电化学氢化物发生-微量吸收池分光光度法测定金银花中不同价态砷的应用研究

郑 琰 张玉欣 刘 月 夏雪文 孟庆华

（江苏师范大学 化学化工学院 江苏 徐州 221116）

电化学氢化物发生-微量吸收池分光光度法测定金银花中不同价态砷的应用研究

郑 琰 张玉欣 刘 月 夏雪文 孟庆华

（江苏师范大学 化学化工学院 江苏 徐州 221116）

本文利用自行设计制作的一个电解装置，建立了一个将样品于硫酸介质中生成砷化氢气体的反应系统，用硝酸银-聚乙烯醇-无水乙醇混合液作吸收显色剂的微量砷的分光光度法（简称新银盐法）并通过流动注射定量反应，不同价态的无机砷在铅电极上具有较高的电化学氢化物发生效率，同时又存在较为明显的差异。通过选择不同的电流条件，采用电化学氢化物发生与微量吸收池分光光度法联用技术有效地实现了无机砷的形态分析。

电解装置；电化学氢化物发生；微量吸收池分光光度法；无机砷（Ⅲ，Ⅴ）；金银花；流动注射

1 前言

砷在自然界中有很多存在形式，且各种形式的毒性随形态不同而发生变化[1]。所以药品、食品中砷含量的检测对于广大人民的健康安全极其重要。在中药（金银花）中对砷含量进行限度检查，对了解药物的毒性和检测药物质量等方面也具有重要的意义。金银花中无机砷以三价砷(As(III))和五价砷(As(V))存在,它们在人体中的作用机制不同,毒性也不同,As(III)的毒性为As(V)的60倍,样品中砷的含量有严格的限量。中国药典上最常用的有古蔡氏法和Ag（DDC）法[2-3]。这两种方法操作较简便，检测结果易得，可需要大量的试剂，如碘化钾、盐酸、酸性氯化亚锡、氯仿等等，会对环境造成很大的污染，对成本也有很大的要求，而且灵敏度较低，重复性较差[4]。目前本课题的研究水平也在不断的提高，现在技术比较常用的检砷途径有：原子吸收法（AAS），原子荧光光谱分析法（AFS），电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES），X-射线荧光法（XRF），电化学方法等。然而这些过程要求高投入，设备昂贵，还要求经过特别训练的操作员[5]。并且传统方法中一般只测定样品中的总砷量, 这显然不能给出有关毒性的确切信息。因而, 建立简便、准确、快速的测定样品中不同价态砷的分析方法具有重要的实际意义[6-8]。电化学氢化物发生法是一种新的氢化物发生技术,可以克服其他方法的一系列缺点。它用电化学氢化物发生法与微量吸收池分光光度法相结合,通过改变电解电流条件,同时直接测定金银花中的As(III)和As(V),获得了较满意的效果。而且这种方法只需要一个供电流装置，一个自己设计的电解装置，以及分光光度计和流动注射仪就可以完成实验。不但操作简便，不需要消耗太多原料，并且绿色环保,成本低廉，分析速度快，灵敏度高，重现性好及线性范围可调。

2 实验部分

2.1 仪器

90-2定时恒温磁力搅拌器，直流稳压稳流电源，电流表，高能粉碎机（上海申光仪器仪表有限公司），FIA-3110流动注射分析处理仪（北京吉天仪器有限公司），722光栅分光光度计，电解装置（自制，附带铂电极和铅电极）。

2.2 试剂

无水乙醇（分析纯，安徽安特生物化学有限公司），H2SO4（优级纯，北京化工厂）,HNO3（优级纯，溧阳市东方化学试剂有限公司），AgNO3（分析纯，南京化学试剂厂），HClO4（分析纯）。

2.2.1 硝酸银溶液：称得4.0750g硝酸银（分析纯）于200mL烧杯，加去离子水100mL，搅拌溶解后，加入浓硝酸30mL。将此溶液注入500mL容量瓶，以去离子水定容。

2.2.2 聚乙烯醇溶液：称得1.0031g聚乙烯醇于500 mL烧杯，加去离子水500mL，在不断搅拌下，加热至试剂完全溶解，盖上表面皿，继续保持微沸10分钟，自然冷却至室温。

2.2.3 吸收液：用50mL量筒量取硝酸银溶液20mL注入褐色容量瓶，再加入聚乙烯醇溶液20mL，混匀。再加入无水乙醇40mL，充分混匀。此溶液现用现配[4]。

2.3 形态分析基本原理

在相同电解电流的条件下,含不同形态被分析物混合样品的吸光度可表示为各种形态分析物纯组分吸光度的线性加和。即通过测得的As(III)和As(V)的吸收总和可以表示为∶AT( i)=KIII(i)[As(III)]+KV（i)[As(V)]式中,AT(i)表示样品在电解电流为i时的吸光度,KIII(i)和KV(i)分别是As(III)和As(V)纯组分在电流为i时测得工作曲线的斜率,[As(III)]和[As(V)]分别是样品中As(III)和As(V)的含量[3]。而在不同电流条件下As(III)和As(V)的吸光度又不成线性关系，因此此法能应用于其形态分析。

