萃取富集-8-羟基喹啉显色光度法测定赤泥中微量Ga(Ⅲ)

2015-10-17罗道成

分析科学学报 2015年6期

罗道成，罗铸

(1.湖南科技大学化学化工学院，湖南湘潭 411201；2.煤炭清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室，湖南湘潭 411201)

Ga是一种含量非常少的稀散金属。用铝土矿生产Al2O3时，Ga(Ⅲ)除了进入产品Al2O3和在母液中循环外，还会被赤泥带走。随着对赤泥综合利用的日益重视，对赤泥中有价金属Ga的回收成为赤泥综合利用的途径之一。因此，对赤泥中Ga(Ⅲ)的快速、准确测定有着非常重要的意义。Ga(Ⅲ)的测定主要有分光光度法[1 - 4]、原子吸收光谱法[5]、荧光光谱法[6]、电化学分析法[7]、络合滴定法[8]等。本文研究表明，在pH=4.0的HAc-NaAc缓冲溶液中，8-羟基喹啉能与Ga(Ⅲ)发生灵敏的显色反应，生成稳定的络合物，赤泥样品通过焙烧、酸溶和除硅，得到滤液，通过乙酸丁酯萃取富集滤液中的Ga(Ⅲ)，使Ga(Ⅲ)同赤泥中的大量基体元素有效分离，建立了一种灵敏简便的测定Ga(Ⅲ)的新的分光光度法。该方法具有仪器价廉、操作简单、灵敏度高；络合剂8-羟基喹啉价格便宜且易得；样品结合乙酸丁酯萃取分离，可以排除许多干扰元素等优点。而利用该种方法测定微量Ga(Ⅲ)的研究未见报道。方法应用于赤泥中微量Ga(Ⅲ)的测定，获得了满意的结果。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

UV-3000型分光光度计(日本，岛津公司)；723型分光光度计(上海第三分析仪器厂)；pHS-3C型酸度计(上海第二分析仪器厂)；马弗炉(长沙开元仪器股份有限公司)。

Ga(Ⅲ)标准溶液：0.1 mg/mL，称取于150 ℃烘干的Ga2O3(光谱纯)0.01344 g，用HCl(1+1)溶解，移入100 mL容量瓶中，以6.0 mol/L HCl稀释至刻度，摇匀。使用时用0.5 mol/L HCl稀释成4 μg/mL的工作溶液；8-羟基喹啉溶液：4.0 g/L，准确称取4.0000 g 8-羟基喹啉于1 000 mL烧杯中，加120 mL HAc加水定容至1 000 mL，摇匀；HAc-NaAc缓冲溶液：pH=4.0，用0.1 mol/L HAc 和0.1 mol/L NaAc配制，用酸度计调节pH；Tween 80溶液：1.0%；TiCl3溶液：将TiCl3与等体积浓HCl混合；乙酸丁酯。以上所用试剂除特别说明外，均为分析纯。实验用水为二次蒸馏水。

1.2 实验方法

准确移取一定量 4 μg/mL Ga(Ⅲ)标准溶液于25 mL容量瓶中，依次加入4.0 mL pH=4.0 HAc-NaAc缓冲溶液，3.5 mL 4.0 g/L 8-羟基喹啉溶液，1.5 mL 1.0% Tween 80溶液，加水至刻度，摇匀。10 min后，在723型分光光度计上，以试剂空白为参比，于416 nm波长处，用1 cm比色皿测定吸光度。

2 结果与讨论

2.1 吸收光谱

图1 吸收光谱Fig.1 Absorption spectra 1:8-hydroxyquinoline(c=0.56 g/L)+ HAc-NaAc(pH=4.0)against water；2:1+Ga(Ⅲ)(c=0.4 mg/L)against agent blank；3:2+Tween 80 against agent blank.

按照实验方法，用UV-3000型光度计，于280～520 nm波长范围进行扫描，得到吸收光谱如图1所示。由图1可知，在pH=4.0的HAc-NaAc缓冲溶液中，以试剂空白为参比，8-羟基喹啉与Ga(Ⅲ)络合物的吸收光谱如图中曲线2所示；在pH=4.0的HAc-NaAc缓冲溶液中，在表面活性剂Tween 80存在下，以试剂空白为参比，8-羟基喹啉与Ga(Ⅲ)络合物的吸收光谱如图中曲线3所示，加入表面活性剂Tween 80后，络合物的吸光度增强，表明表面活性剂Tween 80对体系具有增敏作用。在pH=4.0的HAc-NaAc缓冲溶液中，以水为参比，8-羟基喹啉的吸收光谱如图中曲线1所示。以水为参比，8-羟基喹啉最大吸收波长为362 nm；以试剂空白为参比，8-羟基喹啉与Ga(Ⅲ)络合物最大吸收波长为416 nm，最大吸收波长红移54 nm。实验选择416 nm作为测定波长。

