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铋-钨酸盐-罗丹明6G体系光度法测定痕量铋的研究

2015-01-11林明卉李志林敬东阳

云南化工 2015年4期
关键词:罗丹明光度法光度

林明卉,李志林,敬东阳

(云南氟业环保科技股份有限公司,昆明 650021)

铋-钨酸盐-罗丹明6G体系光度法测定痕量铋的研究

林明卉,李志林*,敬东阳

(云南氟业环保科技股份有限公司,昆明 650021)

Bi(III)与钨酸盐及罗丹明6G在硫酸介质中反应生成离子缔合物,该离子缔合物在550 nm处有较强吸收,基于此现象,建立了一个测定痕量 Bi(III)的光度分析方法。该方法的线性范围为0.2~1.0 μg/L,摩尔吸光系数为7.27×107L·mol-1·cm-1,检出限(以3倍空白值的标准偏差除工作曲线的斜率计算)为0.035 μg/L,而且常见离子基本上不干扰测定。将该方法用于自来水及环境水样中铋的测定,测定结果的相对标准偏差小于3.0%,加标回收率位于95~105%之间。

铋;罗丹明6G;离子缔合物;光度法

铋是一种常见金属元素,在工业上具有广泛的用途,如用于制备易熔合金、涂料、电子陶瓷、半导体、阻燃剂等,而且在医药上也有重要用途,铋的某些化合物如碳酸氧铋、硝酸氧铋可以用于治疗皮肤损伤和肠胃病等。然而,铋易于沉积在人体的肾脏和脑部等,可引起记忆力下降、肝及肾功能损伤,甚至导致尿毒症和肝炎等疾病。因此,研究铋的高灵敏度检测方法具有重要意义。目前,用于测定铋的方法主要有原子吸收光谱法(AAS)[1]、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)[2]、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[3]、X-射线荧光光谱法[4]、原子荧光光谱法[5]、电化学分析法[6]、分子荧光光谱法[7]与各种分光光度法[8]等,其中分光光度法具有仪器简单、操作方便、分析速度快等优点,因此易于普及与推广。在铋的各类分光光度测定方法中,催化动力学光度法报道较多[9-12],这类方法虽然灵敏度 高,但往往重现性与选择性不够理想。有一类分光光度法是基于离子缔合物的形成为基础建立的,这类方法因为离子缔合物具有很大的吸光截面,因此不仅具有简单、快速的优点,而且灵敏度和选择性普遍比较理想[13-15]。实验发现,Bi(III)与及罗丹明6G之间可以形成离子缔合物,该离子缔合物对550 nm处的光有较强的吸收。据此,本文建立了一种测定 Bi(III)的光度分析法,该方法的检出限比文献报道的一些测定 Bi(III)的光度法的检出限9-12降低了一个数量级以上。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

Bi(III)的标准储备溶液(1.0 mg/mL):由 Bi (NO3)3·5H2O用0.1 mol/L HNO3配制;Bi(III)的工作溶液由储备液用0.01 mol/L的HNO3稀释得到;Na2WO4溶液(0.5 g/L);罗丹明6G溶液(0.5 g/L);聚乙烯醇(PVA)溶液(20.0 g/L);H2SO4溶液(6.0 mol/L)。实验用试剂均为分析纯,水为高纯水。

UV-2550型紫外-可见分光光度计(日本日立公司)。

1.2 实验方法

在25 mL的比色管中,依次加入适量的Bi (III)标准溶液或样品溶液、2.0 mL的 Na2WO4溶液,然后用水稀释至10.0 mL,摇匀并在室温下放置10 min后,顺序加入5.0 mL的H2SO4、3.0 mL的罗丹明6G溶液、1.5 mL的PVA溶液,用水稀释到25 mL并摇匀。在1.0 cm的比色皿中,用试剂空白作为参比,于550 nm处测定缔合物体系的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 吸收光谱

