錳是人體、動物和植物等生命體生存中必需的微量元素, 是食品、藥品、水質、煙草等檢測和分析中重要的測定項目之一, 因此測定痕量錳的靈敏方法的研究和應用受到了高度的重視。其中催化光度法測定微量錳元素的研究得到了很大的發展, 已得到驗證并廣泛應用的有:反相停留流動注射催化光度法、堿性品紅-溴酸鉀體系催化動力學光度法、雙波長催化動力學光度法、流動注射催化光度法、雙波長雙指示劑催化動力學光度法、高碘酸鉀氧化酸性鉻藍K催化光度法、溴酸鉀氧化亮綠SF催化光度法、過硫酸銨氧化鄰甲氧基酚催化光度法、二溴羧基偶氮胂催化光度法等。
1 微量錳元素對生物體的重要性
1.1 對人體的重要性
錳被確定為人類必需微量元素約有60多年的歷史。在體內含量很少, 但起著非常重要的作用。目前, 已知錳參與多種酶的組成, 影響酶的活性。體外實驗證明有上百種酶可由錳激活, 有水解酶、脫羧酶、激酶、轉移酶、肽酶等等。錳在人體內的作用主要有以下4點。
(1) 抗衰老:人體中有一種超氧化物歧化酶 (SOD) , 它是人體壽命決定因子中最重要的保護酶, 而超氧化物歧化酶必須在錳離子的催化下才能發揮作用。人的衰老很重要的原因是抗氧化作用隨著年齡的增長而不斷地下降。是真正生理原因超氧化物歧化酶能抑制和消除自由基的生存, 減輕自由基對人體的侵害, 防止脂質過度氧化, 而起到抗氧化、防衰老的作用。若缺乏錳, 則人體抗氧化能力降低, 使衰老加快從而導致老年女性視力下降、牙齒脫落、頭發變白等。另外甲狀腺素的酶的催化過程, 只有錳參與才能發揮其正常作用。核酸聚合酶要促進細胞的增殖、蛋白質的分解合成。同樣也需要錳的參與, 缺錳會減慢細胞的代謝, 加速人的衰老。
(2) 能防止骨質疏松癥和骨折:錳對減少骨流失和防止骨質疏松癥、骨折等方面作用明顯。這是因錳可活化硫酸軟骨素合成的酶系統, 有促進骨質合成的作用。倘若人體內缺錳, 則骨的合成受到抑制, 時間長了必會造成軟骨發育不良、骨關節畸形、骨孔增加、骨質硬度下降等癥狀, 韌性減低等癥狀, 骨質疏松等癥狀, 并易于骨折。有資料顯示女性比男性患骨質疏松癥者多20%。
(3) 錳在人體新陳代謝過程中起著一定的作用:錳參與人體蛋白質的代謝, 并和蛋白質的合成有密切的關系, 它能提高蛋白質在人體內的吸收利用率。錳還能促進膽固醇在人體內的合成, 具有激活體內的多糖聚合酶和半乳糖轉移酶的作用, 對老年女性朋友的健康是十分有益的。
(4) 錳有防貧血的作用:錳對人體造血系統的功能有一定的影響, 有的女性朋友貧血不是由于缺鐵而是由于缺錳, 所以補鐵不起作用, 只有補錳才能治好。除此以外, 錳對人體腦和中樞神經系統的工作也很重要, 一旦缺錳, 尤其是老年女性, 往往會出現反應遲鈍, 記憶力下降等癥狀。
1.2 對動物的重要性
(1) 對禽類的重要性:錳在禽體內主要存在于血液和肝臟中, 其他器官及皮膚、肌肉、骨骼中含量極少。它是精氨酸酶的成分, 又是腸肽酶、羧化酶、ATP酶等的激活劑, 參與碳水化合物、蛋白質和脂肪的代謝。
(2) 對獸類的重要性:微量元素錳對獸的主要營養作用是在碳水化合物、脂類和蛋白質代謝中作為酶活化因子或組成成分。繁殖母獸缺錳不發情或發情周期紊亂, 泌乳減少, 胎兒存活率下降, 產仔虛弱, 運動失調, 骨骼生長異常。
1.3 錳對植物的重要性
(1) 錳在植物體內主要作為某些酶的活化劑參與氧化作用而參加氮及無機酸的代謝、二氧化碳的同化、碳水化合物的分解、胡蘿卜素、核黃素、VC的合成等。由于錳能從正2價變到正7價, 所以它可與鐵一起調節植物體內的氧化還原作用。錳也在光合磷酸化以及二氧化碳、硝酸鹽、硫酸鹽的還原反應中起作用。