2.2 显色剂用量

改变显色剂的用量，按实验方法进行显色测定。结果表明，浓度为4.0 g/L显色剂8-羟基喹啉溶液的用量在3.0～4.0 mL范围内，络合物的吸光度最大且恒定。故本文选用4.0 g/L 8-羟基喹啉溶液的用量为3.5 mL。

2.3 pH值的影响

体系在弱酸性介质中显色，在pH值为3.5～5.0弱酸性介质中，络合物的吸光度最大且恒定。因此，选用pH=4.0 HAc-NaAc缓冲溶液控制体系的pH值。结果表明，缓冲溶液用量在3.5～5.0 mL之间，络合物的吸光度最大且恒定，故选用pH=4.0 HAc-NaAc缓冲溶液用量为4.0 mL。

2.4 表面活性剂的选择及用量

按实验方法，在相同条件下，分别试验了Triton X-100、OP、CPB、Tween 80等表面活性剂对体系吸光度的影响。结果表明，在表面活性剂Tween 80存在下，体系的吸光度最大且稳定；同时1.0% Tween 80溶液的用量为1.0～2.0 mL时，体系的吸光度最大且稳定。实验选用1.0% Tween 80溶液用量为1.5 mL。

图2 不同浓度Ga(Ⅲ)的工作曲线Fig.2 The working curve of increasing Ga(Ⅲ) concentration

2.5 显色时间及络合物的稳定性

按实验方法进行，体系在室温下迅速显色，放置5 min后，体系的吸光度可达到稳定，络合物在室温下至少可稳定8 h。因此，选用显色时间为10 min。

2.6 络合物的组成

在实验条件下，Tween 80表面活性剂不与Ga(Ⅲ)反应，只有8-羟基喹啉与Ga(Ⅲ)反应，Tween 80表面活性剂对体系具有增敏作用。用摩尔比法和等摩尔连续变化法测得络合物组成为：Ga(Ⅲ)∶8-羟基喹啉=1∶2。

2.7 工作曲线及灵敏度

按照实验方法测定，以吸光度A对Ga(Ⅲ)浓度作图得到图2，由图2可知，Ga(Ⅲ)含量在0～2.4 mg /L范围内符合比耳定律，其线性回归方程为：A=0.0047+0.2141cGa(Ⅲ)(mg/L)，相关系数r=0.9998，表观摩尔吸光系数为ε=2.69×105L·mol-1·cm-1。同时对比实验结果表明，不用乙酸乙酯萃取条件下，络合物的表观摩尔吸光系数只有3.42×104L·mol-1·cm-1，表明采用乙酸乙酯萃取后，Ga(Ⅲ)与赤泥中的主要基体元素分离，消除了赤泥中的主要金属元素对Ga(Ⅲ)测定的干扰，Ga(Ⅲ) 的测定灵敏度提高了近7倍。

2.8 共存离子的影响

3 样品分析

赤泥试样处理按照文献方法[2,3]并稍作改进。先将一定量的赤泥试样过0.074 mm筛，然后收集筛下的赤泥试样作为分析试样。准确称取0.5～1.0 g赤泥试样于铂坩埚中，放入马弗炉中650 ℃灼烧1 h，取出冷却。用水润湿后，加入H2SO4-HF将硅挥发，冒尽SO3后，加入10 mL 6.0 mol/L HCl，5 mL HNO3，在电热板上低温煮沸除去氮的氧化物，蒸发至近干。冷却后，用水溶解残渣，冷却，定容至250 mL容量瓶。

Ca(Ⅲ)的萃取和反萃取参考文献方法[4,9]进行。准确移取适量的上述待测溶液，于60 mL分液漏斗中，逐滴加入TiCl3溶液至溶液呈紫色，放置20 min，以消除待测溶液中Fe(Ⅲ)的干扰，然后加入乙酸丁酯8 mL萃取3 min，分层后弃去水相，再加入几滴TiCl3，用6.0 mol/L HCl液等体积洗涤后，用10 mL蒸馏水反萃取Ga(Ⅲ) 3 min，待分层后，将水相移入25 mL容量瓶。然后按实验方法测定，结果见表1。将本法与罗丹明B法[1]比较，两者结果相符。同时按实验方法，进行标准加入回收实验，回收率为98.0%～103.6%。