CN110308140A - 一种利用高铁酸钾的检测化学物质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用高铁酸钾的检测化学物质的方法，属于化学发光定量检测有机物领域。本发明利用高铁酸钾和还原性物质进行反应会产生化学发光信号的性质得到了一种可以通过检测发光信号的方式来定量检测还原性物质的含量的方法，首先将高铁酸钾溶液和不同浓度的还原剂溶液分别反应，通过检测其化学发光信号的强度绘制得到标准曲线，再通过标准曲线来计算未知浓度的还原剂溶液。本发明检测方法操作简便，分析速度快，灵敏度高，能够检测最低20nM的浓度，线性范围宽，而且产物无污染。

Description

一种利用高铁酸钾的检测化学物质的方法
技术领域
本发明涉及一种利用高铁酸钾的检测化学物质的方法，具体涉及高铁酸钾在检测无水乙醇、盐酸多巴胺、抗坏血酸等的定量分析，属于化学发光定量检测有机物领域。
背景技术
化学检测关系到工业生产、医药、生活等多个领域。例如，乙醇在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业和工农业生产中都有着广泛的应用。目前，关于乙醇的检测方法有很多种，分为物理检测方法和化学检测方法，其中，物理方法包括气相色谱法、密度瓶法、酒精计法和折射计测定法；化学方法有重铬酸钾比色法，莫尔氏盐法和碘量滴定法。然而，上述检测方法均存在样品制备时间长、样品制备复杂，分析成本高等问题。再例如，盐酸多巴胺作为一种重要的神经递质，能够调节人的情绪和维持体内的稳态，精神类药物中含量的过高过低均会导致注意力难以集中或肌肉失控，其定量检测在药物检测和医学等方面具有重要的意义。现阶段关于盐酸多巴胺的检测手段有紫外-可见吸收、电致化学发光、分子荧光等，但这些方法受限于灵敏度和检测限，阻碍了其在某些场合的检测。
现有的检测方法一般只能针对特殊的一种或者少数几种物质，很少有检测方法能够针对多种物质进行检测。此外，现有的某些检测方法还存在检测过程繁琐、检测灵敏度低等问题，因此，亟需寻找一种检测范围广、检测灵敏度高和检测限低的检测方法。
高铁酸钾是一种比高锰酸钾具有更强的氧化性的化学物质，主要用于工业废水与城市生活污水的处理、以及去除砷、氰离子等领域种。
发明内容
【技术问题】
现有的检测方法一般只能针对特殊的一种或者少数几种物质，以及存在检测过程繁琐、检测灵敏度低等问题。
【技术方案】
为了解决上述问题，本发明提供了一种新的检测方法，发明人发现高铁酸钾和还原性物质进行反应会产生化学发光信号，因此，可以通过检测发光信号的方式来定量检测还原性物质的含量。本发明方法成本较低、方便易操作，且灵敏度较高。
具体的，本发明首先提供了一种利用高铁酸钾的检测化学物质的方法，所述方法包括：
(1)标准曲线的绘制：分别配制高铁酸钾溶液和不同浓度的还原剂溶液，将高铁酸钾溶液分别和不同浓度的还原剂溶液发生氧化还原反应，并检测二者在反应过程中产生的化学发光信号的强度，绘制得到化学发光强度随还原剂浓度变化的标准曲线；
(2)未知浓度的还原剂的测定：将未知浓度的还原剂溶液或者经过加酸配制得到酸性还原剂溶液与步骤(1)配制的高铁酸钾溶液进行反应，并测定二者在反应过程中产生的化学发光信号的强度，参照步骤(1)的标准曲线即可计算得到还原剂的浓度。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，所述配制高铁酸钾溶液是将高铁酸钾固体溶于硫酸溶液中，产生气泡(氧气)和沉淀(氢氧化铁)，反应方程式为4K2FeO4+10H2O→4Fe(OH)3+3O2↑+8KOH，待溶液无气泡产生时，将上清液和沉淀分离，得到的上清液即为配制得到的高铁酸钾溶液，其中，高铁酸钾的固体与硫酸的质量比为2.0～4.5:1。
