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双(2—羟乙基)二硫代氨基甲酸铵为螯合剂的液相色谱电化学检测重金属离子的研究

2021-07-26 来源:汇智旅游网
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分析化学1991,19(8),869 ̄874. ● ' ● 辟蠢 FENX1 HUAXUE(Analytical Chomistrv) 双(2—羟乙基)-硫代氨基甲酸铵为螯合剂的液相 色谱电化学检溯重金属离子的研究 汪尔康。刘安华 (中国科学院长春应用化学研究所电分析化学开放研究实验室,长春,130022) 摘翼本文在自行合成水溶性螫合剂双(2.羟乙基)二硫代氨基甲酸铵基础上,研究其与 镉(I),铅(I),钴(I),镍(I),铜(I),汞(I)之螫合物的液相色谱分离条件。于 NucleosiI cl0柱上,用含0.05toot/L K ̄HPO·(pH=6.O)和0.01mol/L TBAP的甲醇·水 (1O 60,'I/y)做流动相,流速0.8m1/mia淋洗,于电位为4-0.90V(vs.SCE)检测。对十七种 元素做了干扰实验,除As对Ni峰,se对cu峰有干扰外,其它元素均无干扰。大量co存在不 影响Ni的测定。 关■饲反相高效液相色谱 双(2一羟乙基)二硫代氨基甲酸镀 铜 镉 铅 钴 镍汞 电化学检测 用液相色谱分离检钡l金属离子巳得到广泛应用“ 。其分离方法有正相,反相或离子交 换色谱。紫外和电化学捡测已是较普遍应用的检澍器,但液相色谱分离重金属离子,用电化 学方法检测尚不多见”“ ,以二硫代氨基甲酸盐为螯合荆进行柱前或在线衍化来测定重金 属离子已有报道“ 。二硫代氨基甲酸盐(DTC)能与多种金属离子螯合,但螯合物水溶性 小,故需要柱前萃取洗涤,加有机溶剂(如四氯化破)溶解等预处理步骤,操作繁琐。 为克服这一弱点,本文合成了水溶性的螯台剂双(2-羟乙基)二硫代氨基甲酸铵 BHDTC),应用柱前衍化对Cd,Pb,Co,Ni,Cu,Hg等金属离子进行了分离检测,并研 究了BHDTC与金属离子螫合物的反相色谱及其电化学检坝0的影响因素 实验部分 (--)仪器置试,}I 美国Waters公司M208型液相色谱仪,自装伏安仪和安培捡测器 |粒径7 gtm的 200 mm×4 mm之Nucleosil CI 8不锈钢色谱柱(大连化学物理研究所)。 铜、钻、镍、镉、汞标准溶液分别用CuSO.·3H:O,CoC1 ·6H 2O,NiSO.·7H ̄O, CdC1。.5H O,Hg(NO。) 优级纯试剂配制,铅标准溶液用纯铅加浓硝酸溶解,蒸发配制。 氢氧化四丁胺(BDH公司>,高氯酸,二乙醇胺,四氧映喃,二硫化碳为化学纯,其余 试剂均为分析纯,均以二次蒸馏水配制溶液。 (二)实验步纛 1.BHDTc的爿备与纯化 溶解一定量的二乙醇胺于定量甲醇中,再加四氢呋喃和浓氨水,在冰裕中冷却到]0℃以 下,在搅拌条件下,滴加二硫化碳数滴,在冰浴中放置5~6 h,直至产生晶体(无色)。过 滤,用四氧_呋哺_洗凑聋 次、,宣塌 裒窑千操 将点t{lo6℃ 用t:l乙醇 球提_垃 ’ 两斑 维普资讯 http://www.cqvip.com

