低压离子色谱 2化学发光联用在线检测水中痕量铜刘玲周光明 3 张新申(西南师范大学化学化工学院 ,重庆 400715) (四川大学轻工与食品学院 ,成都 610065)摘要 低压离子色谱分离化学发光方法在线检测 Cu2 + ,利用草酸作为色谱柱的洗脱液 ,研究了分离条件、发光条件及二者的匹配方式等因素对分离检测的影响。测定 Cu2 + 的线性范围为 0. 4 6 mgPL ;检测限为 0. 1mgPL。方法用于自来水及地表水中 Cu2 + 的分析测定。关键词 低压离子色谱 ,化学发光 ,铜 ,鲁米诺2001205208 收稿 ;2001211212 接受本文系教育部春晖计划和重庆市应用基础资助项目1 引言铜是环境化学 、水文地质、金属合金等研究中的常测元素 ,同时也是人体所必需的微量元素。基于铜离子对发光剂鲁米诺在碱性介质中的氧化反应有催化 ,人们建立了铜离子的化学发光检测法 1 3 。这些方法具有较高的灵敏度 ,但受其它金属离子 (如 Co2 + 、 Mn2 + 、 Cr3 + 、 Fe2 + 等 ) 的干扰大 ,选择性差。离子色谱是一种良好的离子分离技术 4 ,但由于其商品化仪器的柱前压常常在 3 107 4 107 Pa 之间 ,从而对色谱柱及流路系统的耐压性能提出很高要求 ,增加了仪器成本。为此 ,国内成功开发了低压快速离子色谱仪和低压过渡金属离子色谱仪 5 ,其操作压力只需 1. 96 105 2. 94 105 Pa。目前 ,这两种仪器已与电导、安培和光度 3 种检测器联用 ,并成功地分离检测了大多数阴阳离子以及多种有机酸 6 。将化学发光检测技术与低压离子色谱联用的研究在国内外尚未见报道。本实验中 ,我们利用低压离子色谱对铜离子的良好分离性能 ,结合化学发光的灵敏检测 ,测定了自来水及地表水中的 Cu2 + 含量 ,并与原子吸收光谱法对照 ,获得满意结果。2 实验部分2. 1 主要仪器及试剂BPCL 微弱发光测量仪 (中国科学院生物物理研究所研制 ) ;低压阳离子分离柱 C3 柱 (四川大学轻工与食品学院研制 ) , 5 40 mm ; WYX2402 型原子吸收分光光度计 (沈阳分析仪器厂 ) ;SA2720 型酸度计(美国 ORION 公司 ) 。鲁米诺储备液 :由固体 (试剂纯 ) 加入 0. 1 molPL NaOH 配成 0. 01 molPL 鲁米诺试液 ; H2O2 溶液 :由 30 % H2O2 (重庆东方试剂厂 )稀释而成。 Cu2 + 标准溶液由 Cu (NO3 ) 2 配制。本实验所用试剂除注明外均为分析纯 ,水为二次去离子水。2. 2 实验方法改装 BPCL 超微弱发光分析仪 ,将盘管式流通池正对检测窗 ,流动注射进样。低压离子色谱柱 C3柱与 BPCL 连用。按图 1 所示流路连接仪器 ,将一定体积的 Cu2 + 标准溶液或样品溶液通过进样阀注入色谱柱 ,草酸作洗脱剂 ,柱后与鲁米诺、过氧化氢溶液混合 ,催化发光。 BPCL 超弱发光仪通过计算机自动采集 (每 0. 5 s 记录一个数据点 )处理数据 ,根据得到的发光强度进行定量分析。3 结果与讨论3. 1 化学发光反应条件的选择本实验化学发光检测的原理是 :Cu2 + 对发光剂鲁米诺在碱性介质中的氧化反应具有催化作用 ,该反应过程会发出特定波长的光 ,发光强度与 Cu2 + 成正比。实验中 ,在无柱情况下 ,水为载流 ,1 mgPL Cu2 +作为标液进样 ,采用单变量变换法 ,分别实验了过氧化氢、鲁米诺溶液浓度及 pH 值等因素对发光强度第 30 卷2002 年 4 月 分析化学 (FENXI HUAXUE) 研究简报Chinese Journal of Analytical Chemistry第 4 期478 481图 1 低压离子色谱分离化学发光在线检测流路图Fig. 1 Flow diagram for the determination with on2linechemiluminescence (CL) detection combined by low2pressureion chromatographic separationP. 蠕动泵 (peristaltic pump) ; V. 进样阀 (injection valve) ; W.废液 (waste) ; BPCL. 超弱发光分析仪 (ulter2weak luminescenceanalyzer) 。 a. 鲁米诺溶液 (luminol solution) ; b. 过氧化氢溶液(H2O2 solution) ; c. 草酸洗脱液 (oxalic acid elution) ; d. 样品溶液 (sample) ; e. C3 柱 (C3 separation column) 。的影响。结果表明 :当浓度选择 10 - 2 molPL ,鲁米诺溶液浓度选择 5 10 - 4 molPL ,并以 NaOH 调 pH 至12. 0 时 ,可获得最大化学发光强度。3. 2 低压离子色谱分离条件的选择3. 2. 1 洗脱液的选择 草酸 、柠檬酸、乳酸等有机弱酸是低压离子色谱分离阳离子最常用的洗脱液。但这些有机弱酸均程度不同的对 Luminol2H2O2 化学发光体系有抑制作用。选取 1 mgPL Cu2 + 做标液 ,在无色谱柱情况下 ,经进样阀直接注入标液 ,用不同浓度的不同有机弱酸做载流 ,记录相对化学发光峰值 (相对于草酸作载流时的 100 %) ,结果见表 1 中 a 项数据 ;草酸作载流时 ,发光强度最大 ,说明草酸对化学发光反应的抑制效应最小。连接色谱柱 C3 柱后 ,注入相同体积和相同浓度的 Cu2 + 标液 ,分别用不同浓度的不同有机弱酸作洗脱液 ,记录化学发光强度 (草酸为洗脱液时体系发光强度记为 100 % ,其它洗脱液所得发光强度与之相比 ) ,结果见表 1 中 b 项数据。