火焰原子吸收光譜測定葡萄糖酸鋅口服液中鋅含量

許錦帆，朱信宇，楊科，楊爾文，趙之翰，陳秋同，李泓毅，程晉凱，孫一駿，王京,3，陳朗星,2，唐安娜,2,＊

1 南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院，天津 300071

2 南開大學(xué)分析科學(xué)研究中心，天津市生物傳感與分子識別重點實驗室，天津 300071

3 南開大學(xué)化學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心，天津 300071

1 自主實驗選題

南開大學(xué)實驗教學(xué)中心積極鼓勵本科生開展自主實驗，培養(yǎng)學(xué)生在基礎(chǔ)儀器分析實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上進行深度學(xué)習(xí)；提高學(xué)生的創(chuàng)新性意識、自主能動性和積極性；培養(yǎng)學(xué)生將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，解決生活中一些實際問題的能力[1]。學(xué)生組成實驗小組，根據(jù)興趣進行實驗選題，設(shè)計實驗內(nèi)容，在教師指導(dǎo)下完成實驗。實驗選題可面向基礎(chǔ)性研究，或聚焦創(chuàng)新性，或貼近生活實際。

鋅是人體必需的微量元素之一，在人體生長發(fā)育過程中起著極其重要的作用。鋅有幫助生長發(fā)育、智力發(fā)育、提高人體免疫力、促進食欲的作用。兒童和青少年生長發(fā)育速度較快，對鋅營養(yǎng)的需求量較高，但往往因為飲食搭配不合理，造成鋅攝入量不足。

葡萄糖酸鋅為有機鋅補劑，對胃黏膜刺激小，在體內(nèi)易被人體吸收，且溶解性好，被廣泛應(yīng)用于保健品、醫(yī)藥和食品中。葡萄糖酸鋅口服液是生活中常見的補鋅類非處方藥，用于治療因缺鋅引起的營養(yǎng)不良、厭食癥、口腔潰瘍、兒童生長發(fā)育遲緩等疾病[2]。

原子吸收光譜法(Atomic Absorption Spectrometry，AAS)是基于待測元素氣態(tài)基態(tài)原子對共振輻射吸收而建立的元素定量分析方法，具有選擇性好、靈敏度高和重現(xiàn)性好等優(yōu)點。

通過本科生自主實驗，原子吸收實驗組同學(xué)建立了火焰原子吸收光譜法測定葡萄糖酸鋅口服液中鋅含量的分析方法。采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法測定其中鋅的含量，并對實驗結(jié)果進行分析討論。本實驗測定葡萄糖酸鋅口服液中鋅含量，選題貼近生活，解決實際問題，可激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的興趣。同時運用儀器分析基礎(chǔ)課程中“原子吸收光譜”的知識，加深學(xué)生對標(biāo)準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法、檢出限、靈敏度、線性范圍等概念的理解(圖1)。

圖1 自主實驗設(shè)計思維導(dǎo)圖

2 自主實驗設(shè)計

2.1 儀器與試劑

HITACHI ZA3000原子吸收分光光度計；Zn空心陰極燈；吸量管；移液器；容量瓶；10 μg·mL?1Zn標(biāo)準(zhǔn)儲備液；葡萄糖酸鋅口服液；濃硝酸。

2.2 儀器工作條件選擇

狹縫寬度1.3 nm；助燃氣壓力160 kPa，流量15.0 L·min?1；乙炔流量1.8 L·min?1；火焰測量高度7.5 mm；波長213.9 nm，燈電流5.0 mA。

2.3 鋅標(biāo)準(zhǔn)系列的制備

采用了預(yù)實驗的方法尋找線性范圍，即先在包含未知樣濃度(參考值)的范圍內(nèi)取相隔距離較大的幾個點，完成測試后作圖并擬合相關(guān)系數(shù)。為了進一步增加實驗的準(zhǔn)確性，使繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線所用樣品的濃度盡可能接近未知樣的濃度，在預(yù)實驗中線性關(guān)系良好的范圍內(nèi)進一步縮小濃度范圍，取點配制溶液、測試、繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，最終得到了用于實際樣品測試的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

按表1配制方法用移液管在50 mL容量瓶中加入含鋅10 μg·mL?1的高標(biāo)溶液并加入兩滴濃硝酸溶液，配制標(biāo)準(zhǔn)樣并以此繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表1 配制標(biāo)準(zhǔn)樣所用的試劑用量

2.4 葡萄糖酸鋅口服液樣品的稀釋

采用逐級稀釋方法稀釋葡萄糖酸鋅口服液樣品：在50 mL容量瓶中加入2滴濃硝酸溶液，加入約5 mL超純水稀釋，取合適體積的樣品，以5倍、10倍和10倍的稀釋倍率將其逐級稀釋500倍，定容搖勻，備用[3,4]。

2.5 未知液(增量系列)的配制

按表2配制方法采用標(biāo)準(zhǔn)加入法配制未知樣，用移液管取2.50 mL稀釋50倍的樣品溶液加入50 mL容量瓶完成1000倍的稀釋，再加入不同體積的標(biāo)準(zhǔn)溶液及兩滴濃硝酸，配制未知樣及增量系列并以此繪制標(biāo)準(zhǔn)加入曲線。

表2 配制未知樣所用的試劑用量

2.6 數(shù)據(jù)的測量

(1) 在儀器最佳工作條件下，以空白溶液調(diào)吸光度等于0，按濃度由低到高檢測標(biāo)準(zhǔn)系列及增量系列，記錄吸光度值，用于制作標(biāo)準(zhǔn)曲線及標(biāo)準(zhǔn)加入曲線，求出未知液中鋅含量。

