卢嗣严 石倩倩
(1.阜新实验中学;2.辽宁省矿物加工利用重点实验室;3.辽宁工程技术大学矿业学院)
丁二酮肟分光光度法测定生物浸矿培养基中的镍含量
卢嗣严1石倩倩2,3
(1.阜新实验中学;2.辽宁省矿物加工利用重点实验室;3.辽宁工程技术大学矿业学院)
通过设置不同波长、不同显色时间、不同酒石酸钾钠含量、氢氧化钠含量、过硫酸铵含量和丁二酮肟含量等试验条件,确定了丁二酮肟分光光度法测定生物浸矿培养基中镍含量的最佳条件。试验结果表明:丁二酮肟光度法测定生物浸矿培养基中镍含量的最佳波长为460 nm,400 g/L酒石酸钾钠的最佳用量为10 mL,50 g/L氢氧化钠的最佳用量为20 mL,30 g/L过硫酸铵的最佳用量为8 mL,10 g/L丁二酮肟的最佳用量为10 mL,显色时间最佳为20 min,得到标准曲线Abs=0.264 17c-0.010 3,R2=0.998 4;该测定方法操作简便,稳定性好,适合用于生物湿法冶金中镍含量的快速准确测定。
镍 生物浸矿 分光光度法 丁二酮肟
镍被称为“钢铁工业的维生素”[1],其主要被应用于化学、电镀、制造、电池等行业[2]。镍的测定方法有很多,有X射线荧光光谱法(XRF)[3]、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP—AES)[4-5]、原子吸收光谱法(AAS)[6]和分光光度法[7-8]等。其中XRF、ICP-AES和AAS设备比较昂贵,分析成本高,而分光光度法设备价格相对低廉,使用方便,受到研究人员的青睐。但是,目前尚无文献报道分光光度法测定生物浸矿培养基中镍含量的方法。为此,使用丁二酮肟分光光度法测定生物浸矿培养基中的镍含量[9],其原理是在碱性介质中,以酒石酸钾钠为掩蔽剂,以过硫酸铵为氧化剂,将Ni2+氧化成Ni4+,使Ni4+与丁二酮肟反应,生成酒红色络合物[10]。测定结果表明,该法具有显色稳定,操作简单的优点,适用于生物湿法冶金中镍含量的快速准确测定。
1.1 主要仪器和试剂
试验仪器:FA2004型电子天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司),7230G型可见分光光度计(上海佑科仪器仪表有限公司),THZ-98A恒温振荡箱(上海一恒科学仪器有限公司),SW-CG-1A单人净化工作台(哈尔滨市东联电子技术开发有限公司)。
试验试剂:硫酸镍、酒石酸钾钠、氢氧化钠、过硫酸铵、丁二酮肟、FeSO4·7H2O、升华硫、分析纯;蒸馏水,自制。
镍标液(100 μg/mL)的配制:用电子天平准确称取0.044 8 g的NiSO4·6H2O置于100 mL的容量瓶中,用事先过滤好的细菌培养液溶解,最后定容。
1.2 菌株和培养基
菌株:氧化亚铁微螺菌(Leptospirillum ferriphilum)与喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)混合菌,由中南大学生物冶金实验室赠送。
浸矿菌培养:取无铁9K培养基90 mL置于250 mL的锥形瓶中,用1∶1硫酸调节pH值为2.0,加入10 g FeSO4·7H2O和1 g S,然后加入10 mL菌种,放入温度为45 ℃、转速为200 n的恒温振荡箱中培养6 d后,取培养液过滤,用于配制镍标液。无铁9K液体培养基[11]成分见表1。
表1 无铁9K培养基成分含量 g/L
注:蒸馏水含量单位为mL。
1.3 分析方法
取镍标液2 mL置于100 mL的容量瓶中,依次加入10 mL 400 g/L的酒石酸钾钠溶液、20 mL 50 g/L的NaOH溶液、8 mL 30 g/L的过硫酸铵溶液、10 mL 10 g/L的碱性丁二酮肟溶液(50 g/L NaOH介质),混匀,定容,静置20 min后,以随同试样为参比,在波长为460 nm的可见分光光度计上测定吸光度。
2.1 波长的影响
取2 mL镍标液按照标准分析方法操作后,在不同波长下测定其吸光度,结果见图1。
图1 波长对吸光度的影响
由图1可见,在波长为410~460 nm内,随波长的增大,吸光度增大;当波长为460 nm时,吸光度达到最大;波长为460~510 nm时,随着波长的递增,吸光度降低;所以分光光度法测定生物浸矿中镍含量的最佳波长为460 nm。
2.2 酒石酸钾钠用量
氧化亚铁微螺菌(Leptospirillum ferriphilum)可以把培养基中的Fe2+氧化成Fe3+,所以生物浸矿培养基中含有大量的Fe3+,NaOH会和Fe3+反应生成沉淀,所以加入NaOH之前,需要先加入酒石酸钾钠,生成相应的络合物,防止沉淀生成。酒石酸钾钠加入量会对吸光度有影响,所以有必要确定酒石酸钾钠的最佳用量。