在本发明的一种实施方式中，所述配制高铁酸钾溶液的过程中，硫酸溶液的浓度为0.01～0.10M。
在本发明的一种实施方式中，所述高铁酸钾溶液和还原剂溶液配制后需要放置3～10℃下保存。
在本发明的一种实施方式中，所述还原剂包括醇类有机物、脂肪醛、脂肪酸、酚类物质或含有S2-、NH4 +、NO2 -的无机物。
所述还原剂包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、甲酸、草酸、盐酸多巴胺、葡萄糖、抗坏血酸；所述还原剂包括但不限于硫酸铵、亚硝酸钠、硫化钠、硫代硫酸钠等。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，所述还原剂溶液的配制是将还原剂与水或者硫酸溶液配制而成的溶液，其中，当还原剂为含有S2-或NO2 -的无机物时(例如硫代硫酸钠、硫化钠)，其溶液需要在水中配制(其在酸中会分解)；当还原剂为含有NO2 -的无机物时(例如亚硝酸钠)，其最终溶液中硫酸溶液的浓度为0～0.02M；当还原剂为其他还原剂时，其溶液需在0.05M～0.80M的硫酸溶液中配制，即需要保证最终的还原剂溶液中的硫酸溶液的浓度为0.05M～0.80M。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，所述将未知浓度的还原剂溶液经过加酸配制得到酸性还原剂溶液是指将其配制成含有一定硫酸浓度的溶液，当未知还原剂为亚硝酸钠时，配制时需要添加硫酸容易使得最终的还原剂溶液中的硫酸溶液的浓度为0～0.02M；当还原剂为其他物质非含有S2-的无机物时，配制时需要添加硫酸容易使得最终的还原剂溶液中的硫酸溶液的浓度为0.05M～0.80M。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，所述酸性还原剂溶液与步骤(1)中利用硫酸溶液配制而成的溶液中的硫酸浓度一致。
在本发明的一种实施方式中，所述还原剂优选为乙醇或盐酸多巴胺。
在本发明的一种实施方式中，化学发光通过化学发光检测仪来测量。
在本发明的一种实施方式中，标准曲线优选线性线段，当未知浓度的还原剂溶液的浓度超出线性范围内时，优选将未知浓度的还原剂溶液进行稀释后，再测定其浓度。
在本发明的一种实施方式中，所述方法在以下设备中进行，所述设备包括高铁酸钾溶液存储瓶、还原剂酸性溶液存储瓶、蠕动泵、化学发光检测仪和废液回收装置，其中，所述高铁酸钾溶液存储瓶和还原剂酸性溶液存储瓶均与蠕动泵相连，并通过蠕动泵将二者通过Y型管汇合，汇合后进入石英盘管，发生反应并被化学发光检测仪检测化学发光强度，反应后的废液进入废液回收装置。
本发明还提供了高铁酸钾在化学物质检测领域的应用。
本发明取得有益效果：
(1)本发明首次发现了将高铁酸钾溶液注入到含有有机或者无机还原剂的酸性溶液中时，会产生明显的化学发光信号的性质，并利用其性质，提出了一种检测化学物质的方法，本发明方法简单易操作，只需简单的溶液配制，结合流动注射装置和化学发光检测仪即可实现化学物质的检测，成本更低。
(2)本发明方法能够检测几乎所有能与高铁酸钾发生氧化还原反应的还原剂的浓度，适用性更广，且测量准确度高，灵敏度高，能够检测最低20nM的浓度。
