离子色谱2直接电导法测定碱土金属和过渡金属离子

郑文凤3 1 , 于　泓2
(1. 黑龙江八一农垦大学文理学院化学教研室,黑龙江大庆163319 ;
2. 哈尔滨师范大学化学化工学院,黑龙江哈尔滨150025)
摘　要:本文报道离子色谱2直接电导法测定碱土金属和过渡金属离子。研究了流动相p H 值、乙二胺浓度及柠檬酸和酒石酸浓度对金属离子分离的影响。结果表明,以乙二胺2柠檬酸为流动相可以同时分离碱土金属和过渡金属离子。用乙二胺2酒石酸作为流动相可以分离碱土金属离子。方法检出限为0. 09～1. 88 mg/ L ,加标回收率为97. 6 %～98. 7 %。该方法用于叶面肥试样的分析,结果良好。
关键词:离子色谱;金属离子;柠檬酸;乙二胺;叶面肥
中图分类号:O657. 7+ 5 　　文献标识码:A 　　文章编号:100626144(2010) 0120071204
离子色谱法是分析无机阴离子、无机阳离子、低分子量羧酸、糖、氨基酸等离子性物质的强有力技术[122 ] 。在使用电导检测器时,存在两种色谱模式:离子色谱抑制电导检测[3 ] 和离子色谱直接电导检测[ 4 ] 。
由于过渡金属离子和稀土离子会在抑制系统中形成沉淀,因而抑制型电导检测法只限于碱金属、铵、碱土金属和胺类的测定。而直接电导检测法除可以测定碱金属、铵、碱土金属和胺类外,还可以测定过渡金属和稀土离子[526 ] 。Reiffenstuhl等[7 ] 以乙二胺2柠檬酸为流动相的直接电导检测2离子色谱法测定了碱金属和碱土金属离子,YU[8 ] 以乙二胺2草酸为流动相研究了同时测定过渡金属和碱土金属离子的条件。
本文对乙二胺2络合有机酸(柠檬酸、酒石酸) 作为流动相的直接电导检测2离子色谱法分析碱土金属和过渡金属离子进行了详细研究,考察了流动相p H 和乙二胺浓度对金属离子分离的影响,并以乙二胺2柠檬酸为流动相分析了叶面肥中的碱土金属和过渡金属离子。
1 　实验部分
1. 1 　仪器与试剂
HIC26A 型离子色谱仪(日本,岛津公司) ,配有CDD26A 电导检测器,SIL26B 自动器,CTO26AS
色谱柱箱,L P26A 输液泵,C2R5A 色谱处理机。色谱柱为150 ×5. 0 mm i. d. Shim2pack IC2C1 阳离子交换柱(填充粒径10μm 的苯乙烯2二乙烯基苯共聚物,并将其作为载体引入磺酸基的阳离子交换树脂) 。P514 型酸度计(比利时) 。乙二胺、柠檬酸、酒石酸、盐酸、氢氧化钠、碱土金属和过渡金属的氯化物或硝酸钾,以上试剂为分析纯或优级纯。去离子水的电导率小于1μS/ cm。
1. 2 　实验方法
用去离子水配制标准溶液和流动相,流动相经过0. 45μm 微孔滤膜过滤并真空脱气后使用。以乙二胺2络合有机酸(柠檬酸、酒石酸) 作为流动相分析碱土金属和过渡金属离子,流速1. 0 mL/ min ,进样体积20μL ,柱温40 ℃,检测器灵敏度4μS/ cm。__
2 　结果与讨论
2. 1 　络合有机酸对碱土金属和过渡金属离子分离的影响
实验用1. 0 mmol/ L 乙二胺作为流动相(p H = 4. 00) 分离碱土金属和过渡金属离子,发现只用乙二胺作流动相可以很好地分离碱土金属离子,但对过渡金属离子的选择性很差。因此,进一步研究了柠檬酸、酒石酸两种络合有机酸对过渡金属和碱土金属离子分离的影响。实验中保持流动相中乙二胺浓度为0. 25mmol/ L ,流动相的p H = 4. 50 ,改变流动相中柠檬酸浓度,测定过渡金属和碱土金属离子的保留值,结果见图1 。由图1 可知,随着流动相中柠檬酸浓度的增大,各离子的保留值减小,且过渡金属离子保留值减小的幅度大于碱土金属离子。其原因是柠檬酸可与金属离子形成络合物,因而使金属离子保留值减小。