870 分 析 化 学 第19卷 重结晶,即制得纯BHDTC试剂 2.BHDTC蠢定性实验 取2×10 mol/L BHDTC 2ml于比色皿中,在选定波长290111%1…条件下,控制不 同韵pH值,观察pH%] ̄BHDTC稳定性影响。 3.BHDTC厦其结合耪的循环伏安宴验 以流动相40 甲醇+60 (W/W)0.05mollL KH PO +0.01mol/L TBAP(pH:6.0) 为底液,分别对BHDTC及其金属络台物进行循环伏安实验。 4.譬台物的色谱分离,电化学方渣■嗣 定量取各种金属离子于足量BHDTC中,用流动相稀释到l0 m1,摇匀,用微量进样器 吸取20 1进行色谱分析。流速控制0.8ml/min,控制电位为+0.90V(vs.s(IE)。 ■ 结果与讨论 , (--)BHDTC及其譬台物的电化学特性 以液相色谱流动相为支持电解质,对BHDTC及其螯台物进行循环伏安实验(圈I)。在 + 《d)‘ E(v)("^ ^5a ● 图I BHDTC及其Cu,NI螯合物的c-V图 (_)空白I lD 甲尊+60 “ /V)o osmol/L KH,PO‘+o.olraol/L, TBAP pH:6.。| 伯)在(_)中加^j ro×10。 mol/L Ni(bhdtc)±, ‘c)在(^)中加^2.o x 10-3mol,L BHDTC} (d)在(a)中加^I.D×1O 3mol/L Ca(bhdtc)2. 0.0一+I.2V(vs。Ag/AgC1)电压范围,BHDTC可产生两个不可逆氧化蜂,参考关于DTC 电氧化的机制 “ ,可认为第一个不可逆氧化峰是由于BHDTC氧化生成双羟乙基秋兰姆 化二硫,第二个不可逆氧化蜂是由于此生成物的进一步氧化。 M(bhdtc):的氧化过程也是不可逆的,其氧化电位比BHD ̄I。C的第一波正,对某些金 属离子,如Cu“,存在其它的氧化方式,如t 3Pb”(bhdtc)2--->2[Pb (bhdtc)a] +Pb。 +4e。。 [1] ] Cu(bhdtc)2_÷ ̄Cu(bhdtc)2j +e一 [2] ● 表l列出用循环伏安实验测定BHDTC及其金属螫台物的氧化蜂电位值 维普资讯 http://www.cqvip.com

第12卷 分 析 亿 学 。 ■ (=)BHDTC及其螯台衔的奠定性 实验结果表明,溶液pH对BHDTC的稳定性有影响,圈2给出BHDTC在不同的pH条 件下,吸光度随时间的变化曲线。。PH<5.0I稳定性较差}pH=5.0~7 0,可稳定1~2 h, 加入金属离子,即可形成有色络合物。在pH=6.0时,BHDTC及其络合物能稳定2 h以上, 完全可进行色谱分析。加入高氯酸四丁胺(C =0.0Im ̄IL)作为电化学检测的支持电 质,也可使其稳定性增加。因为形成了R。N+ ̄BHDTC一离子对缔合物 。 寰1 C-V法潮定双(2一羟乙基)--硅代 I【基甲t馈曩蕾譬台均柏鼻化电位 音暂 E: V(vs-Ag/AgCI枷枷 枷枷 ) 仙 B}IDTC 髓 们蛆 啦 ● Cu(bhdtc)l Nf(bhdtc)l 枷枷 ¨ 仙“ CA(Shdt ̄)l ∞ 仆曲 Co(5 ̄dtc)± ’ Pb(bhdtc)l Hg(hhdtc) ̄ ·底藏I 40 甲砬+B0 (V, )o.osmol/LKH2PO‘ +0.0lmo11L TBAF,pH=B.0 CV.扫播I 100丑V,s,电位范围_0~】.2V. 图2 pH值对BHDTC稳定性的影响 (a)pH=7.0,(b)pH=5.8, CBHDTc=2.0×l0—3moI/1. (c)pH=5.c,(d)pH=3. CM(b¨t i) =1.0×l0一 tool/L. CBHDTG=2.0×l0一 ̄mol/L, (三)螯合衔的拄前衍化条件 =i00nm. 实验表明,在选定pH=6.0的KH:PO 缓冲溶液中,pb 2 ,Cd“,Cu“,} “, C0“,Ni 均可与BHDTC生成稳定螯台物,但在色谱分析中发现,大量的BHDTC存在可 将Pb(Ⅱ),Cd(Ⅱ)峰掩盖。Wallace等人” 在研究DTC的方法印发现,大置的Zn“存在 并不干扰其他离子的检测。首先加入大量Zn“,再加入金属离子,发生金属离子(M)与 Zn 的快速交换反应…l Zn(bhdtc):+M¨.÷M(bhdtc):+Zn¨、将Cu +加入 Zn(bhdtc):孛,发现溶液迅速变黄,表明Cu(bhdtc):形成。循环伏安实验也证实了 Cu(bhd ̄c) 的生成。由于Zn(bhd ̄c) 的生成,可使得BHDTC氧化电流减小,并且 Zn(bhd ̄):并不呈现色谱峰” 。实验发‘现,必须加入高于待浏离子浓度100倍的Zn“, 然后加入各种金属离子,从而使BHDTC峰高减小,使Pb(Ⅱ),Cd(Ⅱ)峰形改善。 (四)流动相的盎择 …- 实验表明,流动相中甲醇含量和缓冲溶液的pHX#分离的影响极大,甲醇含置低于3O%, 分离时间较长,甲醇含量高于6O ,Cd蜂与BHDTCt¥完全重叠。Cd,Ni蜂重叠,在甲醇 含量为4O 时,四种蛆分得以良好的分离 当缓冲溶液pH<4.0,只有BHDTC峰,pH逐渐增 高,备组分逐渐分开。当pH>8.0时,Pb,Cd蜂与BIIDTC蜂重叠J Co,Nj,Cu,Hg蜂重 叠,最终选定pH=6.0最佳。TBAP的浓度对分离效果有影响。TBAP浓度高于0.01mo'I/L, Cu的峰形不好,Cd峰与BHDTC蜂重叠,不加TBAP时备,种金属离子难以在柱上保留。 将与BHDTC--起流出。最终选定流动相的最佳条件是4O 甲醇+6O (v/Y)o.051nol/L KH PO。+0.01mo]/L TBAP。pH=6.0。图3、4为金属离子的BHDTC螯台物色谱分离 图。 (五)动态伏安实验 图5为Hg,cd,c0,Ni,cu的BHDTC螯台物在电化学裣谢器士控制不同电位的埠 维普资讯 http://www.cqvip.com