分别以水和试剂空白为参比,测定了试剂空白与反应体系的吸收光谱,结果如图1所示。由图1可见,在 H2SO4介质中并且有PVA存在的条件下,试剂空白的最大吸收峰位于490 nm附近,而反应体系的最大吸收峰则位于550 nm附近。即反应体系的最大吸收波长相对于试剂空白红移了60 nm,证明Bi(III)与WO42-及罗丹明6G之间发生了缔合反应,形成了离子缔合物。因为缔合物体系在550 nm处的吸光度与Bi(III)的浓度在一定范围内线性相关,所以实验选择550 nm为检测波长。

图1 试剂空白和缔合物体系的吸收光谱Fig.1 Absorption spectrum of the regent blank and ion-associated system

2.2 酸的种类及其用量的优化

研究了离子 缔合体 系在不同 介质(6.0 mol/L的 H2SO4、HClO4、H3PO4和 HCl)中的检测灵敏度。结果见图2。图2的结果表明,体系在 H2SO4中的检测灵敏度最大,而在 HCl中的 检测 灵敏度 最小。对 于6.0 mol/L的H2SO4,随其用量的增加,试剂空白的吸光度(A0)稍有下降,而离子缔合物体系 的吸光度(A)则在其用量位于4.0~7.0 mL时具有最大且稳定的值(图2b)。因此,实验选择了6.0 mol/L H2SO4溶液的用量为5.0 mL。

图2 酸的种类和用量对吸光度的影响Fig.2 Effect of the reaction medium and amount of acids on the absorbance of the system

2.3 Na2WO4及罗丹明6G溶液用量的优化

实验结果见图3。图3表明,Na2WO4和罗丹明6G的用量对试剂空白与离子缔合物体系的吸光度都有显著影响。在0.5~4.0 mL范围内,试剂空白的吸光度(A0)随Na2WO4和罗丹明6G溶液用量的不断增加而增大;离子缔合物体系的吸光度(A)则在 Na2WO4溶液的用量位于1.5~2.5 mL范围内以及罗丹明6G溶液用量达到2.5 mL后,具有最大及基本稳定的值。因此,实验分别选择0.5 g/L Na2WO4以及0.5 g/L罗丹明6G溶液的用量为2.0 mL和3.0 mL。

2.4 分散剂种类及其用量的优化

因为生成的铋钨杂多酸与罗丹明6G的离子缔合物难溶于水,所以实验尝试了加入分散剂(阿拉伯胶(GC)、PVA、Tween-20、Tween-80、OP)对体系进行增溶。实验结果见图4。图4结果表明,所试验的分散剂都能达增溶目的,但加入不同的分散剂后,体系的吸光度明显不同,其中以加入PVA的离子缔合物体系的吸光度(A)最大(图4a)。进一步实验表明,20.0 g/L PVA的用量对试剂空白的吸光度(A0)基本不产生影响,但离子缔合物体系的吸光度(A)却随PVA用量的增加先增大,随后稳定在其用量达到1.0 mL时。实验选择20.0 g/L PVA的用量为1.5 mL。

图30.5 g/L Na2WO4及0.5 g/L罗丹明6G的用量对吸光度的影响Fig.3 Effect of the amount of 0.5 g/L Na2WO4and 0.5 g/L rhodamine 6G on the absorbance of the system

2.5 反应时间和稳定性

Bi(III)与WO42-在室温下放置5 min即可形成铋钨杂多酸阴离子,而铋钨杂多酸阴离子可以与罗丹明6G迅速结合为离子缔合物。离子缔合物一旦生成,其吸光度至少可以在24 h以内保持基本不变。上述结果说明,本文采用的反应体系不仅速度快,而且稳定性好。

