毛細管電泳法直接分離測定水溶液中的金屬離子

上一篇 / 下一篇 2010-06-03 11:16:29

　　高效毛細管電泳是目前分析化學前沿領域中迅速發展的一種新型分析方法，具有高效、快速、試樣用量少、分離效果高等特點，已廣泛應用于醫藥、臨床、環境、生命科學、化學、化工等方面 [1]。它是基于被分離物質的凈電荷與質量比的差異，各組分按其表面電荷的差異，以不同的速度在毛細管內的電解質溶液中移動而導致分離。90年代以來，毛細管電泳被成功的應用于無機離子和其它低分子量離子的測定[2]~[4]。但對金屬離子分離測定，多采用間接紫外檢測法。本實驗利Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+與鄰二氮菲形成的配合物對紫外光譜產生吸收，在波長為220nm時，以HAc- NaAc作為背景電解質，使 Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+的配合物得了較好的分離，且溶液濃度與峰面積之間具有良好的線形關系，回收率98%~103%。該方法操作簡單，分析速度快， 4分鐘內可將上述4種離子的配合物得到基線分離。

　　1 實驗部分

　　1.1 儀器與試劑

　　GL2001高效毛細管電泳儀(北京采陸科學儀器有限公司)、未涂層熔融石英毛細管(內徑75um，有效長度47cm，河北永年光導纖維廠)，254nm;、PHS-3C型精密酸度計(上海雷磁儀器廠)。

　　金屬離子標準溶液：Cu2+，Cd2+， Ni2+，Zn2+ 濃度均為1.0mg/mL，使

　　用前稀釋至所需濃度;

　　HAc-NaAc緩沖溶液;

　　1.0%鄰二氮菲乙醇溶液。

　　所有實驗用水均為去離子水，試劑均為分析純。

　　1 .2電泳條件

　　測定波長220nm，采用陽極端手動壓差進樣，進樣高度10cm，進樣時間10s。分離電壓25kV。運行緩沖溶液，150mmol/L pH=4.30HAc-NaAc(20%乙醇)。每次進樣前用去離子水、緩沖溶液沖洗毛細管各2min。

　　1.3實驗方法

　　將金屬離子標準溶液稀釋至所需濃度，在小試管中加入適量的各金屬離子溶液，加入適量 1%鄰二氮菲乙醇溶液，振蕩搖勻。在電泳條件下用紫外檢測器直接分離、檢測Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+與鄰二氮菲形成的配合物。

　　2 結果與討論

　　2.1分離條件的選擇

　　2.1.1 測定波長的選擇

　　利用儀器在紫外區可產生連續光譜，測定了Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+與鄰二氮菲形成的配合物對紫外光譜的吸收。結果表明在λ=220nm時，吸收值最大。

　　2.1.2 緩沖體系的選擇

　　緩沖體系直接影響離子的遷移和分離。實驗中考察了醋酸緩沖系、磷酸緩沖系。由于PO33-與待測離子形成難溶物的溶度積很小，影響了Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+與鄰二氮菲的配合，實驗結果不甚理想。醋酸緩沖系不存在上述影響，故選擇其作為運行緩沖溶液。

　　2.1.3 pH值對遷移時間的影響

　　測定Ni2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+在 pH為3.0、4.0、5.0、6.0、7.0的HAc-NaAc溶液的遷移時間，由圖1可知，緩沖溶液的pH值在4.0~5.0之間Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+分離效果較好，進一步實驗，分離上述離子的最佳pH值為4.3。

　　2.1.4 醋酸緩沖溶液濃度對遷移時間的影響

　　隨著醋酸緩沖體系濃度的升高，溶液的離子強度逐漸增大，，各峰遷移時間及分離度隨之增大。但醋酸緩沖溶液濃度太大，體系離子強度過大，由于焦耳熱使區帶增寬，檢測靈敏度降低;濃度過高還會使分離電流增大，基線不穩定，不利于檢測[5]。實驗中測定了分離電壓為25kV 時，Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+在80、 120、160mmol/L的pH=4.3的醋酸緩沖溶液中的遷移時間，由圖2可知，醋酸緩沖體系濃度為140~160mmol/L分離效果較好，實驗選擇其濃度為150mmol/L。

　　圖1 pH值對遷移時間的影響圖2 緩沖體系濃度對遷移時間的影響

　　Fig .1 Effect of pH value of buffer on Fig .2 Effect of concentration of buffer

　　migration time solution on migration time

　　1.Cd2+;2.Cu2+;3.Ni2+;4.Zn2+ 1.Cd2+;2.Cu2+;3.Ni2+;4.Zn2+

　　2.1.5 乙醇濃度對遷移時間的影響

　　隨著有機溶劑的加入，擴寬了分析時間的窗口，使分離率得到了提高，且峰形得到了改善，但使用過多時，會導致遷移時間推遲，峰形過分展寬而影響分離[6]。在分離電壓為25kV時，測定了Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+在含有5%、10%、15%、20%、25%乙醇的pH=4.3，150mmol/L醋酸緩沖溶液中的遷移時間。由圖3可知。當乙醇濃度為20%時，可使 Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+與鄰二氮菲配合物得到基線分離，見圖4。

　　圖3 乙醇濃度對遷移時間的影響圖4 Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+混合溶液的分離譜圖

　　Fig .2 Effect of concentration of ethyl Electropherogram of a mixture of four

　　hydrate on migration time metal ions standards

　　1.Cd2+;2.Cu2+;3.Ni2+;4.Zn2+ 1.Cd2+;2.Cu2+;3.Ni2+;4.Zn2+

　　2.2 定量分析的特征

　　在優化的分離條件下(pH=4.3，150mmol/L醋酸+20%乙醇體系，檢測波長220nm)，實現了Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+配合物的分離。定量分析特征參數及回收實驗數據見表1和表2。

表1 定量分析特征參數

Table 1 Characteristic parameters of correlation curves

Metal ions Regression equation r Linear range/ Detection limit/ RSD/%(n=5)

(mg/L) (mg/L) t_R A

Cd²⁺ C = 0.816A+33.1 0.999 40-500 8.22 0.93 3.40

Cu²⁺ C = 0.313A+0.16 0.999 3.0-200 2.3 0.66 1.21