云杉灰分中矿质元素的测定及对亚甲基蓝的吸附研究

姜小萍，赵　林

(青海民族大学化学与生命科学学院，青海 西宁　810007)



云杉灰分中矿质元素的测定及对亚甲基蓝的吸附研究

姜小萍，赵林

(青海民族大学化学与生命科学学院，青海 西宁810007)

摘要：以云杉不同光照强度的树冠枝条针叶和老针叶为试样，研究灰分中矿质元素的种类与分布特点和对亚甲基蓝的吸附，结果表明，阳面针叶中的矿质元素含量高于阴面，且K和Ca元素的含量高于Mg和Fe元素；老叶的矿质元素含量高于新叶，同样K和Ca元素的含量高于Mg和Fe元素。灰分在紫外可见光波长为650nm处时，亚甲基蓝的吸光度值最大；吸附平衡时间为70 min；0.4 g灰分为最佳用量；90℃时达到吸附平衡；在酸性范围内，随pH值增大，吸附力下降，碱性条件下则相反。

关键词：云杉；矿质元素；紫外可见分光光度法；普析通用可见分光光度法；亚甲基蓝

植物找矿法包括地质植物法和植物灰分法，前者为该方法一个古老的形态学分支，国内外均应用较早[1~6]；后者为该方法的地球化学分支，由于生产实践的需要和科学技术的发展，已在理论和实践上得到肯定。植物体必须依赖环境供给的物质、能量和信息，并通过复杂的代谢过程来完成生长发育[7]。K、Mg、Ca、Fe这些营养元素都属于国际植物营养学会确定的植物必需元素。必需元素在植物体内的生理作用有三个方面：作为植物体结构物质的组成成分；作为植物生命活动的物质[8]，影响植物的代谢[9]；起电化学作用，参与渗透调节、胶体的稳定和电荷中和等。矿质元素的分布与其本身是否参与循环有关，有些元素如钾进入植物体地上部分后仍然呈离子状态。参与循环和利用的元素，多分布于生长点和嫩叶等代谢旺盛的部位[6]。

云杉(PiceaasperataMast.)为松科云杉属常绿乔木，树高45 m，胸径可达1 m。云杉为中国特有树种，分布于华北山地、四川(岷江流域)、陕西西南部、甘肃南部及宁夏山区和青海东部。云杉具有顽强的生命力、耐干旱[10]，能防风固沙、减少水土流失。除做材用树种外，还可用于制作乐器、滑翔机及造纸的原料。云杉针叶含油率约0.1%～0.5%，可提取芳香油；树皮含单宁6.9%～21.4%[11]。亦是优良的城乡绿化树种。

作者对云杉不同光照强度的树冠枝条针叶和老针叶灰分中的元素进行测定[12]，同时研究其对亚甲基蓝的吸附，旨在掌握云杉树体灰分中元素的种类与分布，为云杉的科学栽培及地质调查应用提供依据。

1 试验材料与方法

1.1材料

1.1.1试验材料

试验材料于2013年3月采自青海西宁北山栽植的云杉树上，共采集4份试样，编为1、2、3、4号。试样1采于树冠阳面相对青色的云杉针叶；试样2采于树冠阳面相对黄色的云杉针叶；试样3采于树冠阴面相对青色的云杉针叶，试样4采于树冠阴面相对黄色的云杉针叶。

1.1.2试剂与设备

使用试剂：盐酸、硫酸、氨水、磷酸氢二钠、黄血盐；使用标准贮备液：氯化钾、硝酸银、氯化钾、硝酸镁、硝酸钙、氯化铁等。

试验设备：烘箱、马弗炉、显微镜、分析天平、 TU-1810紫外可见分光光度计和普析通用分光光度计[13]。

1.2方法

1.2.1植物灰分的处理

新鲜材料→除去水分

↓

干物质→除去有机物

↓

1.2.2样品的预处理

将4种样品依次用自来水、蒸馏水洗净，于105℃的烘箱中烘干并用研钵研碎，称取干燥研碎后的试样于坩埚中，放入马弗炉中在500℃灰化4 h，冷却后准确称取0.100 0 g，加入硝酸中并盖上玻璃表面皿，置通风橱中浸泡并稍微加热煮沸，至溶液呈无色，残留酸量应不超过1 ml，取出用蒸馏水定容至100 ml待测。将云杉灰分经过100目的分子筛，再分别称取0.1 g、0.2 g、0.3 g、0.4 g(4份)、0.5 g在不同的条件下溶于15 mg·L-1的亚甲基蓝溶液中待测。

1.2.3标准溶液的配制

用电子分析天平准确称取10.200 0 g硝酸钙、7.450 0 g氯化钾、16.250 0 g氯化铁、8.600 0 g硝酸镁各自稀释并配制成浓度为0.000 1 mol·L-1、0.000 2 mol·L-1、0.000 3 mol·L-1、0.000 4 mol·L-1、0.000 5 mol·L-1的标准溶液。准确称取1 g亚甲基蓝并以无水乙醇为溶剂配制为1 mg·L-1、5 mg·L-1、10 mg·L-1、15 mg·L-1的标准溶液。

