CN105784610A - 锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法及掩蔽剂 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法及掩蔽剂，该检测方法原理是锌试剂与铜离子反应生成蓝色络合物，在600nm波长处有特征吸收，在一定浓度范围内，络合物的吸光度值与浓度呈一定的线性关系，从而准确计算出铜离子的含量。同时，锌试剂能与锌、镍、铅、锰、钴离子发生反应，对铜离子检测产生干扰。本发明通过比较金属离子与有机配位体形成络合物的稳定常数及金属离子与锌试剂的稳定常数的大小，而选择了合适的掩蔽剂。该方法不涉及分离过程，具有处理过程简单、试剂空白易于控制，掩蔽剂具有抗干扰较好，分析结果的重复性好等优点，是快速分析铜离子含量的重要方法。

Description

锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法及掩蔽剂
技术领域
本申请属于环境水质中铜离子监测领域，特别是提供了一种锌试剂检测铜离子含量及消除干扰离子的方法，可快速准确测定铜离子含量。
背景技术
重金属约有45种，一般都是属于过渡元素。如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。重金属离子污染是对水环境污染的主要来源之一。其中，铜是非常重要的微量营养元素，对动植物来说是非常重要的。同时，铜是应用广泛的重要金属，被应用在很多领域，例如：合金、染料、厨房器具、管道、线路等等。铜盐可以抑制水中浮游生物或藻类的生长。在饮用水中，铜离子的浓度超过1mg/L就会产生苦味。
分光光度法以其操作单元简单、检测成本低被广泛用于铜离子含量的检测分析。方法原理是铜与显色剂反应生成有颜色的络合物，在紫外可见光下有特征吸收，常见的显色剂有二乙基氨基二硫代甲酸钠、双硫腙、锌试剂等，其中，锌试剂作显色剂检测铜离子具有绿色、快速、操作简单的特点，但锌试剂没有特异性，会与锌、铅、镍、锰、钴离子发生反应，干扰铜离子的测定，从而影响铜离子含量测试的准确性。
为消除样品中的干扰组分对待测物产生特征信号的影响，分析化学家发展了许许多多样品处理方法，从本质上有分离法、基体匹配法。分离法处理过程复杂、费时，丢失或引入待测组份的几率比较大，对分析人员要求较高。基体匹配法对分析仪器的性能要求较高,运用起来难度也很大，分析工作者不能准确知道样品中含哪些干扰组份。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法及掩蔽剂，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开一种锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法，包括步骤：
(1)、将标准铜离子溶液、锌试剂和缓冲液混合反应，用紫外-可见分光光度计测试反应溶液，并建立吸光度和铜离子浓度的标准工作曲线；
(2)、将待测液体、锌试剂、缓冲液和掩蔽剂混合反应，获得待测反应产物溶液，所述掩蔽剂选自柠檬酸铵、或柠檬酸铵和柠檬酸的混合物；
(3)、用紫外-可见分光光度计测试所述待测反应产物溶液，得到紫外可见光谱曲线，根据其特征吸收峰的吸光度与标准工作曲线对应，获得铜离子浓度。
优选的，在上述的锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法中，所述步骤(2)中，柠檬酸和柠檬酸铵的质量比为0～1，比值为0时，不含柠檬酸。
优选的，在上述的锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法中，所述锌试剂的浓度和体积、缓冲液的体积和pH值满足最佳条件，该最佳条件的确定方法包括：
锌试剂浓度的确定：在标准铜离子浓度与体积、缓冲液体积和pH，锌试剂体积一定的情况下，改变锌试剂的浓度，测试体系吸光度随锌试剂浓度的变化，最终得出最佳锌试剂浓度；
锌试剂体积的确定：在标准铜离子浓度与体积、缓冲液体积和pH，锌试剂浓度一定的情况下，改变锌试剂的体积，测试体系吸光度随锌试剂体积的变化，最终得出最佳锌试剂的体积；
缓冲液体积的确定：在标准铜离子浓度和体积、缓冲液pH、锌试剂浓度和体积一定的情况下，改变缓冲液的体积，测试体系吸光度随缓冲液体积的变化，最终得出最佳缓冲液体积；
缓冲液的pH的确定：在标准铜离子浓度和体积、锌试剂的浓度和体积、缓冲液体积一定的情况下，改变缓冲液的pH，测试体系吸光度随缓冲液pH的变化，最终得出最佳缓冲液的pH。
优选的，在上述的锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法中，所述缓冲液选自酒石酸、抗坏血酸、EDTA、硫氰酸钾和铜试剂。