(2) 在同樣條件下，連續(xù)測定6次Zn的空白溶液(標(biāo)1)，用于計算該方法的檢出限。

(3) 在同樣條件下，連續(xù)測定6次Zn未知液1，用于計算該方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差[5]。

3 實驗結(jié)果

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線法

各標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和吸光度如表3所示，作標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2。

表3 各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值

圖2 標(biāo)準(zhǔn)加入法測定Zn含量

圖2 標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定Zn含量

(1) 未知樣濃度。

標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：y= 0.1451x+ 0.01733，在0.00–3.00 μg·mL?1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。稀釋500倍后的未知樣吸光度為0.1855，由標(biāo)準(zhǔn)曲線求出樣品濃度為579.50 μg·mL?1。

(2) 特征濃度。

由1.00 μg·mL?1Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值求特征濃度[6]c0：

(3) 方法相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。

由未知樣的6次測量結(jié)果求出RSD值為0.43%。

(4) 靈敏度S。

靈敏度即標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率，S= 0.1451。

(5) 檢出限D(zhuǎn)L。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)加入法

各組加入Zn濃度及吸光度如表4所示，作標(biāo)準(zhǔn)加入法吸光度曲線(圖3)。

表4 各未知溶液的吸光度值

(1) 未知樣濃度。

標(biāo)準(zhǔn)加入曲線方程為：y= 0.1389x+ 0.0924，在0.00–2.00 μg·mL?1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。用外推法求出樣品濃度為665.23 μg·mL?1。

(2) 方法相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。

由未知1的6次測量結(jié)果求出RSD值為0.12%。

(3) 靈敏度S。

靈敏度即曲線的斜率，S= 0.1389。

4 深入討論

4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法的分析比較

采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法在繪制好標(biāo)準(zhǔn)工作曲線后，可以直接從標(biāo)準(zhǔn)曲線上讀出含量，尤其適用于大量樣品的分析，但該方法存在基體干擾。在繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線時，一般使用的是待測組分的標(biāo)準(zhǔn)樣品(或已知準(zhǔn)確含量的樣品)，但是實際樣品的組成千差萬別，也必將由于基體不同影響測定的準(zhǔn)確度。標(biāo)準(zhǔn)加入法可以消除基體干擾，克服基體復(fù)雜時待測樣品與標(biāo)準(zhǔn)溶液組成不相同帶來的影響。對于基體組成未知的實際樣品測定，一般標(biāo)準(zhǔn)加入法得到的結(jié)果會更為準(zhǔn)確。

4.2 對稀釋過程中相對誤差的討論

在實驗中對樣品稀釋500倍時，可采用兩種稀釋方法：使用50 mL容量瓶進行逐級稀釋，或直接使用1000 mL容量瓶進行一次稀釋。在稀釋過程中，影響稀釋相對誤差的主要因素有：稀釋步驟的選取、移取待稀釋樣品的過程以及稀釋容器本身的定容體積。假設(shè)欲將一濃度為C的樣品經(jīng)一次或多次稀釋后稀釋至Cx濃度，則Cx的計算公式為：

式中，V1i為各次被稀釋樣品的量入體積，V2i為各次樣品的定容體積，n為稀釋次數(shù)，則稀釋所帶來的誤差完全由量器和定容的最大相對誤差決定。若忽略稀釋過程中認為恒定的個人誤差，稀釋濃度Cx相對誤差的計算便可轉(zhuǎn)化為一系列量器相對誤差的計算。根據(jù)最大相對誤差的計算法則及Cx的計算公式，可以導(dǎo)出其最大相對誤差的計算公式為：

式中，|δ|是稀釋之后樣品濃度的最大相對誤差；是各移液管的容量最大相對誤差；|δ2n|是各容量瓶的容量最大相對誤差。

因此，當(dāng)將一樣品的濃度稀釋至定值時，稀釋的步驟越少，被稀釋樣品的取樣量和定容體積越大，那么稀釋以后樣品濃度的最大相對誤差就會相應(yīng)減小[3]。由此可以看出，在理想條件下一次稀釋由于涉及的移液和定容操作少，稀釋濃度的相對誤差比逐級稀釋小。但上述討論所作的假設(shè)是個人誤差在兩種稀釋方法中恒定。實際上，考慮到1000 mL的容量瓶比50 mL的容量瓶更難混合均勻等實際因素，且標(biāo)液的配制體積過大，所以并不可取。

5 結(jié)語

在本實驗中，我們使用標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法測定了葡萄糖酸鋅口服液中鋅的含量。由于所用的樣品為未知樣，相較于儀器分析實驗中所提供的提前配制或已經(jīng)經(jīng)過多次檢測的樣品具有更大的不確定性，且測試方法相關(guān)的參數(shù)未知。因此需要自行摸索儀器工作參數(shù)、樣品的稀釋倍數(shù)、線性范圍、標(biāo)準(zhǔn)加入法的加入體積等，建立一套分析方法。在完成儀器分析的理論課學(xué)習(xí)后，同學(xué)們對檢出限、靈敏度、線性范圍等概念缺乏直觀和深入的認識。本實驗通過自行摸索條件，建立分析方法，進而完成對未知樣品的測試并對實驗結(jié)果進行分析探討。該自主實驗的開展，有利于基礎(chǔ)階段教學(xué)型實驗向研究型實驗的過渡，有助于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用分析技術(shù)解決生活中實際問題的能力。