1.3测定

氯 ：取干净的试管，加上一滴灰分元素溶液，再加入几滴1%AgNO3，观察有无AgCl沉淀生成。

钾 ：取灰分元素一滴加入干净载玻片上，再加上一滴钾试剂混合，盖上盖玻片，数分钟后，于显微镜下观察有无铅黑色的铅铜亚硝酸钾结晶。

钙 ：取灰分元素一滴加入干净载玻片上，再加上一滴1%硫酸混合，盖上盖玻片，数分钟后，于显微镜下观察石膏的针状结晶簇。

镁： 取灰分元素一滴加入干净载玻片上，先用1滴1%氨水中和，再加上一滴1%磷酸氢二钠，生成磷酸镁氨盐，结晶有雪花、星星、箱子、屋顶等形状。

铁 ：取灰分元素一滴加入干净白磁板上，再加上一滴黄血盐，生成兰色普鲁士兰。

2 结果与分析

2.1紫外可见分光光度法的试验结果及分析

用TU-1810紫外可见分光光度计光谱扫描各标准溶液，根据最大吸收峰确定K、Mg、Ca、Fe最大吸收波长，分别为340 nm、350 nm、300 nm、320 nm。根据各元素的最大吸收波长分别测定各元素的标准曲线及试样中所含该种元素的吸光度A，并记录[14~15]。以配制好的一系列标准溶液浓度C(mol·L-1)为横坐标、测定的吸光度A为纵坐标作图，通过标准曲线计算回归方程和相关系数，并通过试样测得的吸光度A计算出所含元素的含量。

表1　紫外可见分光光度法测定的元素吸光度

根据表1数据做标准曲线图1。

图1　紫外可见分光光度法标准曲线的绘制

表1和图1反应了所配标准溶液在TU-1810紫外可见分光光度计上测定的各元素的最大吸收波长(Fe在0.000 1 mol·L-1时出现负值，可能是配制出现错误或者是测定过程中出现错误所致)。曲线显示，最大吸收波长

随着浓度的增加吸光度也增加，符合朗伯比尔定理，即浓度与吸光度呈线性关系。

根据表1 和图1数据计算浓度与吸光度的回归方程及相关系数，结果见表2。

表2紫外可见分光光度法的回归方程及相关系数

元素回归方程相关系数KA=154.00C+0.0756R=0.9970MgA=140.00C+0.0880R=0.9976CaA=95.000C+0.0651R=0.9970FeA=632.00C-0.0812R=0.9987

利用紫外可见分光光度法测定各试样的波长值，结果见表3。

表3　紫外可见分光光度法测定的试样波长值

将表3数据代入相应的回归方程，计算得到各元素在云杉针叶中的含量(见表4)。

表4紫外可见分光度法的测定结果

元素试样1试样2试样3试样4K/mg·g-11.3521.6561.2261.276Mg/mg·g-10.8610.9980.8090.843Ca/mg·g-11.5541.5121.2591.175Fe/mg·g-11.2251.3491.1541.207

由表4可以看出，云杉针叶中矿质元素K、Ca的含量明显高于Mg、Fe；向阳面的含量高于阴面；老叶片的含量高于新叶片。

2.2普析通用法的试验结果及分析

用普析通用分光光度计分别在波长为360 nm、340 nm、330 nm、340 nm测定K、Mg、Ca、Fe4种元素的标准溶液及试样的吸光度A，再由标准溶液测得的吸光度A做标准曲线，通过标准曲线计算回归方程，结果见表5。

表5普析通用法的回归方程及相关系数

元素回归方程相关系数KA=57.000C+0.8731R=0.9942MgA=203.00C+0.0779R=0.9995CaA=102.00C+0.1198R=0.9916FeA=500.00C+0.0688R=0.9992

将测定数据代入回归方程，计算出4种元素的含量，结果见表6。

表6普析通用法的测定结果

元素试样1试样2试样3试样4K/mg·g-11.7721.8401.1701.293Mg/mg·g-10.7931.0300.7700.770Ca/mg·g-11.4981.3411.3021.145Fe/mg·g-11.0441.2120.9090.921

从表6中可以看出，云杉针叶中4种元素的测定结果与紫外可见分光光度法相同。

2.3云杉灰分对亚甲基蓝的吸附

2.3.1亚甲基蓝吸收波长的确定

用紫外可见分光光度计对亚甲基蓝溶液进行光谱扫描，结果为波长650 nm处亚甲基蓝的吸光度值最大。在此波长下，依次测定系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线，其线性回归方程为A=0.230 4C+0.159 9,相关系数R=0.999 1。测定吸附平衡的系列溶液的吸光度，利用校准曲线，确定平衡后溶液的准确浓度。

