CN104198403B - 一种比色法检测水环境中Fe3+含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种比色法检测水环境中Fe3+含量的方法，它包括显色剂4‑(4‑羟基‑1‑萘基偶氮)苯磺酸比色染料的制备、显色剂标准溶液的配制、Fe3+标准溶液的配备、环境水样的制备、待测样品中Fe3+浓度的测定等步骤，本方法以上步骤都有相应方法措施进行保障；本发明可在酸性或中性pH条件下即时对水环境中Fe3+含量的检测，显色剂的水溶解性好、稳定性高，吸光系数大，分析的灵敏度高，重现性好，同时该方法使用的波长为478nm的可见光，对有机体无伤害，有望用于生物免疫分析、检测等领域。
Description
技术领域：
本发明属于水环境重金属检测及分离Fe3+的领域，具体涉及一种比色法检测水环境中Fe3+含量的方法。
背景技术：
铁是地球上分布最广的金属之一，居元素分布序列的第四位。铁元素是血红蛋白的重要部分，而血红蛋白的功能是向细胞输送氧气，并将二氧化碳带出细胞；铁元素能够催化促进β-胡萝卜素转化为维生素A、嘌呤与胶原的合成、抗体的产生、脂类从血液中转运以及药物在肝脏的解毒等等；铁元素与免疫的关系也比较密切，有研究表明铁元素可以提高机体的免疫力，增加中性白细胞和吞噬细胞的吞噬功能，同时也可以使机体的抗感染能力增强；铁元素缺乏会对心理活动和智力发育有损害，以及会造成行为改变；还可损害儿童的认知能力，而且即使在以后补铁后也难以恢复。另一发面如果进入体内的铁元素量过多，则也会引起心脏和肝脏疾病、糖尿病、某些肿瘤等，如铁元素过量可累及肝脏，导致肝纤维化甚至肝硬化或肝细胞瘤，乃至机体氧化和抗氧化***失衡，直接损伤DNA，诱发突变。因此，Fe3+含量的检测具有重要的理论和实践意义。
最近几年Fe3+检测手段取得了较大进展，开发设计出多种测定Fe3+含量的分析技术，如分光光度法、高效液相色谱法、流动注射法、毛细管电泳法、电化学伏安法等，但是这些方法中大多数测试过程复杂，包括繁琐的实验程序、样品预处理难、灵敏度及选择性不高、耗时长、所需仪器价格贵等缺点，限制了检测方法的实际应用。
近年来，比色法检测半胱氨酸含量的方法，实验成本低、过程简单，甚至可以用肉眼代替复杂昂贵的分析仪器进行检测，已引起国内外越来越多的学者的关注，如Yun等(Talanta,2000,52,893)以1-亚硝基-2萘酚为比色传感器，裸眼检测Fe3+的检测限可达0.024μg/mL；Wallace等(Dalton T,2005,2436)基于方酸菁染料模拟含铁细胞的原理，开发了又一种检测微量Fe3+的方法；2011年，Adebayo等(Afr J Biotechnol,2011,10,16051)报道了一种基于8-羟基喹啉的比色传感器，检测非水溶剂中的微量铁元素含量；这些研究成果充分证明了有机比色传感器是一类方便、实用的Fe3+离子检测器。
为了进一步提高水相中Fe3+比色检测的选择性和灵敏度，本发明设计了一种溶解性优良的多功能光学吸收材料：4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料(即：集-SO3H、-OH、-N＝N-等多种活性基团)，对其光学性能研究和优化的基础上，有效的应用于实际水环境中Fe3+离子的比色检测，其他常见共存离子对Fe3+检测无干扰，检测的线性范围9.5～400×10-8moL/L，相关系数(R)0.9938，检测限4.2nmol/L。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种比色法检测水环境中Fe3+含量的方法，该方法具有操作简单、选择性好、灵敏度高等优点，可在酸性或中性条件下，能够准确的检测水环境样品中Fe3+含量。
为解决已有技术的不足，本发明提供了以下技术方案：
一种比色法检测水环境中Fe3+含量的方法，它包括以下步骤：
(1)、显色剂4-(4-羟基-1萘基偶氮)苯磺酸比色染料的制备：分别称(量)取0.87g对氨基苯磺酸(5mmol)，0.73g 1-萘酚(5mmol)和30.0mL去离子水，置于100mL的三口烧瓶中，利用双排管抽真空-注入氮气三次，以排除三口烧瓶中的空气，再用注射器注入0.5mL 的亚硝酸异戊酯，60℃回流反应15h，冷却到室温，经减压抽滤、去离子水洗涤，得粗产品，再用乙醇重结晶3次，得深红色晶体，产率92.1％。
(2)、显色剂标准溶液的配制：将上述深红色晶体溶于水中，配制成浓度为1.0mmol/L的4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料标准溶液，在4℃下避光保存。
