CN103743690A

CN103743690A - 一种富勒烯的定量分析方法

Info

Publication number: CN103743690A
Application number: CN201410026246.6A
Authority: CN
Inventors: 孙宝云; 崔荣丽
Original assignee: Institute of High Energy Physics of CAS
Current assignee: Institute of High Energy Physics of CAS
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2034-01-20
Also published as: CN103743690B

Abstract

本发明提供了一种富勒烯的定量分析方法，首先配制不同浓度的富勒烯标准溶液；采用紫外可见分光光度计分别测定其吸光度，绘制吸光度-浓度的标准曲线；测定未知浓度的待测富勒烯溶液的吸光度，根据所述标准曲线得出待测定富勒烯溶液的浓度。采用本发明的定量分析方法对不同碳数的空心富勒烯和不同金属包合物的富勒烯溶液均适用，具有成本低、测试方便快速、操作简单的优点。

Description

一种富勒烯的定量分析方法

技术领域

本发明涉及分析化学领域，具体涉及一种富勒烯的定量分析方法。

背景技术

富勒烯是于1985年发现的继金刚石、石墨和线性碳之后碳元素的第四种晶体形态。任何由碳一种元素组成，以球状、椭圆状或管状结构存在的物质都可以被叫做富勒烯。富勒烯与石墨结构类似，但石墨的结构中只有六元环，而富勒烯则是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。

大碳笼空心富勒烯是指含碳数超过70的空心富勒烯。由于大碳笼空心富勒烯特有的窄带隙结构，它们更容易吸收太阳光中可见光的部分，预计将在有机太阳能电池领域的应用展示良好的前景。金属富勒烯是指将金属原子或者金属原子簇等嵌入富勒烯笼内的一类特殊分子。金属富勒烯不但具有富勒烯碳笼的物理化学性质，还兼具其内嵌原子或团簇的磁性、光致发光、量子特性等诸多优异特性。更重要的是，内嵌包合物与碳笼二者的相互结合往往使内嵌富勒烯分子突破原有的物理化学行为，从而大大拓宽富勒烯分子的应用领域，对于探索新型功能分子材料具有非常重要的意义。

由于其优异的性质，关于大碳笼空心富勒烯和金属富勒烯的研究成为近年来国内外物理、化学和材料学家共同关心的热门课题之一。在这些研究中，有关大碳笼空心富勒烯和金属富勒烯的纯度和含量分析，可提供重要的基础数据，对研究大碳笼空心富勒烯和金属富勒烯的反应性质及应用具有重要意义。高效液相色谱法（HPLC）法是富勒烯混合物分离与定量分析的有效方法，但该法须用标准品或纯样对各组分进行校正，给出的数据才是可信的。质谱法是最早确认富勒烯存在的可靠分析方法，但是用它作为富勒烯和金属富勒烯的定量分析尚未见报道。而且这两种方法仪器都存在成本高购置困难的问题。称量法是对物质进行定量的一种常用方法，但是一直以来除了C60和C70等几个产率较高的富勒烯外，更大碳笼空心富勒烯与金属富勒烯的电弧放电产率相对较低，称量定量较为困难。另外将大碳笼空心富勒烯与金属富勒烯溶液蒸干得到纯品后再溶解时，有一部分会不溶，这就导致溶液的浓度极不准确。因此，目前富勒烯研究领域尚未有一种快速、简便、准确的定量分析方法。