分 析 化 学 第l9卷 (rain) arin) 图3 Cd,Co,Ni,Cu的BttDTC螯台物色谱图 图4 Pb、Co,Ni,Cu、Hg的BHDTC 样品l 6 ml Co.Nij l0 /皿l Ca2 0.26m ml Cdl 6.0 x 1o’4mol/L BHDTC, 螫台物色谱图 (2口 I遵样) 样品:5 ̄g/ml Co,Ni_20 ̄g/ml Pb,Cu_ 流动根l 4O 甲醇+BO ( / )0.OGmol/L KH2PO4 G0p.g/'ml HgI 2.6 x 10‘0mol/L Zn|’I +0.0imollL TB^JP.证{一B.0 2.5x 1O-3mol/L BHDTC.2O L进样 斑建l 0.8ml/m-丑.加电压4-0.90V(Ts.SCE). 其他条件如图3. 电流变化曲线。根据备组分的变化情况及噪 声大小,我们选择在+0.9V(vs.SCE)电位 下检测。在0.5 pg/ml Co,Ni,10 ̄g/ml Cu,60 pg/ml Hg,30 ̄g/ml Pb,0.25 mg/ml CdJ 2.5×10 mol/L BHDTC, 2.5×10一 mol/L Zn“,+0.9V(vs.SCE) 电位下,重复进样l0次,备组分峰高的相对 标准偏差均小于5%,Co,Ni在0.O05~ l ̄g/ml线性范围, 性相关系数分 4为 0.996和0.997,Cu在0.032 ̄2.5 v.g/m], Hg在0.5~l0 ̄g/ml线性范围,相关系数分 目 为0.998和0.997,在选定的条件下,检测 E v(v scE 限分别为,Co:0.1 ng,Ni‘0.1 ng,Cu: 图5 Cd,Co,Ni,Cu,Hg 动态伏安图 0.6ng,HgI 10ng(20 pl进样.S/N=2>。 样品I‘●lg/血I Co.N】,10 ̄g/ml Cu, (六)其他膏子的影响 o.2 ̄mgtml Cd.0.z2mgtml Hg 2.j x 10—3mol/L B}町C。2.5×10一 ̄mol/L Zn2’ 在+0.9V(vs.SCE)电位下,含i0ng 藏萄捂条件如图3 Co、Ni,0.2嵋Cu, l嵋Hg,0.6嵋 I.Ni,2.CuI 3.cdI 4.Co,5.Hg Pb,及5 g Cd,2.5×i0。mol/L BHDTC及2.5×10 mol/L Zn“(20 ̄1进样)时,分 剐加入2o¨g的ca“, “,A ,Fe“,Zn“,Sn“,Bi“,Mn“,Cr。 均不干扰测 , ● _ 誓 维普资讯 http://www.cqvip.com