(3)、Fe3+标准溶液的配备：称取Fe(NO3)3·9H2O晶体0.0404g，溶于去离子水，配制成浓度为1.0mmol/L的Fe3+标准溶液，在4℃下保存。
(4)、环境水样的制备：分别量取1000.0mL环境水样淠河水、校园地下水及自来水各一份，,经孔径为4μm的微孔过滤膜过滤后，除去悬浮固体，再减压蒸馏浓缩100倍后，分别量取10.0mL，得环境水样，室温下保存，备用；
(5)、待测样品中Fe3+浓度的测定：向10mL的容量瓶依次加入经稀释浓度为5.0×10-4mol/L的4-(4-羟基-1萘基偶氮)苯磺酸比色染料标准溶液1.0mL、pH值为7.0的混合磷酸盐缓冲溶液1.0mL和待测样品1.0mL，最后加水定容至刻度线，摇匀，试剂空白作参比，1cm比色皿，478nm波长处测定溶液的吸光度，吸光度差值ΔA＝A0-A，其中A0为标准溶液吸光度值，通过回归方程ΔA＝4.83×10-2+1.37×10-3c(10-8mol/L)，计算得待测样品中Fe3+浓度。
所述的步骤(1)中的显色剂4-(4-羟基-1萘基偶氮)苯磺酸比色染料是在无氧状态下，以对氨基苯磺酸，1-萘酚(5mmoL)和亚硝酸异戊酯为反应物，60℃回流反应15h制备而成的。
所述步骤(1)中的显色剂4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料是经减压抽滤、去离子水洗涤，得粗产品，再用乙醇重结晶3次提纯。
本发明从反应原理入手，讨论了体系的溶剂效应、pH值、离子强度、反应时间及共存物质的干扰等影响，确定了最佳测试条件：指示剂浓度为5.0×10-5mol/L，pH值为7.0的混合磷酸盐缓冲溶液测试的灵敏度最高。
最佳测试条件下，本方法能排除其他常见共存离子对Fe3+的检测干扰，采用UV分析仪，甚至裸眼即可对Fe3+检测，检测的线性范围为：9.5～400×10-8moL/L，相关系数(R)0.9938，检测限4.2nmoL/L，样品中Fe3+回收率97.8％～102.2％之间，相对误差(RSD)小于3.5％。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种比色法检测水环境中Fe3+含量的方法，本方法操作简单，选择性好，灵敏度高，可在酸性或中性pH条件下即时对水环境中Fe3+含量的检测，显色剂的水溶解性好、稳定性高，吸光系数大，分析的灵敏度高，重现性好，同时该方法使用的波长为478nm的可见光，对有机体无伤害，有望用于生物免疫分析、检测等领域。
附图说明：
图1为显色剂与Fe3+作用机理。
图2为溶剂对检测体系吸收光谱的影响。
图3为pH对检测体系吸收光谱的影响。
图4为不同的共存离子对检测体系吸收光谱的影响。
图5为指示剂对Fe3+的选择性比色响应。
图6为吸光度随Fe3+浓度变化曲线图(从上到下：0，9.5×10-8mol/L，20×10-8mol/L，60×10-8mol/L，100×10-8mol/L，150×10-8mol/L，200×10-8mol/L，250×10-8mol/L，300×10-8mol/L，350×10-8mol/L，400×10-8mol/L)及线性关系曲线(插图)。
具体实施方式：
实施例一
一种比色法检测水环境中Fe3+含量的方法，它包括以下步骤：
(1)、显色剂4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料的制备：分别称(量)取0.87g对氨基苯磺酸(5mmol)，0.73g 1-萘酚(5mmol)和30.0mL去离子水，置于100mL的三口烧瓶中，利用双排管抽真空-注入氮气三次，以排除三口烧瓶中的空气，再用注射器注入0.5mL的亚硝酸异戊酯，60℃回流反应15h，冷却到室温，经减压抽滤、去离子水洗涤，得粗产品，再用乙醇重结晶3次，得深红色晶体，产率92.1％。
(2)、显色剂标准溶液的配制：将上述深红色晶体溶于水中，配制成浓度为1.0mmol/L的4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料标准溶液，在4℃下避光保存，使用时稀释到5.0×10-4mol/L；
(3)、Fe3+标准溶液的配备：称取Fe(NO3)3·9H2O晶体0.0404g，溶于去离子水，配制成浓度为1.0mmol/L的Fe3+标准溶液，在4℃下保存，使用时稀释到所需浓度；