发明内容

为克服现有技术中富勒烯难以定量进行分析的缺陷，本发明的目的是提供一种富勒烯的定量分析方法，能方便、准确地对富勒烯进行定量分析。

本发明提供的富勒烯定量分析方法，包括以下步骤：

1）配制不同浓度的富勒烯标准溶液；

2）采用紫外可见分光光度计分别测定步骤1）所述标准溶液的吸光度，绘制吸光度-浓度的标准曲线；

3）按与步骤2）相同的方法测定未知浓度的待测富勒烯溶液的吸光度，根据所述标准曲线得出所述待测富勒烯溶液的浓度。

优选地，所述富勒烯为空心富勒烯或金属富勒烯。

更优选地，所述空心富勒烯为碳数超过70的大碳笼空心富勒烯。

其中，所述富勒烯为大碳笼空心富勒烯时，所述步骤2）中测定所述富勒烯标准溶液在300～540nm波长处的吸光度。

优选地，所述富勒烯为碳数84的大碳笼空心富勒烯，所述步骤2）中测定所述富勒烯标准溶液在396nm波长处的吸光度。

其中，所述富勒烯为金属富勒烯时，所述步骤2）中测定所述富勒烯标准溶液在300～750nm波长处的吸光度。

优选地，所述富勒烯为金属富勒烯GdC82，所述步骤2）中测定所述富勒烯标准溶液在631nm波长处的吸光度。

在上述定量分析方法中，步骤1）中所述富勒烯标准溶液为5～15组浓度呈阶梯式分布的溶液。

优选地，步骤1）中所述富勒烯标准溶液的浓度在0.001～0.5mg/mL之间。

在配制不同浓度的富勒烯标准溶液时，通常采用先称量、后配制溶液的方式，即首先称量用于配制标准溶液的物质的质量，然后配制溶液并计算其浓度。在富勒烯尤其是金属富勒烯和大碳笼空心富勒烯中，纯品在再次溶解时并不能完全溶解，因此按照常规的标准溶液配制方式会产生较大误差，从而影响最终测定结果的准确性。

本发明方法的步骤1）中，采用先配制溶液、后称量的方式，过程如下：取富勒烯标准品首先配制成母液，然后将所述母液按照不同比例进行稀释，连同所述母液在内共得到5～15组不同浓度的标准溶液，取部分所述母液，蒸干溶剂，称量所得物质质量，计算出所述标准溶液的浓度。

其中，用于配制标准溶液的溶剂可以为甲苯、二硫化碳（CS₂）、三氯苯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）等。

其中，富勒烯标准品可以为不含溶剂的物质，也可以为富勒烯标准品的溶液。

本发明人发现：富勒烯、尤其是空心富勒烯和金属富勒烯溶液的紫外可见吸收光谱在一定波长处显示波峰，根据朗伯-比尔定律，在比色皿相同时，吸光物质的浓度与吸光度成正比，利用浓度与吸光度的关系，则可进行定量分析，由此得到本发明的定量分析方法。

采用本发明的定量分析方法对不同碳数的空心富勒烯和不同金属包合物的富勒烯溶液均适用，具有成本低、测试方便快速、操作简单的特点。

附图说明

图1为本发明实施例1所得的标准曲线；

图2为本发明实施例2所得的标准曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将进一步描述本发明的示例性实施例的技术方案。

实施例1大碳笼空心富勒烯C84的定量分析

1）C84母液的配制：将色谱分离得到的大约25mg C84浓缩至接近100mL（溶剂为甲苯），用滤纸过滤三次，倒入100mL的容量瓶中，定容，以此作为母液。

2）C84标准系列溶液的配制：分别移取1mL、2mL、3mL、4mL、2.5mL、3mL、3.5mL、4mL、4.5mL母液到10mL、10mL、10mL、10mL、5mL、5mL、5mL、5mL、5mL容量瓶中，用甲苯定容，反复摇匀。所得溶液浓度依次为原来的1/10、1/5、3/10、2/5、1/2、3/5、7/10、4/5、9/10。

3）C84母液浓度的确定：分次共移取50mL母液到梨形瓶中，将溶液中的甲苯蒸干。加入CS₂，保存过夜。第二天将溶液再蒸干，然后加入一两滴CS₂将样品溶解。用滴管转移样品到离心管中，如此反复直至梨形瓶中的所有样品都转移到离心管中。将离心管放置在通风橱中，使CS₂快速挥发至无。最后将离心管放入真空干燥器中过夜，第二天取出。梨形瓶中的C84重量为12.56mg，所以母液浓度为12.56/50mL=0.2512mg/mL。

4）绘制标准曲线：将步骤2）配制的C84标准系列溶液加上母液共十个样品用Agilent的Carry5000型紫外可见分光光度计在396nm波长处分别测定其吸光度，然后根据其质量浓度与吸光度绘制出标准曲线，如附图1所示。

由附图1可知，R²=0.9923，该标准曲线的线性关系较好。

5）未知浓度溶液的测量：将未知浓度的C84甲苯溶液用Agilent的Carry5000型紫外可见分光光度计在396nm波长测定其吸光度，再根据前述所得标准曲线得到C84的浓度。

另取50mL相同的未知浓度C84甲苯溶液，将其蒸干，称量其质量，再计算出真实浓度。

取三组未知浓度的C84甲苯溶液按照前述方法进行操作，分别得到测量值和称量值（浓度），结果见表1。

按照以下公式计算所得测量值和称量值之间的相对误差，结果同样见表1。

相对误差=∣测量值-称量值∣/称量值×100%

表1

编号	1-①	1-②	1-③
				测量浓度(mg/mL)	0.0503	0.119	0.213
称量浓度(mg/mL)	0.0482	0.116	0.209
				相对误差(%)	4.4%	2.6%	1.9%

