离子对-浊点萃取-火焰原子吸收光谱测定矿泉水中的痕量铜、锌和铁的方法

摘要

本发明提供了离子对-浊点萃取-火焰原子吸收光谱测定矿泉水中的痕量铜、锌和铁的方法，包括如下步骤：S1.？样品中加入表面活性剂溶液，？5-Br-PADAP-TPB正2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二乙氨基酚-四苯硼钠溶液和适量缓冲液，用水定容；S2.？将S1所得混合物加热并趁热离心；S3.？离心结束后，置于冰水浴中冷却，弃去水相后加入稀释剂，用火焰原子吸收光谱法进行检测。根据本发明提供的方法，测定铜、锌、铁的检测限分别为0.444μg/L，0.135μg/L和0.779μg/L。

说明书

技术领域

本发明属于食品检测技术领域，更具体地，特别涉及离子对-浊点萃取-火焰原子吸收光谱测定矿泉水中的痕量铜、锌和铁的方法。

背景技术

微量元素虽然只占体重的0.01%，但他们和生命的健康状况栖息相关。铜、锌、铁对人体的健康发展极为重要。然而，它们的摄入只需要微量水平，过量的摄入上述微量元素则会引起不良的健康影响。生活中水是人体摄取微量元素的主要来源之一，随着现代工农业的发展，矿泉水水源地被污染的问题越来越突出。在矿泉水的净化工艺流程中，往往不能有效地去除无机污染物。因此，需评估矿泉水中微量元素的风险。

Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺的测定方法有很多，电感耦合等离子体发射光谱法ICP-OES，电感耦合等离子体质谱法ICP-MS，火焰原子吸收光谱法FAAS和石墨炉原子吸收光谱法GFAA等。其中，FAAS具有操作简单、分析成本低、结果稳定的优点，可为多数研究实验室配备。但由于微量元素在环境样本通常为痕量，测定分析时需预先富集前分析物。

浊点萃取技术(CloudPointExtraction,CPE)作为一种有效的分离富集技术已广泛应用到金属离子的测定。CPE基于表面活性剂水溶液的增溶和分相行为，利用络合剂与金属离子形成疏水性的络合物，而实现溶质富集的目的。5-Br-PADAP作为一个优良的广谱分析试剂，近年来在胶束体系分析中得到应用，特别是CPE。但该试剂在预浓缩步骤易结合非目标阳离子而导致萃取效率降低。因此，本发明需求找到一种萃取剂能够提高络合物的疏水性，进而提高萃取效率，达到富集矿泉水中痕量的目标金属元素，从而提高其检测响应值和检出限。

发明内容

本发明的目的在于根据现有的矿泉水中痕量金属检测方法的不足，提供了一种离子对-浊点萃取-火焰原子吸收光谱测定矿泉水中的痕量铜、锌和铁的方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了离子对-浊点萃取-火焰原子吸收光谱测定矿泉水中的痕量铜、锌和铁的方法，包括如下步骤：

S1.样品中加入表面活性剂溶液，5-Br-PADAP-TPB正2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二乙氨基酚-四苯硼钠溶液和适量缓冲液，用水定容；

S2.将S1所得混合物加热并趁热离心；

S3.离心结束后，置于冰水浴中冷却，弃去水相后加入稀释剂，用火焰原子吸收光谱法进行检测。

优选地，所述S1中5-Br-PADAP-TPB的浓度为0.01mmol/L，添加用量按与矿泉水样品的体积比计1~10：300。

更优选地，所述S1中5-Br-PADAP-TPB溶液的添加用量按与矿泉水样品的体积比计1:75。

优选地，所述表面活性剂溶液为TritonX-114溶液，所述TritonX-114溶液的体积浓度为5%，添加用量按与矿泉水样品的体积比计为1~3：75。

更优选地，所述S1中TritonX-114溶液的添加用量按与矿泉水样品的体积比计为2:75。

本研究以5-Br-PADAP-TPB离子对为络合剂，TritonX-114为表面活性剂，采用浊点萃取法富集瓶装矿泉水中的Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺微量元素（根据文献报道，瓶装矿泉水Cu含量在0.15~0.36ng/mL,Zn含量在0.68~87.44ng/mL,Fe含量在0.03~0.15μg/Ml，目前常用的一般检测犯法并不能较好地检测到痕量的目标金属元素的浓度），并与火焰原子吸收检测技术联用，建立了一套水样中Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺微量元素含量检测的新方法。