比较发现 ,草酸作洗脱液时 ,洗脱效果最好 ,且对化学发光体系的抑制效应最弱 ,故本实验中我们选用草酸作为洗脱液。表 1 各种洗脱液对化学发光强度的抑制效应及洗脱能力比较Table 1 Suppressive effect of several elutions on CL intensity and the comparison of their eluent ability有机酸Organic acid浓度 (mmolPL)Concentration相对发光强度 ( %) aRelative emission intensity相对发光强度 ( %) bRelative emission intensity草酸 Oxalic acid 5 100 100柠檬酸 Citric acid 5 46 48酒石酸 Tartaric acid 5 39 32乳酸 Lactic acid 5 29 18草酸 P柠檬酸 Oxalic acidPCitric acid 7. 5P10 32 52a. 表示无分离柱时发光强度相对值 (CL intensity without the separation column) ;b. 表示通过分离柱后发光强度相对值 (CL intensity with theseparation column)3. 2. 2 草酸浓度及 pH值选择 洗脱液中草酸浓度的升高可以加快 Cu2 + 的洗脱速度 (图 2) 。但 Cu2 +催化化学发光强度明显下降 (图 3) 。这种下降是由于高浓度草酸与 Cu2 + 的络合 ,降低了游离 Cu2 + 的含量 ,从而减弱了对化学发光的催化。因此 ,权衡洗脱速度和发光强度两方面因素 ,最终选择草酸的浓度为 0. 01 molPL。以 LiOH溶液调节草酸酸度在 pH 为 3. 5 5. 0 范围间变化 ,并实验不同酸度的草酸对Cu2 + 的洗脱能力。结果表明 :草酸的 pH值对 Cu2 + 的洗脱速度影响不大。但考虑到 pH值与化学发光强度及干扰分离的影响 ,将草酸的酸度调成 pH = 4. 2。3. 2. 3 草酸流速的选择 草酸洗脱液的流速对洗脱能力影响较大 。实验发现 ,1. 0 mLPmin 的流速对Cu2 + 的洗脱能力最强。本实验中 ,采用内径为 1. 2 mm的橡胶管时 ,洗脱液的泵速选择 1. 0 mLPmin。3. 3 方法的选择性一些金属离子特别是过渡金属离子在适当条件下均能够催化 Luminol2H2O2 化学发光反应 7 ,而导致化学发光法的选择性不佳。本研究选用低压离子色谱柱分离 ,旨在消除这些离子对 Cu2 + 测量的干扰 ,并考察了共存离子的影响。干扰实验结果列入表 2。可以看出 ,本联用方法有良好的选择性。常见的干扰离子如 Co2 + 、 Mn2 + 、 Cr3 + 等在本文选择条件下 ,均可与 Cu2 + 的色谱峰良好分离而不干扰测定 ,色谱峰图见图 4。由于 Fe3 + 与 Cu2 + 分离时出峰时间基本一致 ,导致分离效果不佳 ,干扰测定。但可以在分析前事先加入 0. 5 molPL KF 进行掩蔽。974第 4 期 刘 玲等 :低压离子色谱 2化学发光联用在线检测水中痕量铜 图 2 草酸浓度对保留时间的影响Fig. 2 Effect of oxalic acid concentration on retention time图 3 草酸浓度对发光强度的影响Fig. 3 Effect of oxalic acid concentration on CL intensity表 2 共存离子对发光强度的影响 (1 mgPL Cu2 + )Table 2 Effect of coexisting ions(1 mgPL Cu2 + )共存离子Coexisting ions允许倍量Permitted folds共存离子Coexisting ions允许倍量Permitted folds共存离子Coexisting ions允许倍量Permitted foldsMg C 2000 Co C 100 Ni C 100Ca C 2000 Fe C 100 Mn C 100Be C 2500 Fe D 100 3 Mo G 200Sr C 2000 Zn C 100 Sn E 200Ba C 1000 Cd C 100 Si E 200Al D 800 Cr D 100 Bi D 100Pb C 100 Cr G 100 W G 100Hg C 100 V F 500 NO -3 5000F - 10000 Br - 1000 S2 - 400Cl - 10000 I - 1000 CN - 200SO2 -4 1000 PO3 -4 1003 系加入 0. 5 molPL KF 作掩蔽剂后所得最大允许倍量 (after addition of 0. 5 molPL KF as masking agent)图 4 Cu2 + 与某些干扰离子的色谱分离图 (a ,b ,c)Fig. 4 Chromatogram of copper C and some interfering ions (a ,b ,c)3. 4 检出限 、校准曲线及线性范围在选定的最佳实验条件下 ,配制不同浓度的 Cu2 + 标样 ,经低压离子色谱柱分离 ,化学发光检测得到一系列发光峰值。结果表明 :Cu2 + 浓度在 0. 4 6 mgPL 范围内与发光强度呈良好的线性关系。其校准曲线的拟合方程为 I = 3125 C - 13947 ;相关系数 r = 0. 9955。选定 Cu2 + 浓度为 1 mgPL ,进行 11 次平行测定 ,RSD 为 3. 2 %。根据 IUPAC 的建议 ,计算得出方法的检出限为 0.