由表1结果可见，本发明提供的定量分析方法对于大碳笼空心富勒烯而言，分析测量的结果与实际测量值之间误差极小，所得结果准确、可靠。

实施例2金属富勒烯GdC82的定量分析

1）GdC82母液的配制：将色谱分离得到的大约35mg的GdC82浓缩至接近100mL（溶剂为甲苯），用滤纸过滤三次，倒入100mL的容量瓶中，定容，以此作为母液。

2）GdC82标准系列溶液的配制：分别移取4mL、2.5mL、1mL、1mL、2.5mL、1mL、1mL母液到5mL、5mL、5mL、10mL、50mL、25mL、50mL容量瓶中，用甲苯定容，反复摇匀，所得溶液浓度依次为原来的4/5、1/2、1/5、1/10、1/20、1/25、1/50。

3）GdC82母液浓度的确定：分次共移取75mL母液到梨形瓶中，将溶液中的甲苯蒸干，加入CS₂，保存过夜，第二天将溶液再蒸干，然后加入一两滴CS₂将样品溶解，用滴管转移样品到离心管中，如此反复直至梨形瓶中的所有样品都转移到离心管中。将离心管放置在通风橱中，使CS₂快速挥发至仅有大约1mL体积，然后加入约8-9mL正己烷，直到看到有明显的沉淀现象，超声1min使混合均匀，离心，倒掉上层清液。重复上述过程直至离心后上层清液无色。将装有沉淀的试管放入真空干燥器中过夜，第二天取出，所得GdC82为提纯后的GdC82。最终称量梨形瓶中的GdC82重量为19.31mg，所以GdC82母液浓度为19.31/75mL=0.257467mg/mL。

4）绘制标准曲线：将步骤2）配制的标准系列溶液加上母液共八个样品用Agilent的Carry5000型紫外可见分光光度计在631nm波长处分别测定其吸光度，然后根据其质量浓度与吸光度绘制出标准曲线，如附图2所示。

由附图2可知，R²=0.9997，该标准曲线的线性关系较好。

5）未知浓度溶液的测定：将未知浓度的GdC82甲苯溶液用Agilent的Carry5000型紫外可见分光光度计在631nm波长测定其吸光度，再根据前述所得标准曲线得到GdC82的浓度。

另取100mL相同的未知浓度GdC82甲苯溶液，将其蒸干，称量其质量，再计算出真实浓度。

取三组未知浓度的GdC82甲苯溶液按照前述方法进行操作，分别得到测量值和称量值（浓度），结果见表2。

按照以下公式计算所得测量值和称量值之间的相对误差，结果同样见表2。

相对误差=∣测量值-称量值∣/称量值×100%

表2

编号	2-①	2-②	2-③
				测量浓度(mg/mL)	0.0204	0.0489	0.182
称量浓度(mg/mL)	0.0195	0.0471	0.178
				相对误差(%)	4.6%	3.8%	2.2%

由表2结果可见，本发明提供的定量分析方法对于金属富勒烯而言，分析测量的结果与实际测量值之间误差极小，所得结果准确、可靠。

虽然为了说明本发明，已经公开了本发明的优选实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离权利要求书所限定的本发明构思和范围的情况下，可以对本发明做出各种修改、添加和替换。

Claims

1.一种富勒烯的定量分析方法，包括以下步骤：

1）配制不同浓度的富勒烯标准溶液；

2.根据权利要求1的定量分析方法，其中，所述富勒烯为空心富勒烯或金属富勒烯。

3.根据权利要求2的定量分析方法，其中，所述空心富勒烯为碳数超过70的大碳笼空心富勒烯。

4.根据权利要求3的定量分析方法，其中，所述步骤2）中测定所述富勒烯标准溶液在300～540nm波长处的吸光度。

5.根据权利要求4的定量分析方法，其中，所述富勒烯为碳数84的大碳笼空心富勒烯，所述步骤2）中测定所述富勒烯标准溶液在396nm波长处的吸光度。

6.根据权利要求2的定量分析方法，其中，所述步骤2）中测定所述富勒烯标准溶液在300～750nm波长处的吸光度。

7.根据权利要求6的定量分析方法，其中，所述富勒烯为金属富勒烯GdC82，所述步骤2）中测定所述富勒烯标准溶液在631nm波长处的吸光度。

8.根据权利要求1-7任一项的定量分析方法，其中，步骤1）中所述富勒烯标准溶液为5～15组浓度呈阶梯式分布的溶液。

9.根据权利要求8的定量分析方法，其中，步骤1）中所述富勒烯标准溶液的浓度在0.001～0.5mg/mL之间。