本发明发现，5-Br-PADAP溶液在预浓缩步骤易结合非目标阳离子而导致萃取效率降低，为了提高萃取率，进而提高富集矿泉水中的目标元素，本发明在5-Br-PADAP溶液基础上，结合TPB形成离子对浊点萃取的萃取剂，可获得较高的疏水性并提高萃取效率，从而提高目标元素的抗干扰能力。

5-Br-PADAP-TPB在浊点萃取法中的应用，将5-Br-PADAP-TPB作为矿泉水样品中铜、锌和铁的萃取剂。其比5-Br-PADAP作为萃取剂，对矿泉水中的铜、锌、铁具有更高的萃取效率，并且有更高的抗其它金属离子干扰的能力。

5-Br-PADAP常常可以用作试剂测定的金属，它含有四个孤对电子的氮原子，故可在酸性介质中质子化，随着溶液pH的升高，质子化的氢与酚经基上的氢逐步离解，它的解离步骤如以下所示：

它和四苯硼钠在摩尔比1:1时，可以在质子化的形态下与四苯硼钠形成离子对（如下所示），再与水溶金属离子结合。其中，四苯硼钠是由阴离子硼与四苯基取代组成，具有较好的脂溶性。添加离子对的试剂可以影响金属络合物的亲水性，并提高对非目标元素的耐受水平和选择性。

此外，对于螯合剂TritonX-114来说，其用量对于萃取效率和富集倍数均存在着较大的影响，在浊点萃取过程中，由于随着表面活性剂相体积比的增大，螯合作用的效果会逐渐降低，从而导致富集倍数会逐渐下降，因此，选择合适的螯合剂用量对于检测结果也存在着较大影响。

优选地，所述S1中样品酸化至pH=2，矿泉水样品取样体积与定容体积比为3:5。

所述稀释剂为含10%HNO₃的甲醇溶液。

优选地，当所述方法测定元素为铜时，所述S1中缓冲液的pH为6；

当测定元素为铁时，所述S1中缓冲液的pH为4；

当测定元素为锌时，所述S1中缓冲液的pH为7。

浊点萃取时，金属离子首先与络合剂形成疏水性的金属络合物，然后萃取到表面活性剂中。缓冲液的pH值会影响金属络合物的形成，酸度过高，金属离子与络合剂形成的螯合物不稳定或发生其他干扰反应，影响萃取率。本发明研究发现，上述几种缓冲溶液在测定相关金属离子时，能够提高萃取效果，检测响应值相应提高。

优选地，所述S2中加热温度为30~50℃。合适的平衡温度，可以使非离子表面活性剂溶液较快地发生浊点现象，同时在一定程度上缩短达到两相分配平衡的时间，提高分析效率。温度过低达不到浊点时，溶液不分相；温度过高则会使形成的络合物的稳定性降低，从而导致体系的吸光度下降。

更优选地，所述S2中加热温度为40℃。

优选地，所述S2中加热时间为5~20min。

更优选地，所述S2中加热时间为15min。适宜的平衡时间是保证疏水性物质被完全萃取的重要因素之一，水浴时间过短则络合反应不完全。

优选地，所述S2中离心转速为3500r/min，离心时间为10min，所述S3中冷却时间为10min。

优选地，所述S3中上机检测条件为：

当测定分析元素为Cu时，吸收波长为324.7nm，灯电流6mA，狭缝宽度0.7nm，乙炔流量1.8L/min，空气流量8L/min；

当测定分析元素为Fe时，吸收波长为248.3nm，灯电流12mA，狭缝宽度0.2nm，乙炔流量2.2L/min，空气流量8L/min；

当测定分析元素为Zn时，吸收波长为213.9nm，灯电流8mA，狭缝宽度0.7nm，乙炔流量2.0L/min，空气流量8L/min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

