CN102010370B - 一种用于重金属测定的分析试剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于重金属测定的分析试剂及其制备方法和应用，所述的重金属包括铅、镉、汞，特别是痕量的铅、镉、汞。本发明提供了一种新的分析试剂，其具有通式(I)的化学结构。该分析试剂的合成分两步反应，苯胺重氮化后与8-氨基喹娜啶偶联得到5-苯偶氮-8-氨基喹娜啶，然后与2，4-二羟基苯甲醛缩合可得产品5-苯偶氮-8-(2，4-二羟基苯甲醛)-缩氨基喹娜啶。本发明基于新合成的分析试剂，建立了一种用高效液相色谱测定痕量铅、镉、汞的新方法。方法的检测限可达μg/L级。方法测定结果用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法作对照，结果相符合。

Description

一种用于重金属测定的分析试剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于分析化学领域，更具体地说，本发明涉及一种用高效液相色谱测定铅、镉、汞的分析试剂。同时，本发明还涉及该试剂的制备方法和在烟草工业中的应用。

背景技术

铅、镉、汞是烟草中的重要有害元素，铅能破坏血液，使红血球分解，同时通过血液扩散到全身器官和组织并进入骨骼，造成挠骨神经麻痹及手指震颤症。镉中毒可使肌肉萎缩关节变形，骨胳疼痛难忍，不能入睡，发生病理性骨折。汞会使神经中枢破坏而神经失常，坐立不安，痛苦万分。因此，烟草、烟用添加剂和卷烟辅料中铅、镉、汞的准确测定是非常必要的。

目前、铅、镉、汞等重金属元素含量测定的方法有分光光度法、原子吸收法、原子荧光法、等离子体发射光谱法，等离子体质谱法等。近年来，用高效液相色谱法测定重金属也得到广泛应用，该类方法通过柱前衍生，让重金属元素和有机试剂生成稳定的有色络合物，通过色谱柱分离后再用紫外可见光度检测器检测测定。柱前衍生试剂是液相色谱测定重金属元素的关键，目前常用于重金属元素测定的柱前衍生试剂主要有卟啉类试剂、吡啶偶氮类试剂、喹啉偶氮类试剂、若丹宁类试剂等。这些试剂有的生成络合物不够稳定，有的灵敏度低，实际应用受到限制；而且对于一些重金属元素含量低的样品(例如，烟草、卷烟辅料及烟用加剂等)，普通液相色谱法灵敏度也不能满足测定的要求。对此，迫切地需要加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新的分析试剂。

本发明的另一目的是提供一种所述分析试剂的制备方法。

本发明进一步的目的是提供所述分析试剂在痕量铅、镉、汞测定中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

*除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。

A.本发明提了一种新的分析试剂，它具有下述结构式：

其命名为：5-苯偶氮-8-(2，4-二羟基苯甲醛)-缩氨基喹娜啶。

B.本发明提供了一种所述分析试剂的制备方法，该法采用下述步骤：

(1)重氮化——将0.1moL苯胺、2.5mL浓盐酸和3mL的水混合，加热溶解，置冰浴中冷至5℃以下，低温搅拌下滴入10％的亚硝酸钠水溶液10mL。继续反应30min，加少量尿素除去未反应的亚硝酸钠。将0.1moL的8-氨基喹娜啶溶于20mL 1∶1的醋酸中，低温搅拌下将上述重氮盐滴入其中，并随时补充稀氢氧化钠，控制pH值在5-6之间，低温偶合2h，过滤得粗品，用升华法除去产物中低熔点部分，得黄色纯品(5-苯偶氮-8-氨基喹娜啶)，产率为72％。

(2)缩合——0.05mol的5-苯偶氮-8-氨基喹娜啶溶于6mL无水乙醇中，加热溶解，将含0.1mol的2，4-二羟基苯醛的5mL乙醇溶液滴入其中，再加3滴浓HCl催化，反应一段时间后，溶液由紫红色变成黄色，有沉淀析出。滤出沉淀，用乙醇与水洗涤得粗品。经四氯化碳∶甲醇＝7∶3做柱层析展开剂柱层析分离，收集橙红色色带，蒸干溶剂可得橙红色固体纯品(5-苯偶氮-8-(2，4-二羟基苯甲醛)-缩氨基喹娜啶)，即为所需的分析试剂，产率为88％。