2.4 实验过程和操作步骤

图1 电解装置图 electrolytic device Microcuvette

图2 微型比色皿结构

图3 分析系统图System analysis

表1 流动注射仪操作程序Flow injection apparatus instruction

操作步骤：按图1和图2连接仪器，连好管路，吸取5mL配好的砷液装到气液分离装置中，0.5mol/L稀硫酸溶液装入阳极液池，调节好电流，程序等条件后开启流动泵，程序前三步为润洗，第四步同样将吸收液充满0.5mL定量管，第五步阀打到inj状态，空气将液体打入微量吸收池，此时可调零，分光光度计调节波长到410nm处，第六步开始电解，生成的气体会自动与微型吸收池中的吸收液发生反应。可直接测出其吸光度。通过流动注射和管路来控制液体体积也是一种创新，若程序和管路足够，5mL砷液也可用这种方法[7-12]。该过程基本实现了反应的自动化。

3 结果与讨论

3.1 电极和电解质溶液的选择

在选择电极方面，最合适此电解反应的阴极电极是玻璃碳电极，因为玻璃碳电极对砷的电解反应完全没有干扰，可是玻璃碳电极购买不便，所以只能选择同样对砷反应干扰较小的铅电极。而阳极电极选择石墨电极效果很差，石墨浸泡在溶液中会分裂成小颗粒，这些小颗粒虽然不反应，但是会堵塞导管。于是我们选择了性质相近的铂电极，因为铂性质很稳定,跟硫酸不发生任何反应。为适当增加溶液的导电性, 选择0.5 mol/L 的硫酸作为阳极电解质溶液[3]。

3.2 硫酸浓度的选择

表2 硫酸浓度对溶液吸光度的影响The effect of different concentration of sulphuric acid to the absorbance of solution

考虑到电解液循环流速，电解时间，硫酸的浓度，以及电解电流的大小对于电解反应的影响，经过电化学氢化物法的正交实验,用极差分析法对测定结果分析后表明，电解时间是影响结果的最主要因素。从均值看来最佳反应条件为流速为20转/min,电解电流选择应尽量大但不损坏仪器装置，电解时间应尽量长，但由于时间有限,我们选择浓度大的样品电解5分钟，硫酸浓度选择0.0100mol/L。

3.3 电解电流的选择

表3 电解电流对As ( Ⅲ) 和As ( Ⅴ) 吸收值的影响the effect of different electrolytic current to the absorbance of As(Ⅲ) and As(Ⅴ)

图4 电解电流对As ( Ⅲ) 和As ( Ⅴ) 吸收值的影响the effect of different electrolytic current to the absorbance of As(Ⅲ) and As(Ⅴ)注：电解时间2分钟，硫酸浓度0.0100mol/L, As(Ⅲ)=1.000μg/ mL，As(Ⅴ)=1.000μg/mL取5mL电解

根据形态分析方法基本原理,各形态含量的计算中要求各形态分析物纯组分在不同电流条件下的校正曲线斜率不成比例,并且两种组分的斜率比差别越大越有利于减小分析误差。从As(III)和As(V)电流曲线来看,As(III)的吸收信号在0.6A～1.0A范围内随电流变化增加较快,而在大于1.0A以后随电流增加更为缓慢;而As(V)的吸收信号随电流的增加在高电流范围比低电流范围稍快些。另外,电流在大约0.8A和1A 时,As(III)与As(V)吸收信号差较大,又考虑到测定灵敏度,所以选择0.8 A 和1 A为进行无机砷形态分析的两个电流[3]。

3.4 标准工作曲线的绘制

图5 0.8A时三价砷的工作曲线，得K3=1.3014the working curve of trivalent arsenic when current is 0.8A，K3=1.3014

图6 0.8A时五价砷的工作曲线，得K5=0.4121the working curve of pentavalent arsenic when current is 0.8A，K5=0.4121

图7 1.0A时三价砷的工作曲线, 得K3=1.574the working curve of trivalent arsenic when current is 1.0A，K3=1.574

图8 1.0A时五价砷的工作曲线，得K5=0.4713the working curve of pentavalent arsenic when current is 1.0A，K5=0.4713

3.5 模拟样品检测结果

将浓度分别为0.1000μg/mL，0.3000μg/ mL，0.4000μg/mL，0.2500μg/mL的As(Ⅲ)与As(Ⅴ)以不同的体积比配成混合溶液，在0.8A和1.0A时分别测其吸光度计算各自回收率。

表4 模拟样品的检测结果 detection result of simulate sample

该结果表明之前所测结果的准确性和灵敏度均较好，基本达到了预期效果。

3.6 样品处理和测定结果

金银花的消化：取样品0.5～1g至100ml高颈三角瓶中，加HNO3 20ml,盖表面皿放置过夜，然后加一小漏斗于电炉上缓慢加热，保持微沸，待剩余液体1～2ml时（三角瓶内无固体物质），放冷，加3：1硝酸和高氯酸混合溶液20ml，继续消化，至溶液无色透明，取下漏斗后加入10ml水，加热沸腾排除多余酸（出现白烟时涨热数分钟）。定容至10ml。

