周之榮,王群,章淑媛

（1.廣東藥學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，廣東 廣州 510240；2.東華理工大學(xué)校醫(yī)院，江西 撫州 344000）

硒是必需微量營(yíng)養(yǎng)元素，硒的缺乏和過(guò)剩都與人的生命休戚相關(guān)。適量的硒具有抗癌和改善心肌等功能；人體缺硒易引起克山病、大骨節(jié)病、白肌病等；而過(guò)高的硒含量將引起食欲減退、肝臟受損、毛發(fā)改變等病癥。硒在植物（十字花科）的生長(zhǎng)周期中起著重要作用，半干旱地區(qū)的植物可以吸收富集在土壤中的有機(jī)硒化合物有可能對(duì)當(dāng)?shù)氐纳笤斐晌：Α暮寥罎B出和通過(guò)工業(yè)廢水的排放進(jìn)入自然水體的硒將帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染和生物毒性[1]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類(lèi)生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越重視微量元素硒與人類(lèi)生活的關(guān)系，硒的分析方法近年來(lái)也有了較大的發(fā)展。測(cè)定硒的分析方法很多，大部分是分光光度法[2]。但存在費(fèi)時(shí)、處理過(guò)程復(fù)雜、使用有毒試劑和測(cè)定體系不太穩(wěn)定等不足。氫化物發(fā)生原子吸收光譜法[3]和氫化物發(fā)生原子熒光光譜法[4]也是測(cè)定痕量硒的靈敏方法，但存在共存離子干擾。溶出伏安法[5]、中子活化法[6]、毛細(xì)管電泳[7]、氣相色譜法[8]、高效液相色譜法[9]、X 射線(xiàn)熒光光譜法[10]、化學(xué)發(fā)光淬滅分析法[11]、催化極譜法[12]以及可以在線(xiàn)檢測(cè)的電感偶合等離子體原子發(fā)射光譜法[13]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[14]、亦可以用于測(cè)定痕量硒。其中一些方法具有較好的靈敏度，但需要昂貴的試劑和儀器；有的還需要預(yù)先富集才能測(cè)定。因此有必要建立靈敏而準(zhǔn)確地定量測(cè)定痕量硒的新方法。

催化動(dòng)力學(xué)方法具有儀器價(jià)廉、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、分析成本低、便于推廣等特點(diǎn)，倍受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注，在痕量硒的測(cè)定中已有很多報(bào)道[15-21]。由于動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的特殊性以及報(bào)道方法的靈敏度或選擇性等方面的限制，建立新的測(cè)定體系仍具有一定的實(shí)際意義。

1 材料與方法

1.1 儀器與主要試劑

U-3010型分光光度計(jì)：日本日立公司；721-W型分光光度計(jì)：上海分析儀器廠；501型超級(jí)恒溫器：上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠。

硒（IV）標(biāo)準(zhǔn)溶液：1.0 g/L標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1.0 mol/L HCl介質(zhì)），用時(shí)逐級(jí)稀釋至0.01 mg/L的工作液；次磷酸鈉溶液0.05 mol/L，使用當(dāng)天配制并裝入棕色瓶中；偶氮胂 I（AsA I）溶液：0.02 mol/L；H2SO4溶液：0.5 mol/L，0.1 mol/L。

氯化十六烷基吡啶（CPC）、Triton X－100、乳化劑OP、十二烷基磺酸鈉（SDS）、溴化十六烷基三甲基銨（CTMAB）溶液：1.2×10－2mol/L。

所用試劑均為分析純,試驗(yàn)用水為二次石英亞沸水。

1.2 方法

取兩支刻度一致的50 mL具塞比色管,向其中一支加入0.02μg硒（IV）標(biāo)準(zhǔn)溶液，另一支不加（非催化反應(yīng)），水稀釋至10 mL。分別加入1滴1 g/L的2,4-二硝基苯酚溶液，用7.0 mol/L NH3·H2O調(diào)至黃色,再以0.1mol/L H2SO4調(diào)至黃色剛消失。加入0.50mol/L H2SO4溶液1.0 mL，1.2×10-2mol/L CPC 溶液 1.0 mL，0.05 mol/L次磷酸鈉溶液1.0 mL，0.02 mol/L AsA I溶液1.0 mL。用水稀釋至25 mL，搖勻。半啟玻塞，置于90℃水浴中加熱9 min（秒表計(jì)時(shí)）。迅速取出流水中冷卻5 min后，以水為參比，用1 cm比色皿，在波長(zhǎng)500 nm處測(cè)量吸光度A0（空白）和A（試液），計(jì)算ΔA（＝A0－A）。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸收曲線(xiàn)