C.本发明基于新合成的分析试剂，提供了测定痕量铅、镉、汞的新方法，并将该方法应用于烟草工业的分析测试中：

(1)样品消化——准确称取样品(烟草、卷烟辅料或烟用添加剂)0.5g于聚四氟乙烯微波消化罐中，加入5mL浓硝酸和8mL 30％H₂O₂，于微波消化炉中消化20min；消化完后于电热板上加热蒸发至近干，用20mL 5％的硝酸溶解残渣，转入50mL容量瓶中。

(2)柱前衍生——在样品消化液中加入0.1％的5-苯偶氮-8-(2，4-二羟基苯甲醛)-缩氨基喹娜啶乙醇溶液5mL，调节pH值到近中性，再加入pH＝10.0硼砂-氢氧化钠缓冲溶液10mL，用水稀释到近刻度，定容到50mL。该溶液以10ml/min的流速通过活化好的Waters Xterra^TMRP₁₈固相萃取小柱，富集完后以10ml/min的流速用1.0mL乙醇洗脱，洗脱液准确调整体积为1.0mL，然后用0.45μm针头过滤器过滤，供色谱分析用。

本发明提供的分析测定方法的工作原理：本发明所述试剂可和铅、镉、汞生产稳定的疏水性络合物，由于中心离子不同，络合物的疏水性有差异，和反相色谱固定相的作用力也有差异，从而在反相色谱柱上可达到分离。重金属元素在紫外-可见光区没有吸收，但和本发明的衍生试剂络合后形成大的共轭体系，在可见光区有强烈吸收，从而可用光度检测器实现灵敏检测。

本发明采用的实验条件：铅、镉、汞与本发明试剂在弱碱性条下生成稳定的络合物，pH达10左右时络合物最稳定，因此本发明选用pH 10.0硼砂-氢氧化钠缓冲冲液10ml控制显色酸度，以确保形成稳定的络合物。本发明试剂的用量也影响络合物的生成，为了让待测定的金属离子完全反应，络合试剂的量必须过量，在本发明中，络合试剂用乙醇配成0.1％的溶液，用量在1.0ml左右可让待测定的重金属离子完全反应，考虑到其它共存离子也会与试剂反应消耗试剂，因此试验选择试剂用量为5.0ml。试验结果表明，络合物生后在10h内吸光度能保持不变，说明络合物非常稳定。

由于本发明试剂与铅、镉、汞生成的络合物在弱酸性或中性条件稳定性较差，用弱酸性或中性流动相洗脱时易造成络合物分解，流动相的pH需控制在9以上络合物才稳定，因此实验选用A(0.05moL/L pH＝10.0四氢吡咯-醋酸缓冲溶盐)和B(乙腈(内含0.05moL/L pH＝10.0四氢吡咯-醋酸缓冲溶盐))为流动相，梯度洗脱具有较好的分离效果，因此实验选用梯度洗脱；以体积比按：0min(A 70％+B 30％)，10min(A 40％+B 60％)，线性递增的梯度条件可使铅、镉、汞的络合物与其他干扰元素的络合物完全分离，因此实验选用该流动相条件。由于普通键合硅胶色谱柱只在pH范围2～8范围内稳定，因此实验选用Waters Xterra^TMRP₁₈色谱柱。该色谱柱在pH 1～12范围内均有很好的稳定性。

样品中铅、镉、汞络合物的色谱峰均由其保留时间及二极管矩阵检测器所记录各峰的光谱图与标样对照确认；并对各个测定样品作了峰纯度分辨，证明铅、镉、汞络合物的色谱峰均达到完全分离，由二极管矩阵检测器所记录光谱图可知：铅、镉、汞的络合物在510nm处均有较大吸收，因此本发明选择510nm为检测波长。