优选的，在上述的锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法中，所述锌试剂的最佳浓度为0.10-0.30g/L；所述缓冲液的最佳pH值为7～9。
优选的，在上述的锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法中，所述步骤(2)中，待测液体、锌试剂和溶解有掩蔽剂的缓冲液的比例为(2～4)：(0.75～1.5)：(0.5～1)。本申请实施例还公开了一种用于锌试剂检测铜离子含量的掩蔽剂，该掩蔽剂选自柠檬酸铵、柠檬酸或其混合物。
优选的，在上述的用于锌试剂检测铜离子含量的掩蔽剂中，所述柠檬酸和柠檬酸铵的质量比为0～1。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)、本发明检测方法简单易行、试剂空白易于控制；
(2)、本发明选取的掩蔽剂具有抗干扰较好，可消除高于铜离子浓度两倍以上的干扰离子浓度；
(3)、本发明该方法得到的检测结果准确度与重复性较好；
(4)、本发明方法无需分离即可直接消除干扰离子对分析结果的影响；
(5)、检测时间短，稳定性高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中锌试剂-铜络合物的紫外可见吸收图，其中，
a、络合物的特征吸收光谱；
b、络合物吸光度与铜离子浓度的线性曲线；
图2所示为本发明具体实施例中络合物的吸光度值随锌试剂浓度、体积变化图，其中，
a为锌试剂浓度变化，
b为锌试剂体积变化；
图3所示为本发明具体实施例中络合物的吸光度随缓冲液体积、pH变化图，其中，
a为缓冲液体积变化，
b为缓冲液pH变化；
图4所示为本发明具体实施案例中掩蔽剂加入前后铜-锌试剂络合物的吸收与掩蔽剂加入后测得的线性曲线，其中，
a掩蔽剂加入前铜-锌试剂络合物的吸收；
b掩蔽剂加入后测得的线性曲线。
具体实施方式
为消除样品中的干扰组分对待测物产生特征信号的影响，本实施例采用掩蔽法进行检测。掩蔽法操作简单、快速，是快速化学分析消除共存离子干扰的主要方法。掩蔽法是向样品中加入能与干扰组份形成配合物的试剂即掩蔽剂，掩蔽剂的作用是改变干扰离子的存在形态，利用掩蔽法不经分离直接消除干扰离子对分析结果的影响，具有处理过程简单、试剂空白易于控制，分析结果的重复性好等优点，是快速分析处理样品的主要方法，而选择合适的掩蔽剂和最佳的掩蔽条件需要依赖研究人员对待测组分、干扰组分和掩蔽剂的化学性质以及它们之间作用规律的了解和认识。
具体的，本案公开一种锌试剂检测铜离子含量中干扰离子消除的方法，包括反应条件的优化、掩蔽剂选取，掩蔽剂种类、浓度、配比、掩蔽效果评价的探讨。
锌试剂检测铜离子的原理是锌试剂与铜离子反应生成蓝色络合物，在波长600nm处有特征吸收峰，在一定的浓度范围，络合物的吸光度值与浓度呈较好的线性关系。为了消除锌试剂与锌、镍、铅等离子反应产生的干扰，采用加入掩蔽剂的方法。
配制一系列不同浓度的铜离子标准溶液，加入一定体积、浓度的锌试剂与一定体积、pH的缓冲液，反应后用紫外可见分光光度计测试其吸光度，作吸光度与浓度的曲线，得到线性方程和相关系数R2。
所述的一定浓度、体积的锌试剂与一定体积、pH的缓冲液，是通过大量的实验研究得出。
锌试剂浓度的确定：在铜离子浓度与体积、缓冲液体积和pH，锌试剂体积一定的情况下，改变锌试剂的浓度，测试体系吸光度随锌试剂浓度的变化，最终得出最佳锌试剂浓度。
锌试剂体积的确定：在铜离子浓度与体积、缓冲液体积和pH，锌试剂浓度一定的情况下，改变锌试剂的体积，测试体系吸光度随锌试剂体积的变化，最终得出最佳锌试剂的体积。
缓冲液体积的确定：铜离子浓度和体积、缓冲液pH、锌试剂浓度和体积一定的情况下，改变缓冲液的体积，测试体系吸光度随缓冲液体积的变化，最终得出最佳缓冲液体积。
缓冲液的pH的确定：铜离子浓度和体积、锌试剂的浓度和体积、缓冲液体积一定的情况下，改变缓冲液的pH，测试体系吸光度随缓冲液pH的变化，最终得出最佳缓冲液的pH。
在最佳锌试剂浓度、缓冲液pH及三种溶液的最佳体积比的条件下，进行铜离子含量检测。
在所述的最佳条件下，锌、镍、铅、锰、钴重金属离子均可与锌试剂发生络合反应生成有颜色的络合物，光谱吸收峰出现在550-650nm之间，且光谱重叠较严重，定量测量铜离子时会产生干扰。
通过比较金属离子与有机配位体形成络合物的稳定常数及金属离子与锌试剂的稳定常数的大小，选取EDTA、柠檬酸、酒石酸、柠檬酸铵等作掩蔽剂。根据掩蔽剂加入后的效果研究，选取柠檬酸铵和柠檬酸两种试剂的混合溶液掩蔽上述的重金属离子，测得铜离子含量准确度最高，且能够抵抗比铜离子浓度高2倍以上的干扰离子浓度。