2.6 方法的线性范围、检出限及精密度

采用上述优化的实验条件,离子缔合物体系在550 nm处的吸光度与 Bi(III)的浓度在0.2~1.0 μg/L范围内符合朗伯-比尔定律,吸光度 A与 Bi(III)浓度 c(单位:μg/L)的线性回归方程为A=-0.0296+0.348 c(r=0.9992)。根据线性回归方程的斜率算得方法的摩尔吸光系数 ε为7.27×107L· mol-1·cm-1。对 0.8 μg/L Bi (III)平行测定11次,算得方法的相对标准偏差(RSD)为1.50%。对试剂空白进行11次平行测定,算得试剂空白的标准偏差为0.0041;按3σ/K (K为工作曲线斜率)计算得到方法的检出限为0.035 μg/L。

图4 分散剂种类及用量对吸光度的影响Fig.4 Effect of the type and amount of dispersant on the absorbance of the system

2.7 共存离子的影响

研究了30多种常见离子对0.8 μg/L Bi(III)测定的影响,结果见表1。由表1可见,在允许误差不超过±5%的条件下,常见离子基本上都不干扰测定,方法有较好的选择性。

表1 共存离子的允许量Tab.1 Allowable amounts of coexisting ions

2.8 样品分析

为了除去样品中可能存在的干扰离子如 Si (IV)等,参照文献[15]的样品处理方法,将100 mL水样或加标水样加热蒸发至近干后,用50 mL 0.1 mol/L的HCl溶解残渣,将溶液以3~4 mL/ min的流速流过装填了0.2g左右巯基棉的小柱,然后用3.0 mol/L的 HCl洗涤柱子两次(每次3 mL),合并洗涤液并蒸发至近干,加入5.0 mL 1.0 mol/L的 HNO3溶解残渣。将溶液转移到500 mL容量瓶中,用水稀释到刻度后,摇匀即可。取适量处理后的样品或加标样品溶液,按实验方法测定其中铋的含量,并计算测定结果的精密度和加标回收率,结果见表2。为进一步验证测定结果的可靠性,实验还同时采用了 ICP-OES法测定了处理后的样品溶液中铋的含量,结果也列于表2中。由表2可见,本方法的测定结果与ICP-OES法的测定结果基本吻合,而且本方法的精密度与回收率也比较满意。

表2 实样中铋的分析结果Table.2 The results for the determination of bismuth in samples

3 结论

以Bi(III)与钨酸盐和罗丹明6G在硫酸介质和聚乙烯醇存在下形成离子缔合物的反应为基础,建立了一个测定 Bi(III)的光度分析新方法。该方法具有仪器和操作简单、方便,分析速度快,灵敏度高,选择性好的优点,比大部分文献报道的测定Bi(III)的光度法[9-12]的检出限要低1个数量级以上,可用于自来水与环境水样中痕量铋的测定。

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Study on the Spectrophotometric Method for the Determination of Bismuth with Bismuth-Tungstate-Rhodamine 6G System

LIN Ming-hui,LI Zhi-lin*,JING Dong-yang
(Yunnan Fluorine Industry Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Kunming 650031,China)

A spectrophotometric method for the determination of Bi(III)was developed based on the ion-associated reaction among bismuth(III),tungstate and butyl rhodamine 6G in H2SO4medium.The good linear relationship between the absorbance at 550 nm and the concentration of Bi(III)in the range of 0.2~1.0 μg/L was obtained with the apparent molar absorptivity of 7.27×107L·mol-1·cm-1and limit of detection(obtained from 3σ/K.here,σ is 3 times of the standard deviation of the blank value,and K is the slope of the working curve)of 0.035 μg/L.The method,which was not interfered by most of the common ions,could be used for the determination of bismuth in running water and environmental water samples.The relative standard deviation of the results obtained by this method was below 3.0%,and the recovery was in the range of 95~105%.

bismuth;rhodamine 6G;ion-associated complex;spectrophotometry

文献标识码:A 文章编号:1004-275X(2015)04-0026-05

12.3969/j.issn.1004-275X.2015.04.008

收稿:2015-07-09

林明卉(1969-),女,广东潮州人,大学本科,工程师.研究方向:氟化工。

*通信联系人:李志林(1972-),男,云南昆明人,大学本科,工程师:研究方向:工业分析.E-mail:1368949710@ qq.com

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