在本实验的显色条件下，除Pb²⁺，Cd²⁺，Hg²⁺外，其它离子Ni²⁺，Cu²⁺，Ag⁺，Zn²⁺，Pd²⁺等也会与试剂反应生成络合物，因此我们做了干扰实验，对于1.0μg的Pb²⁺，Cd²⁺，Hg²⁺，干扰离子允许量为：Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺(4000μg)；Ag⁺，Pd²⁺(600μg)；方法的选择性很好。

用峰面积定量法得工作曲线，结果见表1，进样量为20μL时，根据信燥比S/N＝3，算得各组分的检测限，结果见表1。表中A为峰面积，C单位为(μg/L)。

表1.回归方程、相关系数及检测限

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明合成了5-苯偶氮-8-(2，4-二羟基苯甲醛)-缩氨基喹娜啶，和传统试剂相比，该试剂和铅、镉、汞生成的络合物非常稳定，络合物在液相色谱分析过程中不分解，非常适合作为液相色谱测定重金属元素的衍生试剂。本发明试剂由于共轭体系大，铅、镉、汞与该试剂生成的络合物的摩尔吸光系数均超过2.0×10⁵L.mil^-1.cm^-1，灵敏度和传统试剂相比有显著提高。本发明还采用了固相萃取富集，由于方法富集倍数可达50倍，固相萃取富集使方法的检测灵敏度进一步提高，方法可检测ng/mL级的重金属元素。方法平行7次测定，3种重金属的相对标准偏差在3.0％以下，方法测定结果用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法作对照，结果相符合，说明该方法测定结果可靠。

附图说明

图1为实际样品与标样的对照色谱图。

图中，1为实际样品，2为标样。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，对本发明作进一步详细地说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

——分析试剂的合成

(1)重氮化——将0.1moL苯胺、2.5mL浓盐酸和3mL的水混合，加热溶解，置冰浴中冷至5℃以下，低温搅拌下滴入10％的亚硝酸钠水溶液10mL。继续反应30min，加少量尿素除去未反应的亚硝酸钠。将0.1moL的8-氨基喹娜啶溶于20mL 1∶1的醋酸中，低温搅拌下将上述重氮盐滴入其中，并随时补充稀氢氧化钠，控制pH值在5-6之间，低温偶合2h，过滤得粗品，用升华法除去产物中低熔点部分，得黄色纯品(5-苯偶氮-8-氨基喹娜啶)，产率72％。

(2)缩合——0.05mol的5-苯偶氮-8-氨基喹娜啶溶于6mL无水乙醇中，加热溶解，将含0.1mol的2，4-二羟基苯醛的5mL乙醇溶液滴入其中，再加3滴浓HCl催化，反应一段时间后，溶液由紫红色变成黄色，有沉淀析出。滤出沉淀，用乙醇与水洗涤得粗品。经四氯化碳∶甲醇＝7∶3做柱层析展开剂柱层析分离，收集黄色色带，蒸干溶剂可得淡黄色固体纯品(5-苯偶氮-8-(2，4-二羟基苯甲醛)-缩氨基喹娜啶)，产率88％。

实施例2

——采用的色谱条件

色谱柱为Waters Xterra^TMRP₁₈(5μm，3.9×150)，流动相为：A 0.05moL/L pH＝10.0四氢吡咯-醋酸缓冲溶溶液，B乙腈(内含0.05moL/LpH＝10.0四氢吡咯-醋酸缓冲溶盐)以体积比按：0min(A 70％+B 30％)，10min(A 40％+B 60％)线性递增的梯度变化，进样体积为20μL，在该条件下标样和实际样品在510nm波长处，色谱对照见图1。

