原子吸收分光度计实验【利用分光光度计分析矿物中汞元素】
摘 要:本文通过酸解硝化反应,通过锌试剂与Hg2+螯合物通过分光光度计来测定矿物中的Hg2+,证明了这种方法是切实可行的。其最佳反应时间为40min;最佳pH值为6.7;最佳反应温度为30℃。
关键词:矿物汞 锌试剂 分光光度计
中图分类号:O657 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0207-02
矿物中所含的汞元素会随着矿物的煅烧、提炼而变成气态挥发到空气中,对于汞矿开采,汞合金冶炼,金和银提取,汞整流器,以及真空泵、照明灯、仪表、温度计、补牙汞合金、雷汞、颜料、制药、核反应堆冷却剂和防原子辐射材料等的生产工人来说,矿物中所含的汞的危害是巨大的。同时矿物中气化挥发出来的汞元素会随着大气漂浮,以尘埃形式沉降于土壤、水体中,进一步污染环境,危害人类健康。因此,测定矿物元素中的汞含量是十分必要的。
1 汞元素在矿物环境中危害
汞是煤中的有害元素之一,在燃煤过程中很难控制,燃煤排放的汞被认为是大气汞污染的主要来源[1]是电池、采矿等行业常用的重金属之一,汞及其化合物可通过呼吸道、皮肤或消化道等不同途径侵入人体。汞的毒性是积累的,需要很长时间才能表现出来。食物链对于汞有极强的富集能力,淡水鱼和浮游植物对汞的富集倍数为1000,淡水无脊椎动物为100000,海洋动物为200000。汞中毒(mercurypoisoning)以慢性为多见,主要发生在生产活动中,长期吸入汞蒸气和汞化合物粉尘所致。以精神-神经异常、齿龈炎、震颤为主要症状。大剂量汞蒸气吸入或汞化合物摄入即发生急性汞中毒。对汞过敏者,即使局部涂沫汞油基质制剂,亦可发生中毒。急性汞中毒主要表现为全身症状为头痛、头晕、乏力、低度发热、睡眠障碍、情绪激动、易兴奋、胸痛、胸闷、气促、剧烈咳嗽、咳痰、呼吸困难、口腔炎、龈缘可见“汞线”、口腔粘膜肿胀、糜烂、溃疡、牙齿松动、脱落、恶心、呕吐、食欲不振、腹痛、腹泻或大便带血、肾脏损伤、皮炎、尿汞明显增高。慢性汞中毒可有头昏、头痛、失眠、多梦、记忆力明显减退、全身乏力、局促不安、忧郁、害羞、胆怯、易激动、厌烦、急躁、恐惧、丧失自信心、注意力不集中、思维紊乱、幻觉、幻视、幻听,哭笑无常、心悸、多汗、血压不稳、脸红、皮肤划纹征阳性、性欲减退、阳痿、月经失调、口腔内金属味、齿龈深蓝色的汞线、流涎、口渴、齿龈充血肿胀或溢脓溃疡和疼痛、牙齿松动易脱落、恶心、食欲不振、嗳气、腹泻或便秘、震颤、肾脏损害,少数病人眼晶状体出现“汞性”晶体炎,亦可有末梢神经炎表现。
2 已有汞元素分光光度分析方式
土壤中总汞测定通常使用冷原子吸收分光光度法,但此方法试液制作耗时长,强氧化性酸用量大,仪器操作复杂,灵敏度、稳定性不高[2]。同时冷原子分光光度计的价格较高,操作复杂,也不适合工业化的矿物材料的汞元素的测定。而普通分光光度计的价格低廉,操作较为简易,且在汞元素的测定中有着多为成熟的应用,因此我们希望能够改进测定方案,将普通分光光度计的测定汞元素的方法应用到矿物元素中来。
现如今的主要分光光度法测定汞元素的主要使用的为双硫踪比色法,虽有比较高的准确度,但要使用氯仿或四氯化碳等有毒溶剂,双硫赊本身稳定性差而且萃取比色手续繁[3]。因此我们进一步改进了分光光度法测定汞的方案,使得测定程序大大改善。
3 矿物中汞元素分光光度分析方式
锌试剂是测定Zn2+、Cu2+等金属离子的灵敏显色剂,近期已运用于研究测定生物蛋白质并产生了良好的效果[4]。我们应用锌试剂显示测定汞的含量[5]。
3.1 仪器材料
(1)721型光栅分光光度计。
(2)锌试剂(ZCN,分子式C20H15N4O6 SNa,分子量462.41的标准溶液。
(3)HgCl2标准溶液。
(4)混合掩蔽剂:0.5～1mol/L的NaF、5%磺基水杨酸钠、2%乙二胺各取50mL充分混合,备用。
3.2 实验步骤
(1)称取风干、研磨后的岩石土样0.2g,加入5ml浓硝酸消解30min,过滤后取上清液。
(2)用混合掩蔽剂掩蔽掉其他重金属离子。
(3)在5ml上清液中加入0.5ml的2×10-4mol/L的锌试剂,定溶到10ml。
(4)用汞标准液配置标准曲线,500nm处测定分光光度值。
3.3 结果讨论
(1)pH值对吸收光谱的影响。
在图1中,1是ZCN的分光光度吸收图谱,2是ZCN-Hg2+的分光光度吸收图谱。我们可以看到,ZCN的最大吸收峰实在490nm处,而ZCN-Hg2+的最大吸收峰实在550nm处。且溶液颜色由红紫色变为蓝色,说明Hg2+与ZCN生成了螯合物。
之后,我们固定ZCN的量,变化pH值,范围为:1.70、4.00、5.86、6.40、6.50、6.60、6.70、6.80、6.90,7.00;其分光光度值为: 0.019、0.200、0.488、0.511、0.520、0.537、 0.539、0.528、0.517、0.482,可见其最适pH值为6.7。
(2)温度对吸收光谱的影响。
从图2我们可以看出,随着温度的增加吸收光谱的值是先变大再变小的,在30℃时达到最大值,因此我们推断30℃是其最适反应温度。
(3)反应时间对吸收光谱的影响。
从图3我们可以看出,随着时间的增加,反应体系的吸收光谱是逐渐增大的,并在40min后达到了平衡,所以我们认为最佳反应时间为40min。
4 结论
因此,用锌试剂与Hg2+螯合物通过分光光度计来测定土壤中的Hg2+是切实可行的,其最佳反应时间为40min;最佳pH值为6.7;最佳反应温度为30℃。
参考文献
[1] 孙瑛,程学丰.煤中汞及其对环境的危害[J].安徽理工大学学报(自然科学版), 2007,27:44～46.
[2] 刘超,童朝明.微波消解氢化物发生原子荧光法测定土壤中的汞.2005,6:18～20.
[3] 徐梅丽,项小女,章佩珠,等.用罗丹明6G分光光度测定废水中的微量汞[J].浙江化工学院学报,1979(1):52～55.
[4] 迟燕华,李娜,庄稼,等.高等学校化学学报,1998,19(6):879.
[5] 庄稼,迟燕华,张仰刚,等.锌试剂与微量汞反应的分光光度研究及环境学意义[J].岩石矿物学杂志,2000,19(4):363～366.