分别加入浓度为400 g/L的酒石酸钾钠溶液5、10、15、20、25、30mL,其他条件不变,测定其吸光度,结果见图2。
图2 酒石酸钾钠用量对吸光度的影响
由图2可见,当酒石酸钾钠的加入量少于10 mL时,Fe3+掩蔽的不完全,而大于10 mL时,吸光度基本恒定,变化不大;所以,酒石酸钾钠的最佳加入量为10 mL。
2.3 NaOH用量
丁二酮肟分光光度法测定镍含量的原理是在碱性介质中,以酒石酸钾钠为掩蔽剂,以过硫酸铵为氧化剂,将Ni2+氧化成Ni4+,使Ni4+与丁二酮肟反应,生成酒红色络合物。生物浸矿在强酸性条件下进行,丁二酮肟分光光度法测定生物浸矿培养基中的镍含量时,需要加入适量NaOH,使溶液呈碱性,提高过硫酸铵的氧化能力,使溶液当中的Ni2+氧化成Ni4+,从而使Ni4+与丁二酮肟显色完全,否则会影响镍含量测定的准确性。
分别加入浓度为50 g/L的NaOH溶液5、10、15、20、25、30 mL,其他条件不变,测定其吸光度,结果见图3。
图3 氢氧化钠用量对吸光度的影响
由图3可见,随NaOH加入量的增多,溶液的吸光度增大,这是因为随着碱性的增强,过硫酸铵的氧化能力越来越大,有更多的Ni2+被氧化成Ni4+,进而有更多的Ni4+与丁二酮肟反应,所以吸光度增大;当加入量大于20 mL时,吸光度基本恒定;所以,NaOH的最佳加入量为20 mL。
2.4 过硫酸铵用量
过硫酸铵具有很强的氧化性,可以把Ni2+氧化成Ni4+,从而使镍离子显色完全。如果过硫酸铵加入量不足,只能使部分Ni2+被氧化为Ni4+,如果过硫酸铵加入量过多,生成的络合物会被破坏,影响镍含量的准确测定。分别加入浓度为30 g/L的过硫酸铵溶液2、4、6、8、10、12、14 mL,其他条件不变,测定结果见图4。
图4 过硫酸铵用量对吸光度的影响
由图4可见,随过硫酸铵加入量增加,吸光度升高,这是因为越来越多的Ni2+被氧化为Ni4+,Ni4+与丁二酮肟反应,颜色越来越深,吸光度增大;当过硫酸铵加入量大于8 mL时,生成的络合物被破坏,导致吸光度降低;所以,过硫酸铵的最佳加入量为8 mL。
2.5 丁二酮肟用量
在丁二酮肟光度法测定生物浸矿培养基中的镍含量时,丁二酮肟是显色剂,可以与Ni4+反应,生成相应的络合物。丁二酮肟加入量过少,显色不完全,所以适量的丁二酮肟显得尤为重要。分别加入2、4、6、8、10、12 mL浓度为10 g/L的丁二酮肟溶液,其他条件不变,测定其吸光度,结果见图5。
图5 丁二酮肟用量对吸光度的影响
由图5可见,随丁二酮肟加入量的增加,吸光度增大,这是因为越来越多的丁二酮肟与Ni4+反应,显色越来越完全,表现为吸光度增大;由于氧化Ni4+所需的丁二酮肟的量是一定的,当加入量大于8 mL时,表现为吸光度趋于稳定;为保险起见,丁二酮肟的最佳加用量确定为10 mL。
2.6 显色时间及其稳定性
由于溶液颜色完全显现需要一定的过程,所以需要确定溶液完全显色的时间。设置5、10、15、20、25、30 min后测定溶液的吸光度,结果见图6。
图6 显色时间对吸光度的影响
由图6可见,随时间的增加,吸光度增大,20 min后趋于稳定,说明20 min后溶液显色完全,所以在用丁二酮肟光度法测定生物浸矿培养基中的镍含量时,应在加入丁二酮肟20 min后测定为宜。
2.7 镍标准曲线的绘制
用移液管依次吸取0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL镍标液,置入100 mL的容量瓶中,在最佳试验条件下测定绘制标准曲线,结果见图7。Ni的质量浓度在0~3 μg/mL吸光度与其质量浓度呈线性关系,线性回归方程为Abs=0.264 17c-0.010 3,相关系数为0.998 4。
图7 镍标准曲线
2.8 准确度和回收率
取镍标液2 mL(镍质量浓度2.000 μg/mL),进行5次平行测定,测定结果见表2。取已知镍质量浓度(1.000 μg/mL)5个样品,分别如表3加标量,进行回收率试验,结果见表3。由表2、表3可知,该分析镍含量的方法准确度很高。
μg/mL
表3 回收率试验结果
(1)试验确定了丁二酮肟光度法测定生物浸矿培养基中镍含量的最佳条件为波长460nm,反应时间20min,400g/L的酒石酸钾钠溶液10mL,50g/L的NaOH溶液20mL,30g/L的过硫酸铵溶液8mL,10g/L的碱性丁二酮肟溶液10mL(在100mL的容量瓶中反应);建立了镍浓度与吸光度的关系曲线:Abs=0.26417c-0.0103,R2=0.9984,检测范围为0~3μg/mL。
(2)该测定方法具有快速、简便、成本低等优点,适用于生物湿法冶金中镍含量的测定。
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2016-07-28)
卢嗣严(1998—),女,123000 辽宁省阜新市。