高效毛細(xì)管電泳-非接觸式電導(dǎo)檢測法的應(yīng)用

1、高效毛細(xì)管電泳-非接觸式電導(dǎo)檢測法的應(yīng)用 瓶裝礦泉水中Cl-、NO3-、SO42-的分離檢測摘要 本實(shí)驗(yàn)采用毛細(xì)管電泳非接觸式電導(dǎo)檢測法，以 8mmolL-1 Tris 和 6mmolL-1 酒石酸為電泳運(yùn)行液，分離電壓為+15 kV，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，對瓶裝礦泉水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+四種陽離子同時(shí)進(jìn)行直接分離和檢測。實(shí)驗(yàn)測得逸仙泉礦泉水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+的含量分別為2.78mg·L1 、2.80mg·L-1 、2.59mg·L-1 、0. 994mg·L-1，除Mg2+外，均在與廠家提供的含量范圍內(nèi)。關(guān)鍵詞 高效毛細(xì)管電泳

2、電導(dǎo)檢測法 礦泉水 分離檢測 標(biāo)準(zhǔn)加入法 1 引言鉀、鈣、鈉、鎂是人體內(nèi)重要的無機(jī)陽離子，這些離子含量的高低直接影響人體的生理功能。鎂是人體細(xì)胞內(nèi)的主要陽離子，濃集于腺粒體中，是體內(nèi)多種細(xì)胞基本生化反應(yīng)的必需物質(zhì)，在神經(jīng)肌肉的機(jī)能正常運(yùn)作、血糖轉(zhuǎn)化等過程中扮演著重要角色。鉀在人體內(nèi)的主要作用是維持酸堿平衡，參與能量代謝以及維持神經(jīng)肌肉的正常功能。人體中的鈣元素主要以羥羥基磷酸鈣晶體的形式存在于骨骼和牙齒中。鈉是細(xì)胞外液中帶正電的主要離子，參于水的代謝，保證體內(nèi)水的平衡，調(diào)節(jié)體內(nèi)水分與滲透壓，此外，糖代謝、氧的利用、維持正常血壓也需有鈉的參與。礦物質(zhì)水中這些離子含量的高低決定了水質(zhì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

3、因此，研究快速分離測定這些離子的含量很有實(shí)際的意義。測定鉀離子含量的實(shí)驗(yàn)方法有四苯硼鉀重量法1、連續(xù)流動(dòng)分析法2、原子吸收法3等，測定鈣離子含量的方法有均相沉淀法4、雙氧水法4、鈣色素法4、EDTA法6、ICPAES法7 、高錳酸鉀法5等，鎂離子的含量可通過EDTA法8測定。不過以上方法均只能測定一種離子的含量，無法同時(shí)分離測定多種離子的含量。本實(shí)驗(yàn)采用毛細(xì)管電泳非接觸式電導(dǎo)檢測法，可以同時(shí)對K+、Na+、Ca2+、Mg2+四種陽離子同時(shí)進(jìn)行直接分離并且檢測含量，相比已有的實(shí)驗(yàn)方法，本實(shí)驗(yàn)具有靈敏度高，操作簡便，而且可以同時(shí)測定四種不同離子的含量，離子之間不存在相互干擾，極大地提高了實(shí)驗(yàn)效率，

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意。 2 實(shí)驗(yàn)部分2.1儀器試劑儀器CES2008 毛細(xì)管電泳儀（中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院研制）；非接觸式電導(dǎo)檢測池，熔融石英毛細(xì)管（50 cm×50 m）。超聲波清洗器；微量移液器。2.2.2試劑（1）0.1mol·L-1 NaOH溶液；0.1 mol·L-1酒石酸溶液；0.1mol·L-1三羥甲基氨基甲烷（Tris）溶液。（2）電泳運(yùn)行液：移取 8 mL 0.1 mol·L-1 Tris 溶液、6 mL 0.1 mol·L-1酒石酸溶液于 100 mL容量瓶中，加超純水定容至刻度。（實(shí)驗(yàn)室制備）（3）1.0

