1 前言
砷是一种有害的元素。砷的毒性,被证明是由于它们和生物活性蛋白的硫醇基团的键合作用,其中它们的急性毒性是由于对代谢酶的抑制作用。对砷的测定方法现一般采用样品消化-氢化物发生-原子荧光法,在消化后的溶液中砷以五价的离子存在,现在多采用预还原的方法将五价砷还原为三价砷,再用活性氢将正三价砷还原为负三价,形成砷化氢气体,在300℃温度下分解为原子态砷进行测定。目前大多实验者采用硫脲、碘化钾、抗坏血酸、L-半胱氨酸作为预还原剂,由于不同价态的砷离子形成氢化物的能力有所差异,我们对这些还原剂的还原效果进行逐个分析,并将这些还原剂进行组合以确定最佳的混合还原剂。
2 试剂与仪器
砷标准溶液(1000μg/ml), GSB G 62028-90(3302)国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院;海带成份分析标准物质(GBW08517),黄鱼成份分析标准物质(GBW08573),均为国家海洋局第二海洋研究所提供;硝酸、硫酸、硫脲,以上优级纯;碘化钾、抗坏血酸、L-半胱氨酸,以上分析纯。AFS-230E双道原子荧光光度计,北京海光公司。
3 实验方法
3. 1 标准曲线绘制
将砷标准溶液(1000μg/ml)逐级稀释至100ng/ml的标准工作液,分别吸取0. 00, 2. 00, 4. 00, 6. 00,8. 00, 10. 00标准工作液至50ml容量瓶中,加入适量的硫酸和还原剂并定容至刻度,在室温下放置半小时以上备测。
3. 2 样品溶液制备
称取适量样品,加入10ml硝酸和5ml硫酸(如果是难以消化的物质,可以再加入2ml高氯酸),放置过夜,小心消化至样品溶液澄清硫酸白烟冒出,冷却后用水定容至50ml。
3. 3 样品测定
根据样品中砷含量吸取适量上述样品溶液于25ml比色管中,加入适量硫酸和还原剂并用水稀释至刻度,在室温下放置半小时以上备测。
4 结果与讨论
4. 1 不同还原剂的还原效果
分别用前述的4种还原剂在不同的酸度下来预还原标准溶液和海带样品,见图1~4。
4. 2 讨论
4. 2. 1 通过对以上4种还原剂对三价砷标准的预还原效果与三价砷离子本身对比(图5)可以看出:抗坏血酸基本对三价的砷离子无影响,而硫脲和碘化钾却能随酸度的提高而增强对三价砷离子的荧光强度的影响,L-半胱氨酸正相反,只有在一定的酸度范围内有增强三价砷离子荧光强度的作用,在酸度超过4%后,反而呈抑制作用。这些还原剂可能在将五价砷还原为三价砷后,其中的巯基、氨基、脲基及碘离子与这些三价砷形成络合物,这些络合物在不同酸度下表现出与三价砷离子不同的氢化灵敏度[1]。
4. 2. 2 从L-半胱氨酸和硫脲还原效果趋势上的不同,我们可以推测:对L-半胱氨酸而言,由于巯基中硫的外围有2对孤对电子,在低酸度下其中一对电子可以和羧基上的-OH形成氢键而产生1个六元环,同时由于氨基酸本身的特性,氨基上的氢和羧基上的氧也可以通过形成氢键而在6元环旁边再形成一个五元环[2],这两个环对形成三价砷-半胱氨酸络合物起了重要作用,类似于酶和底物的作用,从而提高了三价砷的还原效率。当酸度提高,巯基中硫的另外一对电子与质子结合,在分子的空间构象上将三价砷封闭在两个环中,使其难以和由硼氢化钠与酸产生的活性氢接触而被还原。对硫脲而言,在低酸度下,虽没有因氢键而形成的环形结构,但两个氨基的质子化可能对形成三价砷-硫脲络合物起到促进作用。因此,酸度越高,其络合物对提高砷的还原效果就越明显。
4. 2. 3 从4种常用的还原剂对标准和样品在不同酸度下的还原效果及趋势上看,除L-半胱氨酸是在较低酸度有较好的还原效果外,其他三种还原剂的还原效果均与酸度成正比,由于L-半胱氨酸在低酸度下对过渡金属〔3〕及
的干扰有显著的抑制作用,而且对酸度的低要求可以避免强酸对仪器和人员的危害以及降低仪器的空白值,目前正越来越广泛使用作为砷的预还原剂。但从图1可以看出,其还原能力对酸度极其敏感,而且从其还原能力随酸度变化趋势上看,标准和样品有区别,这就可能由于酸度控制不严,导致测定值产生误差。
考虑到硫脲、碘化钾在预还原砷时在一定酸度范围内有较好的平台,于是将三者以一定比例配制成混合还原剂(L-半胱氨酸:硫脲:碘化钾=10: 5: 3),其中碘化钾还可以作为溶液还原反应是否进行完全的指示剂。用混合还原剂对标准和样品反应效果如图6。
从图中可见,在酸度从0.6% ~1.6%时,标准和样品以同一比例下降,表明了酸度在0.6% ~1.6%范围内,酸度只影响绝对荧光数值而不会影响样品的砷测定值。
4. 3 回收率实验
各种样品添加砷标液进行回收率实验。采用上述混合还原剂对样品进行预还原,然后测定。其相对标准偏差(RSD)在10%以内,回收率在92% ~120%之间,符合准确定量的要求。见表1。
4. 4 结论
采用半胱氨酸-硫脲-碘化钾混合还原剂对砷的还原效果比单一的还原剂效果好;且硫酸浓度在0. 6% ~1. 6%范围内,酸度对检测结果影响可以忽略。
参考文献
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作者简介:陈祥明(1971~),男,工程师,从事食品检验研究。E-mai:l cxm1234_56@ yahoo. com. cn