配制圖1所示的不同組分溶液，按試驗(yàn)方法操作，在U-3010型分光光度計(jì)上掃描并繪制吸收曲線(xiàn)。結(jié)果表明：在酸性介質(zhì)中存在膠束介質(zhì)時(shí)，次磷酸鈉能還原AsA I褪色，但褪色速率較慢。而痕量硒(IV)加入能明顯的催化次磷酸鈉還原AsA I的褪色反應(yīng)，且催化褪色程度與所加入的硒（IV）量在一定范圍內(nèi)成正比。所有曲線(xiàn)在500 nm處均有最大吸收值，故試驗(yàn)選擇測(cè)定波長(zhǎng)為500 nm。

2.2 反應(yīng)介質(zhì)的選擇及用量影響

試驗(yàn)了稀 H2SO4、HAc、HNO3、HCl、H3PO4及NaAc-HAc緩沖溶液介質(zhì)對(duì)反應(yīng)體系的影響。結(jié)果表明，在稀 HNO3、HAc、HCl、H3PO4及 NaAc-HAc 緩沖溶液介質(zhì)中，催化反應(yīng)和非催化反應(yīng)無(wú)明顯區(qū)別，在稀硫酸介質(zhì)中硒（IV）具有明顯的催化作用，故本文選用稀硫酸為反應(yīng)介質(zhì)。反應(yīng)體系中0.50 mol/L H2SO4溶液的加入量在0.8 mL～1.2 mL時(shí)，ΔA值最大且穩(wěn)定。試驗(yàn)選用0.50 mol/L的H2SO4溶液1.0 mL，此時(shí)體系酸度為0.02 mol/L 的 H2SO4。

2.3 表面活性劑的種類(lèi)和用量的影響

為選擇適當(dāng)?shù)哪z束介質(zhì)加速反應(yīng)，必須考慮反應(yīng)物種的類(lèi)型和電荷，因?yàn)槟z束的加速影響必須存在反應(yīng)和膠束表面之間的靜電及親水相互反應(yīng)。試驗(yàn)了同樣濃度(均超過(guò)各自的臨界膠束濃度（c.m.c.））的陽(yáng)離子表面活性劑（CPC，CTMAB）、陰離子表面活性劑（SDS）、非離子表面活性劑（Triton X-100，乳化劑 OP）對(duì)催化反應(yīng)的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 表面活性劑對(duì)加速Se（IV）-AsA I-NaH2PO2反應(yīng)體系的影響Table 1 Surfatants tested as potential micellar catalysts for the enhanced rate of Se（IV）-AsA I-NaH2PO2reaction system

Se（IV）和H2PO2-帶負(fù)電荷，AsA I在測(cè)定的pH時(shí)可能帶負(fù)電荷或不帶電荷，這樣可以推測(cè)陽(yáng)離子表面活性劑可以加快Se（IV）AsA I NaH2PO2反應(yīng)體系的速度是可行的。事實(shí)上陽(yáng)離子表面活性劑CPC、CTMAB能夠增加體系的靈敏度，而CPC的效果更好，故選擇CPC進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)。

2.4 試劑用量的影響

2.4.1 次磷酸鈉用量的影響

當(dāng)0.05 mol/L NaH2PO2用量在0.8 mL～1.2 mL時(shí)，ΔA值最大且相對(duì)變化較小，此時(shí)的靈敏度較高。故試驗(yàn)選用1.0 mL。

2.4.2 AsA I用量的影響

AsA I用量在0.5 mL～1.0 mL時(shí)，ΔA隨AsA I用量的增加而增大，但同時(shí)非催化反應(yīng)體系的吸光度亦明顯增大，并在AsA I用量為1.0 mL時(shí)達(dá)到最大；超過(guò)1.0 mL后，ΔA值反而減少。故試驗(yàn)選用0.02 mol/LAsAI溶液1.0 mL。

