǎng)460nm，反應(yīng)時(shí)間20min，400g/L的酒石酸鉀鈉溶液10mL，50g/L的NaOH溶液20mL，30g/L的過(guò)硫酸銨溶液8mL，10g/L的堿性丁二酮肟溶液10mL(在100mL的容量瓶中反應(yīng))；建立了鎳濃度與吸光度的關(guān)系曲線：Abs=0.26417c-0.0103，R2=0.9984，檢測(cè)范圍為0～3μg/mL。

(2)該測(cè)定方法具有快速、簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于生物濕法冶金中鎳含量的測(cè)定。

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2016-07-28)

盧嗣嚴(yán)(1998—)，女，123000 遼寧省阜新市。