本发明通过复合5-Br-PADAP溶液基础上，结合TPB形成离子对作为浊点萃取的萃取剂，能够显著提高目标金属元素铜、铁和锌的萃取效率，达到较好的富集效果，同时提高目标金属离子的抗干扰能力，通过本发明方法测定铜、锌、铁的检测限分别为0.444μg/L，0.135μg/L和0.779μg/L，富集倍数分别为38.37、38.98、29.88倍，所述方法回收率达到95-105%，精密度高，检出限低，准确性高，适用于水样中痕量铜、锌、铁的测定。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本技术，但实施例并不对本技术做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

本发明中采用的仪器和试剂信息如下：

AA-6200火焰原子吸收分光光度计(日本岛津公司、日本)；

DK-600型三用恒温水箱（上海精密实验设备有限公司），湘立台式离心机，GRANTXB70制冰机，BT224S万分之一天平（赛多利斯科学仪器有限公司），SZ–97自动三重水蒸馏器（上海亚荣生化仪器厂），PHS-3C精密酸度计（上海虹益仪器仪表有限公司）。

实验用水为三次蒸馏水，实验所用仪器均用5%硝酸溶液浸泡24小时后使用。

实施例1：

标准溶液金属离子含量的测定：

准确移取标准溶液(0.25mLCu²⁺10μg/mL，0.1mLZn²⁺10μg/mL，0.1mLFe³⁺100μg/mL)于50mL离心管中，依次加入5%(v/v)TritonX-114溶液0.8mL，0.01mmol/L5-Br-PADAP-TPB溶液0.4mL，2.0mL缓冲液（Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺存在缓冲体系分别为6、7、4），用三蒸水定容至50mL。拧紧离心管盖子，摇匀，置于40℃恒温水浴中，加热15min后，取出，立即趁热置于离心机中以3500r/min速率离心10min。离心结束后，取出，置于冰水浴中冷却10min，使富集相变成粘滞的液相，弃去水相后加入含10%HNO₃的甲醇降低富集相粘度后，定容至1mL，按以下仪器工作条件进行测定。

工作条件如表1所示。

表1仪器工作条件

分析元素吸收波长nm灯电流mA狭缝nm乙炔流量L/min空气流量L/minCu324.760.71.88Fe248.3120.22.28Zn213.980.72.08

实施例2：

采用同一批次的实施例1中标准溶液，不同的是TritonX-114溶液的用量为0.4ml，5-Br-PADAP-TPB的用量为0.1ml。

实施例3：

采用同一批次的实施例1中标准溶液，不同的是TritonX-114溶液的用量为1.2ml，5-Br-PADAP-TPB的用量为1ml。

实施例4：

采用同一批次的实施例1中标准溶液，不同的是TritonX-114溶液的用量为1ml，5-Br-PADAP-TPB的用量为0.8ml。

实施例5：

采用同一批次的实施例1中标准溶液，不同的是TritonX-114溶液的用量为0.6ml，5-Br-PADAP-TPB的用量为0.6ml。

实施例2~5中的Cu、Zn和Fe的仪器测定同实施例1。

表2为实施例1~5测定得到的Cu、Zn和Fe吸光值：

表2

实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5Cu吸光值0.2070.1620.1650.1930.185Zn吸光值0.2160.1490.1790.2090.191Fe吸光值0.2140.1770.1380.1820.188