(2) 在光合電子傳遞中, 錳參與水的光解作用。錳在希爾反應中起作用, 它維護葉綠體膜結構, 參與葉綠體光系統中電子轉移。水的光解需要錳和氯離子, 產生氫離子、氧和電子。
(3) 錳與呼吸作用和硝酸還原作用等有關, 它是硝酸還原酶和羥胺還原酶的成分。錳是RNA聚合酶和二肽酶的活化劑, 與氮的同化關系密切, 缺錳會抑制蛋白質的合成, 造成硝酸鹽的積累。
2 催化光度法測定微量元素錳中的增敏劑應用
催化光度法測定錳時經常以表面活性劑為增敏劑, 表面活性劑具有增溶、增敏等性質。實驗表明, 應用非離子表面活性劑為增敏劑時具有顯著的增敏效應。而且反應重現性好, 用于測定水樣、豆樣中錳的含量[1], 結果滿意。
2.1 實驗部分
(1) 試劑與儀器。
錳標準溶液:1mg/mL, 準確稱取分析純硫酸錳 (Mn SO4·H2O) 0.7 6 9 0 g, 定容至250mL, 即為1mg/mL貯備液。工作液臨用時由此溶液稀釋而得。KBr O3溶液:1.0×1 0-3m o l/L。鎂試劑:6.4×10-3mol/L (0.5mol/L的醋酸溶液) 。HAc-NaAc緩沖溶液:pH4.5, 稱取Na Ac30g溶于30mLHAc中, 定容于500mL容量瓶中。吐溫-80溶液。以上試劑均為分析純, 實驗用水為去離子水[2]。721型分光光度計 (上海第三分析儀器廠) ;501型超級恒溫槽 (上海實驗儀器廠) 。
(2) 實驗方法。
取25mL容量瓶2個, 其中之一加入一定量錳標準溶液。分別加入鎂試劑3mL、KBrO3熔冶3.5mL、HAc-NaAc緩沖溶液3mL和吐溫-80溶液0.5mL, 定容搖勻。將容量瓶置于90℃恒溫水浴中加熱20min, 取出置于冰水中冷卻4min, 在波長540nm處, 用1cm比色皿, 以水為參比測定其吸光度, 吸光度分別為A、A0, 計算ΔA=A0-A。
2.2 結果與計論
2.2.1 反應條件的選擇
(1) 吸收曲線。
按實驗方法制作含錳 (II) 和無錳 (II) 試液, 測定其吸光度并記錄結果。兩種試液的吸收曲線最大波長均在540nm處, 故選定540nm作為測定波長。
(2) 表面活性劑的影響。
分別實驗了陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉 (SDBS) 、十二烷基硫酸鈉 (SDS) , 陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨 (C T M A B) 、十六烷基三甲基氯化銨 (CTMAC) , 非離子表面活性劑乳化劑OP。吐溫-80及兩性表面活性劑甜菜堿對反應的影響。實驗表明, 只有非離子表面活性劑有增敏作用, 吸光度明顯降低, 其中吐溫-80效果最好, 選用0.5mL吐溫-80, 體系ΔA數值最大, 且重現性較好。
(3) 酸度的影響。
實驗選用醋酸-醋酸鈉緩沖體系來控制酸度, 分別試驗了醋酸-醋酸鈉緩沖體系不同的pH值, 發現當醋酸-醋酸鈉緩沖溶液pH值為4.5時對ΔA的影響較為平穩, 加入緩沖溶液2mL～4mL時, A、A0、ΔA數值最大且恒定, 故選用醋酸-醋酸鈉緩沖體系 (pH4.5) 3mL。
(4) 試劑用量的影響。
實驗表明, 溴酸鉀溶液為3～4mL、鎂試劑為3mL時, ΔA數值最大且恒定?故選用溴酸鉀溶液3.5mL, 鎂試劑3mL。
(5) 溫度及時間的影響。
實驗發現, 催化反應與非催化反應在室溫下均不發生。低于80℃, 反應進行緩慢;高于80℃時, 催化反應加快進行;溫度在90℃～100℃時, 催化反應效果最佳。故選用90℃作為加熱溫度。在選定溫度下, 反應速度隨時間不斷加快, 在10min～20min之間ΔA與反應時間呈良好線性關系;在20min～30min之間, ΔA基本恒定, 故選用加熱時間為20min。體系以冰水急劇冷卻3min～4min, 反應即可停止, 故采用冰水冷卻4min。