实验中保持乙二胺浓度为0. 25 mmol/ L ,流动相的p H = 4. 00 ,研究酒石酸浓度变化对过渡金属和碱土金属离子保留值的影响。实验发现,用乙二胺2酒石酸作流动相可以很好的分离碱土金属离子,但对过渡金属离子的选择性差。原因是过渡金属半径相近,并且其与酒石酸形成络合物的形成常数亦相近。
从上述的实验结果可知,络合有机酸的种类和浓度对碱土金属和过渡金属离子的分离均有影响。用乙二胺2柠檬酸作为流动相可以同时分析碱土金属和过渡金属离子。当流动相中络合有机酸的浓度增加时,金属离子的保留值减小,且过渡金属离子保留值减小的幅度大于碱土金属离子。因此,可利用加入不同的络合有机酸及改变络合有机酸浓度以实现过渡金属和碱土金属离子的同时分析。
2. 2 　流动相pH对碱土金属和过渡金属离子分离的影响
流动相的p H 影响乙二胺的质子化程度和络合有机酸的离解程度。为使乙二胺以EnH2 +2 型体存在,以便洗脱碱土金属和过渡金属离子,实验控制流动相p H 范围在3. 5～5. 0 。用不同p H 的0. 25 mmol/ L乙二胺20. 5 mmol/ L 柠檬酸为流动相,测定过渡金属和碱土金属离子的保留值,结果见图2 。
　由图可知,在所考察的p H 范围内,各离子的保留值随p H 增大而减小,且过渡金属离子保留值减小的幅度大于碱土金属离子。这是由于柠檬酸是弱酸,流动相p H 的增加促进了弱酸的离解,也就增加了酸根离子和金属离子的络合程度,减弱了金属离子对阳离子交换剂固定相的亲合作用,使金属离子保留值减小,且过渡金属离子减弱程度大于碱土金属离子。这一性质亦可用于改善过渡金属与碱土金属离子之间的分离状况。
2. 3 　乙二胺浓度对碱土金属和过渡金属离子分离的影响
实验中保持流动相中柠檬酸浓度为0. 50 mmol/ L ,流动相p H = 4. 50 ,改变流动相中乙二胺浓度,测定了过渡金属和碱土金属离子的保留值,结果见图3 。从实验中可以看出,随着流动相中乙二胺浓度的增大,洗脱能力增强,各离子的保留值减小。乙二胺浓度的增加无论是对碱土金属还是过渡金属,保留值均减小,但金属离子的洗脱顺序不变。这说明质子化的乙二胺离子可以很好的洗脱碱土金属和过渡金属离子,可以通过改变乙二胺的浓度来改变金属离子的保留值,控制分析时间。
综合考虑上述各种因素,确定流动相的最佳组成为0. 25 mmol/ L 乙二胺20. 5 mmol/ L 柠檬酸(p H =4. 50) ,在此条件下得到的标准样品色谱图见图4 。
2. 4 　方法定量分析参数
以0. 25 mmol/ L 乙二胺20. 5 mmol/ L 柠檬酸(p H = 4. 50) 为流动相,流速1. 0 mL/ min ,柱温40 ℃,进样体积20μL ,对过渡金属和碱土金属离子的系列标样进行测定,所得检出限(以3 倍信噪比计算) 、线性范围和相关系数数据见表1 。
2. 5 　样品分析
应用乙二胺2柠檬酸作为流动相分析了叶面肥样品中的过渡金属和碱土金属离子。称取1. 000 0 g 试样,用去离子水配成100. 00 mL 溶液,从中吸取溶液5. 00 mL ,再稀释至100. 00 mL ,此溶液用0. 45μm微孔滤膜过滤后,以0. 25 mmol/ L 乙二胺20. 5 mmol/ L 柠檬酸(p H = 4. 50) 为流动相按实验方法测定。
通过未知物和标样保留值对照,在叶面肥中检测出Zn2 + 、Mn2 + 、Mg2 + 和Ca2 + 4 种离子。采用标准加入法检验了方法的回收率。样品分析结果及回收率见表2 。