本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
取1.0mg/L的铜离子溶液1ml、0.01-0.3g/L的锌试剂0.1-1mL、pH为4-7.4的缓冲液0～1ml混合反应后，倒入比色皿中，用紫外分光光度计扫描铜-络合物在400-800nm之间的紫外可见光吸收光谱，如图1a所示。
溶液配比等反应条件优化，采取的方法是控制变量法，即只改变需要研究的变量，如研究锌试剂的浓度，则保证其他因素都不变，在0.01-0.3g/L考察吸光度随锌试剂浓度的变化，图2a可以看出随着锌试剂浓度的增加，吸光度逐渐增加，但增加到某一吸光度不再增加。同理，由图2b，图3，最终得到了最佳的缓冲液的pH，显色剂：缓冲液：试样的体积比。
按照上述得到的最佳条件，配制浓度0.05-1mg/L的铜离子标准溶液，与锌试剂、缓冲液进行混合反应，在600nm波长处测得吸光度值与浓度的线性方程及相关系数R2，如图1b，具有较好的线性。
含有Cu、Zn、Ni等离子的混合溶液在600nm处的吸收值与仅含Cu离子的溶液相差较大，如图4a。通过计算锌、镍、铅等金属离子与掩蔽剂和锌试剂的稳定常数，在上述反应条件下，锌、镍等离子与柠檬酸和柠檬酸铵与的稳定常数大于和锌试剂的稳定常数，因此可以达到较好的掩蔽效果，配制含多种离子的混合溶液，测试的线性曲线(图4b)，线性关系良好。
选择了柠檬酸与柠檬酸铵的质量比0-1之间对溶液稳定性，溶液pH、相对误差。
在线性范围内配制了一种含Cu、Zn、Ni等离子的混合溶液，测其吸光度值，结果与含单一铜离子溶液的值的相对误差在5％以内。
经验证该掩蔽剂可以消除比铜离子浓度高2倍以上的干扰离子浓度。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (8)

1.一种锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)、将标准铜离子溶液、锌试剂和缓冲液混合反应，用紫外-可见分光光度计测试反应溶液，并建立吸光度和铜离子浓度的标准工作曲线；
(2)、将待测液体、锌试剂、缓冲液和掩蔽剂混合反应，获得待测反应产物溶液，所述掩蔽剂选自柠檬酸铵、或柠檬酸铵和柠檬酸的混合物；
(3)、用紫外-可见分光光度计测试所述待测反应产物溶液，得到紫外可见光谱曲线，根据其特征吸收峰的吸光度与标准工作曲线对应，获得铜离子浓度。
2.根据权利要求1所述的锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，柠檬酸和柠檬酸铵的质量比在0～1之间。
3.根据权利要求1所述的锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法，其特征在于：所述锌试剂的浓度和体积、缓冲液的体积和pH值满足最佳条件，该最佳条件的确定方法包括：
锌试剂浓度的确定：在标准铜离子浓度与体积、缓冲液体积和pH，锌试剂体积一定的情况下，改变锌试剂的浓度，测试体系吸光度随锌试剂浓度的变化，最终得出最佳锌试剂浓度；
锌试剂体积的确定：在标准铜离子浓度与体积、缓冲液体积和pH，锌试剂浓度一定的情况下，改变锌试剂的体积，测试体系吸光度随锌试剂体积的变化，最终得出最佳锌试剂的体积；
缓冲液体积的确定：在标准铜离子浓度和体积、缓冲液pH、锌试剂浓度和体积一定的情况下，改变缓冲液的体积，测试体系吸光度随缓冲液体积的变化，最终得出最佳缓冲液体积；
缓冲液的pH的确定：在标准铜离子浓度和体积、锌试剂的浓度和体积、缓冲液体积一定的情况下，改变缓冲液的pH，测试体系吸光度随缓冲液pH的变化，最终得出最佳缓冲液的pH。
4.根据权利要求3所述的锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法，其特征在于：所述缓冲液选自酒石酸、抗坏血酸、EDTA、硫氰酸钾和铜试剂。
5.根据权利要求3所述的锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法，其特征在于：所述锌试剂的最佳浓度为0.10-0.30g/L；所述缓冲液的最佳pH值为7～9。
6.根据权利要求1所述的锌试剂检测铜离子含量及消除干扰的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，待测液体、锌试剂和溶解有掩蔽剂的缓冲液的比例为(2～4)：(0.75～1.5)：(0.5～1)。
7.一种用于锌试剂检测铜离子含量的掩蔽剂，其特征在于，该掩蔽剂选自柠檬酸铵、或柠檬酸铵和柠檬酸的混合物。
8.根据权利要求7所述的用于锌试剂检测铜离子含量的掩蔽剂，其特征在于：所述柠檬酸和柠檬酸铵的质量比为0～1。
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