慧 第l9卷 分 {斤 化 学 定。As使Ni峰分叉}Se使Cu峰重叠,高于Ni含量50倍的Co不干扰Ni的剩定。在柱上保留 的金属离子有Co Ni、Cd Pb Cu,Ha,Se、As,这是与螫合物的热力学穗角性有关的。 结 论 水溶性螯合剂双(2-羟乙基)二硫代氧基甲酸铵给液相色谱法测窟痕最重金属离子提供了 简便,经济,快速而又灵敏的分析方法,借此螯合剂与金属离子之柱前衍生的水溶性螯合 物,可省去柱前预处理步骤,同时在柱前加入zn“为伴随金属离子,用反相液相色谱分离, 电化学方法同时测定钻、镍 铜,汞,得到较好的线性关系和检出限,铅和镉峰型得以改 善,估计在不同的色谱体系中,还可实 ̄3HDTC之其它多种金属离子的同时测窟。 本文是国家自然科学基金委资助项目 。。 ◆考文献 (1)Kissinger.P.I.,T 汪尔康,分析化学.195G,14.74. [2]Bond,A.M.,wallace,G…G Anat.Chem.,1984,56,2085. [3 3 Bond,A.M.,Wallace,G.v.,G Anat.Chean.,1953,55,718. [4]Hm i,H.,Lavin,A…G Wallace,G…G Anat.Chean.,1987,50.64. [5]Lajuncn,Laul"i,H…J Erlarvi.Efkki.,Niemi,Pitjo.,Chem.Lett.,1954,6,146. (6 Irth,Hllbei"tus.,de Jong.G,J.,Brlnkman,U…A Anat.Chin.,1987,59,58. [7】B帆d'A.M.,Wallace,G.G.,J.L由. ̄hromatogr.,1983,6(10),1799. (8]且iviello,J…M wa1]ace,G…G Chromatog,aph a,1988,25(3),162. [ 广耘、上野景平、夸村寿明著,王镇捕、王镇禄译, 有机分析试剂手册 ,地质出版社,北京 、9115年. (1 £华鼠、朱果逸、汪尔康,分折化学,1987,15,897. (段璃日斯l 19日D年8月a日}謦回日期l I990年11月2日) 维普资讯 http://www.cqvip.com

874 分 析 化 学 第10卷 Liquid Chromatography-Electrochemical Detection of Heavy Metal Ions Using Bis(2——hydroxyethy1)—— dithiocarbamate as Chelating Agent Wang Erkang ,Liu Anhua (Laboratory of Etectroanalytical Chemistry,Changchun Institute of Applied Chemistry,Chinesc Academy of Sciences,Changchun,litln 130022) ’ Abstract Based on恤c soluble complex onlon prepared,恤c separation and simultaneous determination of cadmium(I),lead(I)。cobalt(I),nickel(I),copper(I)and Ile,r- cury(I)-bis(2‘hydmxycthy1)dithiocarbamate(BHDTC)chelates by liquid chromatography in revcrsod phase mode wele investigated systematically on a Nuc]eosil C1 8 colomn(200mm× 4 mill bore).Using mlethanol/water(40 6O, y)containing 0.05mol/L phosphate buffer (pH=6.0)and O o01 me]/L TBAP as mobile phase at a f/ow-ratc of O o8 mi/ilin.恤c the- 1ates were separated completely and detected electrochemically at+0.OV(vs.see).Seventeen comn'lon elements wtre ̄ixamlined haying no intexferenco to恤c siIlu]taneous dete ̄m抽ati0n of Cd,Ni,Co,Cu,Pb and Hg except for As by coeiuted Ni and Se by coelulod Cu.Lar- gc 0 ̄nottnt of Co and Ni did not interfere wi恤each other. Keywo rd s Liquid chromlatogxaphy,Bis(2-hydroxyethy1)dlthiocarbamate,Cadmium Cobalt,Nicke1.Copper.Mercury,Electrochemical detector (Received August 13,l 990I Revised November 2,l 9g ) 

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