毛细管电泳法直接分离测定水溶液中的金属离子

　　高效毛细管电泳是目前分析化学前沿领域中迅速发展的一种新型分析方法，具有高效、快速、试样用量少、分离效果高等特点，已广泛应用于医药、临床、环境、生命科学、化学、化工等方面 [1]。它是基于被分离物质的净电荷与质量比的差异，各组分按其表面电荷的差异，以不同的速度在毛细管内的电解质溶液中移动而导致分离。90年代以来，毛细管电泳被成功的应用于无机离子和其它低分子量离子的测定[2]~[4]。但对金属离子分离测定，多采用间接紫外检测法。本实验利Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+与邻二氮菲形成的配合物对紫外光谱产生吸收，在波长为220nm时，以HAc- NaAc作为背景电解质，使 Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+的配合物得了较好的分离，且溶液浓度与峰面积之间具有良好的线形关系，回收率98%~103%。该方法操作简单，分析速度快， 4分钟内可将上述4种离子的配合物得到基线分离。

　　1 实验部分

　　1.1 仪器与试剂

　　GL2001高效毛细管电泳仪(北京采陆科学仪器有限公司)、未涂层熔融石英毛细管(内径75um，有效长度47cm，河北永年光导纤维厂)，254nm;、PHS-3C型精密酸度计(上海雷磁仪器厂)。

　　金属离子标准溶液：Cu2+，Cd2+， Ni2+，Zn2+ 浓度均为1.0mg/mL，使

　　用前稀释至所需浓度;

　　HAc-NaAc缓冲溶液;

　　1.0%邻二氮菲乙醇溶液。

　　所有实验用水均为去离子水，试剂均为分析纯。

　　1 .2电泳条件

　　测定波长220nm，采用阳极端手动压差进样，进样高度10cm，进样时间10s。分离电压25kV。运行缓冲溶液，150mmol/L pH=4.30HAc-NaAc(20%乙醇)。每次进样前用去离子水、缓冲溶液冲洗毛细管各2min。

　　1.3实验方法

　　将金属离子标准溶液稀释至所需浓度，在小试管中加入适量的各金属离子溶液，加入适量 1%邻二氮菲乙醇溶液，振荡摇匀。在电泳条件下用紫外检测器直接分离、检测Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+与邻二氮菲形成的配合物。

　　2 结果与讨论

　　2.1分离条件的选择

　　2.1.1 测定波长的选择

　　利用仪器在紫外区可产生连续光谱，测定了Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+与邻二氮菲形成的配合物对紫外光谱的吸收。结果表明在λ=220nm时，吸收值最大。

　　2.1.2 缓冲体系的选择

　　缓冲体系直接影响离子的迁移和分离。实验中考察了醋酸缓冲系、磷酸缓冲系。由于PO33-与待测离子形成难溶物的溶度积很小，影响了Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+与邻二氮菲的配合，实验结果不甚理想。醋酸缓冲系不存在上述影响，故选择其作为运行缓冲溶液。

　　2.1.3 pH值对迁移时间的影响

　　测定Ni2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+在 pH为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0的HAc-NaAc溶液的迁移时间，由图1可知，缓冲溶液的pH值在4.0~5.0之间Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+分离效果较好，进一步实验，分离上述离子的最佳pH值为4.3。

　　2.1.4 醋酸缓冲溶液浓度对迁移时间的影响

　　随着醋酸缓冲体系浓度的升高，溶液的离子强度逐渐增大，，各峰迁移时间及分离度随之增大。但醋酸缓冲溶液浓度太大，体系离子强度过大，由于焦耳热使区带增宽，检测灵敏度降低;浓度过高还会使分离电流增大，基线不稳定，不利于检测[5]。实验中测定了分离电压为25kV 时，Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+在80、 120、160mmol/L的pH=4.3的醋酸缓冲溶液中的迁移时间，由图2可知，醋酸缓冲体系浓度为140~160mmol/L分离效果较好，实验选择其浓度为150mmol/L。

　　图1 pH值对迁移时间的影响 图2 缓冲体系浓度对迁移时间的影响

　　Fig .1 Effect of pH value of buffer on Fig .2 Effect of concentration of buffer

　　migration time solution on migration time

　　1.Cd2+;2.Cu2+;3.Ni2+;4.Zn2+ 1.Cd2+;2.Cu2+;3.Ni2+;4.Zn2+

　　2.1.5 乙醇浓度对迁移时间的影响

　　随着有机溶剂的加入，扩宽了分析时间的窗口，使分离率得到了提高，且峰形得到了改善，但使用过多时，会导致迁移时间推迟，峰形过分展宽而影响分离[6]。在分离电压为25kV时，测定了Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+在含有5%、10%、15%、20%、25%乙醇的pH=4.3，150mmol/L醋酸缓冲溶液中的迁移时间。由图3可知。当乙醇浓度为20%时，可使 Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+与邻二氮菲配合物得到基线分离，见图4。

　　图3 乙醇浓度对迁移时间的影响 图4 Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+混合溶液的分离谱图

　　Fig .2 Effect of concentration of ethyl Electropherogram of a mixture of four

　　hydrate on migration time metal ions standards

　　1.Cd2+;2.Cu2+;3.Ni2+;4.Zn2+ 1.Cd2+;2.Cu2+;3.Ni2+;4.Zn2+

　　2.2 定量分析的特征

　　在优化的分离条件下(pH=4.3，150mmol/L醋酸+20%乙醇体系，检测波长220nm)，实现了Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+配合物的分离。定量分析特征参数及回收实验数据见表1和表2。

　　

 表1 定量分析特征参数             Table 1 Characteristic parameters of correlation curves

Metal ions   Regression equation     r     Linear range/      Detection limit/     RSD/%(n=5)                                           (mg/L)           (mg/L)           tR     A

Cd2+        C = 0.816A+33.1   0.999     40-500            8.22           0.93   3.40 Cu2+        C = 0.313A+0.16   0.999     3.0-200           2.3            0.66   1.21 Ni2+        C = 0.208A-1.04   0.998     2.5-180           1.75           0.86   1.52 Zn2+        C = 0.320A+10.6   0.997     12-350            7.88           0.56   2.80

                                                    表 ２　回收实验结果

Metal ions     Concentration/(mg/L)     Added/(mg/L)     Found/(mg/L)     Recovery/%(n=5)

Cd2+            60.0               25.0             84.5                98.0 Cu2+            20.5               10.0             30.8                103.0 Ni2+            9.80               5.0              14.7                98.0 Zn2+            50.0               12.5             62.2                97.6

　　3. 结论

　　在优化条件下，Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+的配合物在4分钟内可以得到很好的分离并具有良好的线性关系。与比色法、原子吸收光谱相比，本方法药品用量少，操作简单，便于上述离子的快速检测。

　　参考文献：

　　[1] 赵燕燕，杨更亮，范子琳，王德先，陈义.《高效毛细管电泳前沿分析法研究酸性药物那格列索与人血浆白蛋白的结合》.分析化学，2002年

　　[2]陈义.《毛细管电泳理论探索》.华文出版社.

　　[3] 陈义.《毛细管电泳技术及应用》.化学工业出版社.