(3)本发明方法将流动注射装置和化学发光相结合，实现对不同浓度还原剂的定量检测，本发明检测方法有希望应于工业污水有机物排放监测处理和食品医药中药物含量的分析。
附图说明
图1高铁酸钾化学发光检测的装置图。
图2实施例2中高铁酸钾与不同有机物作用的化学发光信号，其中，A为高铁酸钾分别与抗坏血酸、甲酸、葡萄糖和盐酸多巴胺反应时的化学发光信号；B为高铁酸钾分别与甲醇、乙醇、丙醇和草酸反应时的化学发光信号。
图3实施例2中高铁酸钾与不同无机物作用的化学发光信号。
图4高铁酸钾检测盐酸多巴胺得到的标准曲线。
图5高铁酸钾检测无水乙醇得到的标准曲线。
具体实施方式
本发明所用高铁酸钾(K2FeO4)购于罗恩试剂公司，浓硫酸(98％)和无水乙醇购于国药集团化学试剂有限公司，盐酸多巴胺购于Adamas-beta公司，其他有机和无机试剂均购自于国药集团化学试剂有限公司，实验用水为超纯水。
本发明所用的仪器主要有：蠕动泵；化学发光检测仪(西安瑞迈分析仪器有限责任公司)。
实施例1
本发明的检测装置如图1所示，整个检测装置包括一台装有检测软件的电脑，两个分别装有高铁酸钾溶液和还原剂酸性溶液的试剂瓶，一台蠕动泵，一个石英盘管，化学发光检测仪(有暗箱装置和光电倍增管检测器)以及废液回收装置，其中，装有高铁酸钾溶液和还原剂酸性溶液的试剂瓶分别与蠕动泵相连，蠕动泵与石英盘管通过一个Y型管相连，石英盘管放置在化学发光检测仪的暗箱装置中，化学发光检测仪与电脑相连，石英盘管的出口与废液回收装置相连。
装置的原理为：高铁酸钾溶液和还原剂溶液，分别从两个流路在蠕动泵的压力下在Y型管处汇合，混合液迅速进入暗箱中的石英盘管，混合液在盘管中产生化学发光信号并被化学发光检测器检测，最终由计算机相关软件进行数据处理后得到发光强度数据。
实施例2
测定高锰酸钾与有机还原剂反应时的化学发光信号：
首先，称取6.34g高铁酸钾固体，将其溶于400mL 0.05M硫酸溶液中，溶解过程中伴随着氧气和氢氧化铁沉淀的生成，待溶液无气泡产生时，将上清液与沉淀分离后得到上清液即为高铁酸钾溶液；称取(量取)一定量的还原剂，用0.25M硫酸溶液配制成0.1M的还原剂酸性溶液(其中，所述还原剂酸性溶液中硫酸的浓度为0.25M)；按照图1的装置使得高铁酸钾与不同的有机还原剂(0.1M)发生氧化还原反应，测定其化学发光信号，其中，本实施例涉及的有机还原剂为抗坏血酸、甲酸、葡萄糖、盐酸多巴胺、甲醇、乙醇、丙醇、草酸。
结果如图2所示，可见高铁酸钾能够和不同的有机物(0.1M)发生氧化还原反应，并产生明显的化学发光信号，在直接注射条件下，对于相同浓度的检测物，高铁酸钾可氧化抗坏血酸、甲酸、葡萄糖和盐酸多巴胺并产生较大的发光信号。
测定高锰酸钾与无机还原剂反应时的化学发光信号：
首先，称取6.34g高铁酸钾固体，将其溶于400mL 0.05M硫酸溶液中，溶解过程中伴随着氧气和氢氧化铁沉淀的生成，待溶液无气泡产生时，将上清液与沉淀分离后得到上清液即为高铁酸钾溶液；称取(量取)一定量的硫酸铵、亚硝酸钠和硫化钠，其中，硫酸铵和亚硝酸钠分别用0.25M和0.01M的硫酸溶液配制成0.1M的硫酸铵和亚硝酸钠酸性溶液(其中，硫酸铵和亚硝酸钠酸性溶液中的硫酸的浓度分别为0.25M和0.01M)，而硫化钠在超纯水中配制得到1mM的硫化钠溶液。
按照图1的装置使得高铁酸钾与不同的无机还原剂发生氧化还原反应，测定其化学发光信号。结果如图3所示，可见，高铁酸钾与上述无机物发生氧化还原反应，并产生明显的化学发光信号，尤其的，硫化钠在超纯水中配制可产生良好的发光信号(高酸度条件，如0.25M H2SO4溶液会使硫化钠和亚硝酸钠迅速分解)。