2.3.2吸附平衡时间的确定

在100 mL(15 mg·L-1)的亚甲基蓝溶液中加入0.4 g的云杉灰分进行吸附，在不同的吸附时间下测定亚甲基蓝溶液的吸光度，计算其脱色率。

图2　吸附时间对亚甲基蓝脱色率的影响

由图2可以看出，在初始阶段，亚甲基蓝溶液的脱色率随着吸附时间的增大而增大，当吸附时间达到70 min时，脱色率趋于平稳。因此，云杉灰分吸附亚甲基蓝溶液，在一定的时间内就可以达到有效的吸附效果，过长的反应时间并不能有效地提高脱色率。

2.3.3吸附用量的确定

分别称取不同质量的云杉灰分溶入100 mL(15 mg·L-1)亚甲基蓝溶液中进行吸附，在常温条件下经过70 min吸附即可达到平衡。在亚甲基蓝最大吸收波长下测定其吸光度，计算其脱色率，结果见图3。

图3　吸附用量对亚甲基蓝脱色率的影响

由图3可知，随着云杉灰分加入量的增大，亚甲基蓝的脱色率也逐步提高，当加入量达到一定程度时脱色率提高较少，趋于稳定。因此，过多的加入云杉灰分用量并不能无限度地使脱色率增大。试验显示，在100 mL(15 mg·L-1)的亚甲基蓝溶液中加入0.4 g云杉灰分为最佳用量。

2.3.4温度对吸附平衡的影响

在100 mL(15 mg·L-1)的亚甲基蓝溶液中加入0.4 g云杉灰分，经过70 min吸附，在不同温度下及在亚甲基蓝的最大吸收波长下测定其吸光度，并计算脱色率，结果见图4。

图4　温度对亚甲基蓝脱色率的影响

由图4可知，随着温度的升高，亚甲基蓝的脱色率也随着提高。当温度升至90℃，吸附能力趋于稳定。

2.3.5 pH值对吸附平衡的影响

改变原溶液的pH值，测定不同pH值下的云杉灰分对亚甲基蓝溶液的吸附量，结果见图5。

图5显示，亚甲基蓝溶液在酸性范围内，随pH增大，吸附力下降；在碱性

3 结论与讨论

3.1结论

以云杉不同光照强度的树冠枝条针叶和老针叶为试样，研究灰分中矿质元素的种类与分布特点和对亚甲基蓝的吸附，结果表明：阳面针叶中的矿质元素含量高于阴面，且K和Ca元素的含量高于Mg和Fe元素；老叶的矿质元素含量高于新叶，同样K和Ca元素的含量高于Mg和Fe元素。灰分在紫外可见光波长为650 nm处时，亚甲基蓝的吸光度值最大；吸附平衡时间为70 min；在100 mL(15 mg·L-1)的亚甲基蓝溶液中加入0.4 g云杉灰分为最佳用量；随着温度升高，吸附力提高，至90℃时达到平衡；在酸性范围内，随pH增大，吸附力下降，在碱性条件下，吸附力随pH增大而增大。

3.2讨论

通过对植物体内矿质元素的分析，可以了解植物对矿质元素的吸收和利用，有助于制定合理施肥计划。云杉在不同生育阶段相应组织中灰分含量是不同的，只有系统研究不同发育阶段的灰分含量差异，才具有比较意义,对指导施肥才有参考价值。不过,在观察元素缺乏引起其形态变化的同时,进一步测定其体内某些生理生化变化,就能够更深刻地认识矿质元素对云杉生长的影响,准确地确定施肥计划。一般多采用溶液培养方法,即在人工配制含有全部或部分营养元素溶液中栽培植物,然后观察其在不同培养液中的生长状况,从而确定其对生长的影响。关于这方面的研究有待进一步进行。

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Mineral element determination and adsorption study on

methylene blue ofPiceaasperataMast.ash

JIANG Xiao-ping, ZHAO Lin

(College of chemistry and bioscience, Qinghai National University, Qinghai Xining 810007, China)

Abstract:PiceaasperataMast.needles from crown branches and older needle-leaves with different light intensity were taken as objects to research the types and distribution characteristics of mineral element, and the adsorption to methylene blue. The results showed that mineral element content of sunny facing needles were higher than shaded halves, content of K and Ca were higher than Mg and Fe; Mineral element content of old leaves was higher than young leaves. Absorbancy of methylene blue reached maximum value, when wave length of ultraviolet visible light was 650 nm; adsorption equilibtium time was 70 min; 0.4 g was optimum volume of the ash; adsorption equilibrium reached at 90℃.In the range of acidity, the adsorption capacity decreased with the increase of pH, the results was opposite in the range of alkalinity.

Key words:PiceaasperataMast.; mineral element; ultra violet spectrophotometry; pgeneral visible spectrophotometer; methylene blue

作者简介：姜小萍(1969-),女(满族),黑龙江齐齐哈尔人,副教授,主要从事生物无机化学方面的教学与研究.

收稿日期：2013-11-19

文章编号：1005-7129(2014)01-0022-04

中图分类号：S791.18

文献标识码：A