实施例6：

精密度、工作曲线和线性范围、检出限

为了评估离子对试剂对萃取效率的影响，对离子对的存在与否进行分析特性的比较。参照实施例1的实验条件，对浓度为0.25mLCu²⁺10μg/mL，0.1mLZn²⁺10μg/mL，0.1mLFe³⁺100μg/mL的标准溶液富集后平行测定6次，相对标准偏差分别为0.62%，0.90%，1.67%。Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺分别在0.01~0.16μg/mL，0.002~0.03μg/mL，0.02~0.3μg/mL的范围内呈线性，工作曲线方程见表2。检出限为对空白溶液浊点萃取后重复测定6次，计算测定吸光度的3倍标准偏差除以工作曲线的斜率（3s/k）。

同时，表3还显示了在其它条件相同下，存在和缺乏离子（5-Br-PADAP-TPB与5-Br-PADAP）对在浊点萃取中的对比，结果表明富集倍数和检出限可以通过加入离子对试剂获得进一步的提高。

表3分析特征

实施例7：

样品测定及回收率实验

以所建立的方法测定瓶装矿泉水样品中的Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺含量。于超市随机购置产地为广东的瓶装矿泉水，加少量硝酸酸化至pH=2，并置于冰箱4℃保存待测。测定时，取50mL离心管，分别依次加入30mL水样，2mLpH分别为6，7，4的缓冲溶液，0.03%(m/v)5-Br-PADAP-TPB溶液0.4mL，5%(v/v)TritonX-114溶液0.8mL，在参照实施例1标准溶液最优条件下浊点萃取后采用火焰原子吸收分光光度计测定，并进行加标回收实验，结果见表4。

本次取样为在广东省供应水源的矿泉水，其特点是铜、锌和铁含量均低，矿物质类型主要是硅酸盐。

测定的结果显示，样品中含微量的Zn、Fe，但所有样品中未检出Cu。所有样品的Cu、Zn、Fe的含量均未超GB8537-2008、GB/T8538-2008最大允许浓度。结果显示铜、锌和铁的含量均未超标，加标回收率为95-105%，实验结果满意。

本发明建立了新型离子对浊点萃取-火焰原子吸收测定铜、锌和铁的方法。结合表3中内容，5-Br-PADAP-TPB离子对作为络合剂，浊点萃取效果表明其抗干扰能力和富集倍数均优于单一的5-Br-PADAP，该方法简单、灵敏，具有良好的重现性。

表4样品分析及加标回收率

实施例8：共存离子干扰实验：

参照实施例1的方法，对0.05μg/mLCu²⁺,0.01μg/mLZn²⁺和0.1μg/mLFe³⁺的标准溶液进行了对常见的阳离子干扰实验。同时，为了研究离子对络合剂对萃取效率的抗干扰能力，在离子对存在与否的情况下做了抗干扰实验对比，结果如表5所示。

表5共存离子实验

a:三乙醇胺溶液(10%,2mL)掩蔽Hg²⁺、Mn²⁺和Fe³⁺.

b:NaF(0.02gmL^-1,4mL)掩蔽Al³⁺.

c:Na₂S₂O₃(0.1gmL^-1,5mL)掩蔽Cd²⁺和Cu²⁺.

d:2,3-巯基丙-1-醇(0.1%,0.2mL)掩蔽Zn²⁺.

5-Br-PADAP和5-Br-PADAP-TPB与Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺形成稳定的配合物，大多数阳离子都不会干扰检查提取和测定。如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Pb²⁺、As³⁺和Cr⁶⁺对测定干扰较小。导致一些金属元素耐受倍数较低的主要因素是其对络合剂5-Br-PADAP-TPB的消耗，增大5-Br-PADAP-TPB浓度可提高抗干扰能力。此外，Hg²⁺、Mn²⁺、Fe³⁺的干扰可通过加入三乙醇胺进行掩蔽；Al³⁺可通过加入NaF进行掩蔽；Cd²⁺、Cu²⁺的干扰则加入Na₂S₂O₃，2,3-巯基丙-1-醇则可以掩蔽Zn²⁺对测定的干扰。同时，该结果还显示了添加离子对测定方法有更好的抗干扰能力，即通过添加离子对的方法能够掩蔽萃取过程中存在干扰的非目标金属元素，继而优化萃取效果。