实施例3
(1)高铁酸钾溶液的配制：称取6.34g高铁酸钾固体，将其溶于400mL 0.05M硫酸溶液中，溶解过程中伴随着氧气和氢氧化铁沉淀的生成，待溶液无气泡产生时，将上清液与沉淀分离，上清液置于低温条件保存；
(2)酸性盐酸多巴胺溶液的配制：称取(量取)一定量的盐酸多巴胺，用0.25M硫酸溶液配制成浓度分别为50nM、100nM、500nM、1μM、5μM、10μM、20μM、30μM、40μM、50μM的盐酸多巴胺溶液，并置于4℃冰箱中保存；
(3)按照实施例1的连接方式，将发光检测盘管置于化学发光检测仪暗室中，并与流动注射装置连接好，保证流路通畅且无滴液漏液现象，并设置好响应的检测参数(采样速率为10T/S，放大级数为4，光电倍增管高压为900V)，两路液体流速均为3.7mL/min，将高铁酸钾溶液和盐酸多巴胺溶液同时通过蠕动泵进入盘管，发光信号经过检测器采集获得，以盐酸多巴胺浓度为横坐标，以摩尔发光强度为纵坐标，绘制标准曲线，标准曲线如图4所示，盐酸多巴胺的线性范围是：50nM～50μM，线性方程为：y＝1.91X+141.8(R2＝0.9936)。本发明方法的最低检测限为20nM。
用0.25M硫酸溶液配制3种不同盐酸多巴胺溶液的浓度，按照本发明方法测定其含量，由于线性范围为50nM～50μM，因此，测定之前先将盐酸多巴胺的溶液进行稀释使其浓度位于线性范围50nM～50μM后再进行测定。同时利用现有的分光光光度法技术测定其浓度含量，分别测定三次得到平均值，结果见表1，可见，本发明的测定结果和现有的分光光度法测定的结果相差不大，与实际值的差距在误差范围内，此外，本发明方法较现有的分光光度法具有设备简易、检测速度快、低成本、灵敏度高等优点。
表1盐酸多巴胺溶液浓度的测定
浓度 X1 X2 X3
实际值 100μM 200μM 400μM
本发明测量值 97.73μM 203.41μM 413.48μM
现有分光光度法技术测量值 104.48μM 196.25μM 398.62μM
实施例4
(1)高铁酸钾溶液的配制：称取6.34g高铁酸钾固体，将其溶于400mL 0.05M硫酸溶液中，溶解过程中伴随着氧气和氢氧化铁沉淀的生成，待溶液无气泡产生时，将上清液与沉淀分离，上清液置于低温条件保存；
(2)酸性乙醇溶液的配制：称取(量取)一定量的乙醇，用0.25M硫酸溶液分别配制成浓度为0.5μM、1μM、5μM、10μM、50μM、100μM、300μM、500μM、800μM、1.0m的乙醇溶液，并置于4℃冰箱中保存；
(3)按照实施例1的连接方式，将发光检测盘管置于化学发光检测仪暗室中，并与流动注射装置连接好，保证流路通畅且无滴液漏液现象，并设置好响应的检测参数(采样速率为10T/S，放大级数为4，光电倍增管高压为900V)，两路液体流速均为3.7mL/min，将高铁酸钾溶液和盐酸多巴胺溶液同时通过蠕动泵进入盘管，发光信号经过检测器采集获得，以盐酸多巴胺浓度为横坐标，以摩尔发光强度为纵坐标，绘制标准曲线，标准曲线如图5所示，乙醇溶液的线性范围是0.5μM～1.0mM，线性方程为：y＝0.71x+308.9(R2＝0.9970)。本发明方法的检测限为0.3μM。
用0.25M硫酸溶液配制3种不同乙醇溶液的浓度，按照本发明方法测定其含量，由于线性范围为0.5μM～1.0mM，因此，测定之前先将乙醇溶液进行稀释使其浓度位于线性范围0.5μM～1.0mM后再进行测定。同时利用现有的重铬酸钾分光光度法测定其浓度含量，分别测定三次得到平均值，结果见表2，可见，本发明的测量准确度也较好，且本发明方法相对于重铬酸钾分光光度法更加简单快速，灵敏度高。