(4)、检测条件的优化：从反应原理入手，讨论溶剂效应、体系的pH值、离子强度、反应时间及共存物质的干扰等影响因素，确定了最佳测试条件：指示剂浓度为5.0×10-5mol/L，pH值为7.0的混合磷酸盐缓冲溶液测试的灵敏度最高，环境中常见的共存金属离子对检测的影响均在误差范围内；
(5)、分别量取1000.0mL环境水样淠河水、校园地下水及自来水各一份，经孔径为4μm的微孔过滤膜过滤后，除去悬浮固体，再减压蒸馏浓缩100倍后，分别量取10.0mL，得环境水样，室温下保存，备用；
(6)、待测样品中Fe3+浓度的测定：向10mL的容量瓶依次加入 经稀释浓度为5.0×10-4mol/L的4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料标准溶液1.0mL、pH值为7.0的混合磷酸盐缓冲溶液1.0mL和待测样品1.0mL，最后加水定容至刻度线，摇匀，试剂空白作参比，1cm比色皿，478nm波长处测定溶液的吸光度，吸光度差值ΔA＝A0-A，其中A0为标准溶液吸光度值，通过回归方程ΔA＝4.83×10-2+1.37×10-3c(10-8mol/L)，计算得待测样品中Fe3+浓度。
该方法成功的用于对上述三类环境样品中Fe3+含量的检测，样品中Fe3+回收率97.8％～102.2％之间，相对误差(RSD)小于3.5％。
表1体系对环境样品的检测结果
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本方法的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，所属技术领域的技术人员应该明了，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.一种比色法检测水环境中Fe3+含量的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)、显色剂4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料的制备：分别称取0.87g对氨基苯磺酸(5mmoL)，0.73g1-萘酚(5mmoL)和30.0mL去离子水，置于100mL的三口烧瓶中，利用双排管抽真空-注入氮气三次，以排除三口烧瓶中的空气，再用注射器注入0.5mL的亚硝酸异戊酯，60℃回流反应15h，冷却到室温，经减压抽滤、去离子水洗涤，得粗产品，再用乙醇重结晶3次，得深红色晶体，产率92.1％；
(2)、显色剂标准溶液的配制：将上述深红色晶体溶于水中，配制成浓度为1.0mmol/L的4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料标准溶液，在4℃下避光保存；
(3)、Fe3+标准溶液的配备：称取Fe(NO3)3·9H2O晶体0.0404g，溶于去离子水，配制成浓度为1.0mmol/L的Fe3+标准溶液，在4℃下保存；
(4)、环境水样的制备：分别量取1000.0mL环境水样淠河水、校园地下水及自来水各一份，经孔径为4μm的微孔过滤膜过滤后，减压蒸馏浓缩100倍后，分别量取10.0mL，得环境水样，室温下保存，备用；
(5)、待测样品中Fe3+浓度的测定：向10mL的容量瓶依次加入经稀释浓度为5.0×10-4mol/L的4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料标准溶液1.0mL、pH值为7.0的混合磷酸盐缓冲溶液1.0mL和待测样品1.0mL，最后加纯净水定容至刻度线，摇匀，试剂空白作参比，1cm比色皿，478nm波长处测定溶液的吸光度，计算得待测样品中Fe3+浓度。
2.根据权利要求1所述的一种比色法检测水环境中Fe3+含量的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的显色剂4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料是在无氧状态下，以对氨基苯磺酸，1-萘酚(5mmol)和亚硝酸异戊酯为反应物，60℃回流反应15h制备而成的。
3.根据权利要求1所述的一种比色法检测水环境中Fe3+含量的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的显色剂4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料是经减压抽滤、去离子水洗涤，得粗产品，再用乙醇重结晶3次提纯。
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