实施例3

——烟草中铅、镉、汞的测定

准确称取烟草样品0.5g于聚四氟乙烯微波消化罐中，加入5mL浓硝酸和8mL 30％H₂O₂，于微波消化炉中消化20min；消化完后于电热板上加热蒸发至近干，用20mL 5％的硝酸溶解残渣，转入50mL容量瓶中。在样品消化液中加入0.1％的5-苯偶氮-8-(2，4-二羟基苯甲醛)-缩氨基喹娜啶乙醇溶液5mL，调节pH值到近中性，再加入pH＝10.0硼砂-氢氧化钠缓冲溶液10mL，用水稀释到近刻度，定容到50mL。该溶液以10ml/min的流速通过活化好的Waters Xterra^TMRP₁₈固相萃取小柱，富集完后以10ml/min的流速用1.0mL乙醇洗脱，洗脱液准确调整体积为1.0mL，然后用0.45μm针头过滤器过滤，进样20μL分析。

实施例4

——卷烟辅料中铅、镉、汞的测定

准确称取卷烟辅料样品0.5g于聚四氟乙烯微波消化罐中，加入5mL浓硝酸和8mL 30％H₂O₂，于微波消化炉中消化20min；消化完后于电热板上加热蒸发至近干，用20mL 5％的硝酸溶解残渣，转入50mL容量瓶中。在样品消化液中加入0.1％的5-苯偶氮-8-(2，4-二羟基苯甲醛)-缩氨基喹娜啶乙醇溶液5mL，调节pH值到近中性，再加入pH＝10.0硼砂-氢氧化钠缓冲溶液10mL，用水稀释到近刻度，定容到50mL。该溶液以10ml/min的流速通过活化好的Waters Xterra^TMRP₁₈固相萃取小柱，富集完后以10ml/min的流速用1.0mL乙醇洗脱，洗脱液准确调整体积为1.0mL，然后用0.45μm针头过滤器过滤，进样20μL分析。

实施例5

——烟用添加剂中铅、镉、汞的测定

准确称取添加剂样品0.5g于聚四氟乙烯微波消化罐中，加入5mL浓硝酸和8mL 30％H₂O₂，于微波消化炉中消化20min；消化完后于电热板上加热蒸发至近干，用20mL 5％的硝酸溶解残渣，转入50mL容量瓶中。在样品消化液中加入0.1％的5-苯偶氮-8-(2，4-二羟基苯甲醛)-缩氨基喹娜啶乙醇溶液5mL，调节pH值到近中性，再加入pH＝10.0硼砂-氢氧化钠缓冲溶液10mL，用水稀释到近刻度，定容到50mL。该溶液以10ml/min的流速通过活化好的Waters Xterra^TMRP₁₈固相萃取小柱，富集完后以10ml/min的流速用1.0mL乙醇洗脱，洗脱液确调整体积为1.0mL，然后用0.45μm针头过滤器过滤，进样20μL分析。

Claims (3)

1.一种具有通式(I)的分析试剂：

2.一种权利要求1所述分析试剂的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：

(1)重氮化——将0.1mol苯胺、2.5mL浓盐酸和3mL的水混合，加热溶解，置冰浴中冷至5℃以下，低温搅拌下滴入10％的亚硝酸钠水溶液10mL；继续反应30min，加少量尿素除去未反应的亚硝酸钠；将0.1mol的8-氨基喹娜啶溶于20mL 1∶1的醋酸中，低温搅拌下将上述重氮盐滴入其中，并随时补充稀氢氧化钠，控制pH值在5～6之间，低温偶合2h，过滤得粗品，用升华法除去产物中低熔点部分，得黄色纯品5-苯偶氮-8-氨基喹娜啶；

(2)缩合——0.05mol的5-苯偶氮-8-氨基喹娜啶溶于6mL无水乙醇中，加热溶解，将含0.1mol的2，4-二羟基苯醛的5mL乙醇溶液滴入其中，再加3滴浓HCl催化，反应一段时间后，溶液由紫红色变成黄色，有沉淀析出；滤出沉淀，用乙醇与水洗涤得粗品；经四氯化碳∶甲醇＝7∶3做柱层析展开剂柱层析分离，收集橙红色色带，蒸干溶剂可得橙红色固体纯品5-苯偶氮-8-(2，4-二羟基苯甲醛)-缩氨基喹娜啶，即为所需的分析试剂。

3.权利要求1所述的分析试剂应用于烟草、卷烟辅料或烟用添加剂中铅、镉、汞的测定。 

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