表2乙醇溶液浓度的测定
浓度 X1 X2 X3
实际值 1.0mM 10mM 50mM
本发明测量值 1.02mM 10.08mM 48.96mM
现有重铬酸钾分光光度法测量值 0.97mM 10.12mM 48.51mM
对比例1
当配制高铁酸钾溶液的过程中，当硫酸溶液的浓度当硫酸溶液浓度高于0.10M时，高铁酸钾溶液自身的稳定性下降，换言之高铁盐的浓度会有所降低，发光强度自然也会降低。但是当酸浓度低于0.01M时，发光反应速率下降，也会造成发光强度的降低。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种检测化学物质的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)标准曲线的绘制：分别配制高铁酸钾溶液和不同浓度的还原剂溶液，将高铁酸钾溶液分别和不同浓度的还原剂溶液发生氧化还原反应，并检测二者在反应过程中产生的化学发光信号的强度，绘制得到化学发光强度随还原剂浓度变化的标准曲线；
(2)未知浓度的还原剂的测定：将未知浓度的还原剂溶液或者经过加酸配制得到酸性还原剂溶液与步骤(1)配制的高铁酸钾溶液进行反应，并测定二者在反应过程中产生的化学发光信号的强度，参照步骤(1)的标准曲线即可计算得到还原剂的浓度。
2.根据权利要求1所述的一种检测化学物质的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述配制高铁酸钾溶液是将高铁酸钾固体溶于硫酸溶液中，待溶液无气泡产生时，将上清液和沉淀分离，得到的上清液即为配制得到的高铁酸钾溶液，其中，高铁酸钾的固体与硫酸的质量比为2.0～4.5:1。
3.根据权利要求2所述的一种检测化学物质的方法，其特征在于，所述硫酸溶液的浓度为0.01～0.10M。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种检测化学物质的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述还原剂溶液是将还原剂与水或者硫酸溶液配制而成的溶液。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种检测化学物质的方法，其特征在于，所述还原剂包括醇类、脂肪醛、脂肪酸、酚类物质或含有S2-、NH4 +、NO2 -的无机物的任一种。
6.根据权利要求5所述的一种检测化学物质的方法，其特征在于，所述还原剂包括甲醇、乙醇、丙醇、甲酸、草酸、盐酸多巴胺、葡萄糖或抗坏血酸中的任一种。
7.根据权利要求5所述的一种检测化学物质的方法，其特征在于，所述还原剂包括硫酸铵、亚硝酸钠、硫代硫酸钠或硫化钠。
8.根据权利要求1～4任一所述的一种检测化学物质的方法，其特征在于，所述还原剂为乙醇或盐酸多巴胺。
9.根据权利要求4所述的一种检测化学物质的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述酸性还原剂溶液中的硫酸浓度与步骤(1)中利用硫酸溶液配制而成的溶液中的硫酸浓度一致。
10.权利要求1～9任一所述的一种检测化学物质的方法在检测领域中的应用。
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