2.4.3 CPC濃度及用量的影響

試驗(yàn)了CPC濃度在2.4×10-4mol/L～1.2×10-3mol/L（用量0.5 mL～2.5 mL）時(shí)對(duì)反應(yīng)速率的影響。結(jié)果表明，ΔA隨CPC濃度的增加而增大，但同時(shí)非催化反應(yīng)體系的吸光度亦明顯增大，并在CPC濃度為4.8×10-4mol/L時(shí)達(dá)到最大；超過(guò)1.0 mL后，ΔA值反而減少，可能是超過(guò)一定濃度后表面活性劑的聚集和溶液中AsA I摩爾吸光度的改變。故試驗(yàn)選用CPC濃度為4.8×10-4mol/L（用量 1.0 mL）。

2.5 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響

在室溫下，反應(yīng)幾乎不發(fā)生，故可以用流水冷卻來(lái)終止反應(yīng)；在40℃～60℃時(shí)，ΔA隨著溫度的升高而緩慢增加，但催化反應(yīng)亦不明顯；超過(guò)60℃以上時(shí)，隨著溫度的升高ΔA明顯增加。在70℃～90℃時(shí)，催化反應(yīng)明顯加快，ΔA明顯增加，并在90℃時(shí)達(dá)到最大。超過(guò)90℃時(shí)，非催化反應(yīng)也明顯加快，ΔA值反而降低。為便于操作和獲得較高靈敏度，本試驗(yàn)在90℃水浴中加熱。

2.6 加熱時(shí)間的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明:在3 min～8 min內(nèi)ΔA隨反應(yīng)時(shí)間的加長(zhǎng)而增大，且呈線(xiàn)性關(guān)系，其線(xiàn)性方程為：ΔA=0.0649 t-0.1081（r＝0.9992）。反應(yīng)的速率常數(shù) k0＝1.2×10-3/s。本文選用加熱反應(yīng)時(shí)間為8 min，取出用流水冷卻5 min終止反應(yīng)后，體系吸光度至少2 h保持不變。

2.7 校準(zhǔn)曲線(xiàn)

試驗(yàn)結(jié)果表明，Se（IV）量在 0～1.0μg/L 范圍內(nèi)服從比爾定律。其線(xiàn)性回歸方程：ΔA=4.268 ρSe(IV)（μg/25 mL）-1.298×10-3。式中 ρSe(IV)為 25 mL 體積中 Se（IV）的微克數(shù)，相關(guān)系數(shù)為0.9992。按試驗(yàn)方法，對(duì)0.02、0.01μg/25 mL Se（IV）的試液進(jìn)行 11 次測(cè)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.9%和2.1%；對(duì)空白進(jìn)行11次測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.90×10-3。由空白溶液的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差除以工作曲線(xiàn)的斜率求出檢出限為0.053μg/L。

2.8 共存離子的影響

對(duì)于測(cè)定25 mL溶液中的0.02μg Se(IV)，相對(duì)誤差≤±5%時(shí)，共存離子的允許量（μg）為結(jié)果見(jiàn)表2。當(dāng)共存離子超過(guò)允許量后，按文獻(xiàn)[15]利用巰基葡聚糖膠進(jìn)行分離。

表2 共存離子的影響Table 2 Interference study for the determination of Se（IV）at the optimum reagent concentration

2.9 動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定

2.9.1 反應(yīng)級(jí)數(shù)的測(cè)定

催化動(dòng)力學(xué)測(cè)定Ti（IV）的化學(xué)反應(yīng)總方程式可以表示如下:

AsA I+硫酸+次磷酸鈉+Se（IV）→反應(yīng)產(chǎn)物

該反應(yīng)的速率方程式可表示為：

式中：R為反應(yīng)速率,[mol/（L·min）]；C為反應(yīng)物濃度,（mol/L）；α,β,γ,δ為反應(yīng)級(jí)數(shù)。用單因數(shù)變換固定時(shí)間法測(cè)定各反應(yīng)物的反應(yīng)級(jí)數(shù)，結(jié)果如下：