表5 样品中三价砷和五价砷的测定结果testing result of trivalent arsenic and pentavalent arsenic in sample

4 结论

实验证明电化学电解产生氢化物发生法和微量吸收池分光光度技术可以应用到测定砷的含量中，并且可同时直接测定金银花中的As(III)和As(V)，实验的线性良好，重复性较好，污染少，毒性小,成本低廉，分析速度快，原料用量少，灵敏度较高，实现了反应自动化等优点[13-16]。但是由于其他的原因我们很多方面没有能够完成，比如干扰实验，检测限的计算等等，另外实验的推广应用，自动监测等方面以后还有待提升。总言之，此方法具有很好的开发应用前景。

[1]高一平.环境样品中砷的分析方法新进展[J].福建分析测试，1999，8（1）：P1001-1004.

[2]中华人民共和国药典，2005版，附录。

[3]李勋，薛珺，戚琦，张旻杰.电化学氢化物发生-原子吸收光谱法测定不同价态的无机砷[J].理化检验-化学分册，2007，43（12）：P1027-1029.

[4]汪炳武，张卫华.新银盐光度法测定微量砷的研究[J].分析化学，1988，16（5）：P419-423.

[5]李勋，戚琦，薛珺，朱亚晋.电化学氢化物发生与原子吸收光谱联用对鲜牛奶中无机砷的形态分析[J].食品研究与开发，2007，28（11）：P121-123.

[6]郭莉霞，王远亮，辛娟.痕量砷测定方法的研究进展[J].重庆大学学报（自然科学版），2005，28（9）：P124-128.

[7]刘国权，王春旭，谢兵，武文华.流动注射分光光度法测定砷的研究[J].分析化学，1992，20（7）：P810-812.

[8]方肇伦等.流动注射分析法[M].北京：科学出版社，1999，P130-139.

[9]刘经才，胡波，郭影仪，丘星初.流动注射分光光度法测定废水中硫化物的研究[J].中国环境监测，2003，19（1）：P28-30.

[10]徐华华，陈剑宏.流动注射气体扩散技术测定水中微量硫离子的研究[J].分析化学，1992年，20（7）：P844-846.

[11]龙希伟，吴霆，李芳，陆平，陈宁.水中氨氮的流动注射分光光度法在线检测[J].舰船防化，2008，2： P34-37.

[12]马惠昌，刘景富.微孔膜气体扩散分离流动注射光度法测定废水中氰化物[J].分析化学，1993，21（4）：P449-451.

[13]B.-zmen，F-M.Matysik，N.H.Bings，J.A.C.Broekaert. Optimization and evaluation of different chemical and electrochemical hydride generation systemsfor the determination of arsenic by microwave plasma torch optical emission spectrometry [J]. Spectrochimica Acta Part B Atomic Spectroscopy，2004，59（7）： P941-950.

[14]S.Schermer，L.Jurica，J.Paumard，E.Beinrohr，F.M.Matysik，J.A.C.Broekaert. Optimization of electrochemical hydride generation in a miniaturized electrolytic flow cell coupled to microwave-induced plasma atomic emission spectrometry for the determination of selenium [J]. Fresenius Journal of Analytical Chemistry，2001，371（6）： P740-745.

[15] J.H.Gibson，W.E.L.Grossman，W.D. Cooke. Excitation processes in flame spectrometry [J]. Analytical Chemistry，1963，35 (3)： P266-277.

[16] Xun Li，Jing Jia，Zhenghao Wang. Speciation of inorganic arsenic by electrochemical hydride generation atomic absorption spectrometry[J]. Analytical Chimica Acta，2006，560（1-2）：P153-158.

Electrochemical Hydride Generation-micro Absorption Spectrophotometric Determination of Inorganic Arsenic of Different Valency State

ZHENG Yan, ZHANG Yu-xin, LIU Yue, XIA Xue-wen, MENG Qing-hua*(School of Chemistry anf Chemical Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116 China)

By using a self-designed production of electrolytic devices, The establishment of a sulfuric acid in the samples will be generated in the reaction of hydrogen arsenide, and the mixture of silver nitrate, polyvinyl alcohol, ethanol as fluid absorption. The spectrophotometry which measure trace arsenic is also named new silver method. And it quantitative through the flow-injection reaction. High rates of Electrochemical hydride generation(EC-HG) of Inorganic arsenic in tri- and penta- valent state were obtained at the glassy carbon cathode in the electrolytic cell. Differences in sensitivity and in slopes of calibration curves for As(Ⅲ) and As(Ⅴ) were also observed. Based on these facts and by selecting different conditions of electrolytic currents at 0.8A and 1.0A,EC-HG was hyphenated with spectrophotometry of microcuvette for the speciation analysis of inorganic arsenic.

The electrolysis is installed;Electrochemical hydride generation;Spectrophotometry of microcuvette;Inorganic arsenic (Ⅲ,Ⅴ);Honeysuckle;Flow-injection.

TQ15

A

1009-5624-（2016）01-0020-06