2.2.2 工作曲線
分別取不同量錳標準溶液, 按實驗方法測定ΔA, ΔA值與Mn (II) 含量在0.1～06μg/L范圍內呈良好線性關系, 求得回歸方程為:ΔA=0.174c (μg/L) +0.047, r=09938。按實驗方法測定不加吐溫-80的工作曲線, 其回歸方程為:ΔA=0.045c (μg/L) +0.015, r=0.9972可見, 在非離子表面活性劑吐溫-80存在下, 測定靈敏度提高了3.9倍 (由工作曲線斜率之比求出) 。
2.2.3 精密度與檢出限
按實驗方法平行測定9次, 計算ΔA值相對標準偏差為0.6%, 平行測定空白試液9次, 標準偏差Sbc=3.1×10-3。由于工作曲線斜率為K=0.174L/μg, 計算檢出限為cL=3Sbc/K=5.34×10-11g/m L。
2.2.4 共存離子的影響
對于0.1μgMn2+的測定, 相對誤差<±5%, 共存離子允許的量 (以μg計) 為:5×104倍量的K+、F-, 104倍量的Cl-、NO-3、Na+, 5×103倍量的SO2-4、Sr2+, 103倍量的V (V) 、Tl+、Hg2+、Pb2+、CO2+3、Ni2+, 102倍量的Ba2+、‘Zn2+、Al3+、Fe2+、Br-、I-、Mg2+, 50倍量的Cu2+、Cr3+, 10倍量的Ag+、Fe3+、Cd2+、Co2+。對于一般樣品, 加入0.5%NaF1mL, 即可消除Fe3+的干擾, 表明本法選擇性良好。
2.2.5 樣品分析
綠豆用研缽研碎。稱取綠豆0.5g, 加入混酸消化液 (HNO3∶HClO4=3∶5) 約10mL, 浸泡24h后, 加熱消化, 蒸發近干, 用12mL去離子水分3次趕酸, 蒸發近干, 用去離子水稀釋, 定容至50mL容量瓶中, 搖勻, 取適量按實驗方法測定。
取過濾后渾河水10mL, 加10mL濃HCl, 蓋上表面皿于電熱板上蒸至近干, 加1∶1的H2SO4數滴使殘渣溶解后, 用去離子水稀釋定容至50mL, 搖勻。取適量按實驗方法測定Mn (II) 含量。記錄并分析結果。按上述分析方法進行回收率試驗, 回收率為95%～104%。
3 結語
如果采用流動注射催化光度法測定痕量錳的方法[3], 可以克服常規動力學法中加熱和冷卻時間及溫度等因素的影響, 提高測量方法的精密度和分析速度。該方法快速、簡便靈敏, 應用于水、茶葉、糧食、土壤中痕量錳的測定, 均獲得滿意結果。
總之, 微量元素錳的測量在生產和生活中都有很重要的作用, 不斷提高和研究測量方法有很大的應用價值。催化光度法測定痕量錳的方法各有所長, 只要能有效快速地測量, 就能在實際應用中得到廣泛推廣。
摘要：錳是人體、動物和植物等生命體生存中必需的微量元素, 是食品、藥品、水質、煙草等檢測和分析中重要的測定項目之一, 因此測定痕量錳的靈敏方法的研究和應用受到了高度的重視, 其中催化光度法測定微量錳元素的研究得到了很大的發展。
關鍵詞：催化光度法,錳元素,測定,增敏劑
參考文獻
[1] 劉靖.催化光度法測定生活飲用水中微量錳[J].公共衛生與預防醫學, 2008, 19 (1) .
[2] 莎仁, 張國芳.KIO4-偶氮氯膦mA-鄰菲啰啉體系催化光度法測定痕量錳[J].分析化學, 2006, 34 (6) .
[3] 李華, 張新申, 鄒玉權, 謝永洪.水中痕量Mn (Ⅱ) 的流動注射催化光度法檢測新方法研究[J].光譜學與光譜分析, 2007, 4.