由直線(xiàn)方程的斜率可知:α=1.0213≈1,β=0.9878≈1,γ=1.042≈1,δ=0.087≈0，故本催化反應(yīng)對(duì) Se（IV）、AsA I和次磷酸鈉而言為一級(jí)反應(yīng)，對(duì)硫酸而言為零級(jí)反應(yīng)。由此可見(jiàn)，在稀硫酸介質(zhì)中，以Se（IV）為催化劑，次磷酸鈉還原AsA I褪色反應(yīng)的速率方程式可表示為：

在試驗(yàn)條件下，c硫酸，c次磷酸鈉，cAsAI垌ρSe(IV)，且基本保持不變，速率方程可以簡(jiǎn)化為：

將上式積分得：-cAsAI=k2ρSe(IV)t

代入 A=εbcAsAI中，得 A=-εbk2ρSe(IV)t，則：ΔA=A0-A=εbk2ρSe(IV)t

采用固定時(shí)間法測(cè)定吸光度，動(dòng)力學(xué)方程為:ΔA=k3ρSe(IV)

即ΔA與催化劑Se（IV）在一定濃度范圍內(nèi)成正比，這就是本催化反應(yīng)測(cè)定痕量Se（IV）的定量依據(jù)。

2.9.2 表觀活化能的測(cè)定

固定反應(yīng)物濃度和加熱時(shí)間，在80℃～90℃時(shí)，測(cè)定催化反應(yīng)的吸光度A和非催化反應(yīng)吸光度A0，計(jì)算 ΔA=A0-A，作-lgΔA～（1/T）×103曲線(xiàn)。結(jié)果表明，-lgΔA與（1/T）×103存在著線(xiàn)性關(guān)系，用最小二乘法處理，其線(xiàn)性回歸方程為：-lgΔA=2.386×（1/T）×103-5.824（r=0.9972），根據(jù)Arrhenius公式計(jì)算表觀活化能為：Ea=2.386×2.303×8.314=45.69 kJ/mol。

3 樣品分析

稱(chēng)取1.0000 g樣品于聚四氟乙烯坩堝中，加入3.0 mL濃硝酸和1.0 mL 30%過(guò)氧化氫，再放入高壓溶解罐中，旋緊罐蓋，放入微波爐中。分別在100℃、150℃下溶解1 h和3 h。冷卻至室溫后，取出聚四氟乙烯坩堝，將消化后的樣品轉(zhuǎn)移到燒杯中。再加熱至近干，除去過(guò)量的硝酸和過(guò)氧化氫，用適量的4.5 mol/L HCl浸取Se（IV）。加入NaOAc調(diào)節(jié)離子強(qiáng)度，使其濃度為0.1 mol/L，再用HCl調(diào)節(jié)酸度為4.5 mol/L HCl后，以5 mL/min的流速通過(guò)SDG吸附柱，只有Ag+和Se（IV）被吸附。再用3.0 mL HCl和2.0過(guò)氧化氫洗脫柱上的Se（IV）[15]，加熱除去過(guò)量的過(guò)氧化氫后，轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中，用水定容。取適量溶液按試驗(yàn)方法測(cè)定，并與ICP-AES法對(duì)照，結(jié)果相符。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 樣品中Se（IV）的測(cè)定結(jié)果和回收率Table 3 Analysis results of Se（IV）and recoveries in samples

4 結(jié)論

本文研究在0.02 mol/LH2SO4介質(zhì)中，痕量硒（IV）對(duì)次磷酸鈉還原偶氮胂I（AsA I）的褪色反應(yīng)有明顯的催化作用，將陽(yáng)離子表面活性劑氯化十六烷基吡啶（CPC）用于增加 Se（IV）-AsA I-NaH2PO2反應(yīng)體系的靈敏度和穩(wěn)定性。研究了適宜的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)條件，結(jié)合巰基葡聚糖凝膠分離富集，建立了測(cè)定痕量硒（IV）的催化動(dòng)力學(xué)光度法，已用于測(cè)定食品和人發(fā)樣品中的痕量硒（IV）。方法檢出限為0.053μg/L,線(xiàn)性范圍為 0.0～1.0μg/L。

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