5、5;10-4mol·L-1 K+、Na+、Ca2+、Mg2+單一標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別稱取相應(yīng)量的K+、Na+、Ca2+、Mg2+的氯化物于塑料燒杯中，用超純水溶解和定容后儲(chǔ)存在 100 mL聚乙烯塑料瓶中備用。（實(shí)驗(yàn)室提供）（4）1.0×10-4mol·L-1 K+、Na+、Ca2+、Mg2+混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。（5）樣品：本實(shí)驗(yàn)采用“中大逸仙泉礦泉水”。進(jìn)樣前稀釋 30 倍。2.2實(shí)驗(yàn)步驟準(zhǔn)備（1） 將電導(dǎo)檢測池的工作電極、輔助電極和高壓地電極與電泳平臺(tái)上的接線端正確聯(lián)接。依次打開計(jì)算機(jī)，檢測器（檢測方式設(shè)為非接觸式電導(dǎo)檢測）和高壓電源（“進(jìn)樣/分離”按鈕處于“進(jìn)樣”位置，

6、電壓極性設(shè)定為正高壓）的電源開關(guān)。檢測器預(yù)熱30 min。雙擊Windows 桌面上的“CES2003”圖標(biāo)，待出現(xiàn)“毛細(xì)管電泳數(shù)據(jù)工作站 CES2003”界面后，點(diǎn)擊工具欄中的“設(shè)置”圖標(biāo)，在彈出的對話框中對參數(shù)作如下設(shè)置速率：5；增益：25；補(bǔ)償：（省缺值）點(diǎn)擊“確認(rèn)”，設(shè)置完畢，準(zhǔn)備進(jìn)行樣品測試工作。（2）在進(jìn)樣端儲(chǔ)液瓶和檢測端儲(chǔ)液池中各加入約 2/3體積的電泳運(yùn)行液。毛細(xì)管柱依次用 0.1 molL-1 NaOH、超純水和運(yùn)行液各沖洗約 2 min。將毛細(xì)管柱的一端插入進(jìn)樣端儲(chǔ)瓶中，另一端插入檢測端儲(chǔ)液池中，與電泳運(yùn)行液保持接觸。將高壓電源的“分離/進(jìn)樣”按鈕按向“分離”位置。設(shè)定“分

7、離電壓”值為+15 kV ,（由低到高，用“分離電壓”旋鈕調(diào)節(jié)到該電壓值），這時(shí)可觀察到電泳電流值顯示為 2.5 A左右。點(diǎn)擊“毛細(xì)管電泳數(shù)據(jù)工作站”工具欄中的“背景”圖標(biāo)，背景測試完畢后彈出一個(gè)結(jié)果框顯示當(dāng)前的背景值，按“確認(rèn)”鍵后該值自動(dòng)作為“參數(shù)設(shè)置”中的“補(bǔ)償”值，進(jìn)行背景扣除。點(diǎn)擊工具欄中的“啟動(dòng)”圖標(biāo)，這時(shí)記錄開始，可觀察到屏幕上顯示出基線。待基線穩(wěn)定后（一般需要 10min），停止記錄，并將“分離/進(jìn)樣”按鈕按向“進(jìn)樣”位置，準(zhǔn)備進(jìn)樣測量。測量（1）樣品：吸取 3.00 mL 超純水于一個(gè)干凈的進(jìn)樣瓶中，再用微量移液管移取 100L 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液加入其中，輕輕搖勻。（2）進(jìn)樣：取

8、下儲(chǔ)液瓶，換上盛有樣品的進(jìn)樣瓶，采用電動(dòng)進(jìn)樣方式，按照設(shè)定的進(jìn)樣參數(shù)（進(jìn)樣電壓+9.0 kV，時(shí)間為 5s）進(jìn)樣。進(jìn)樣結(jié)束后，取下進(jìn)樣瓶，換回儲(chǔ)液瓶。（3）分離：將高壓電源的“分離/進(jìn)樣”按鈕按向“分離”位置。點(diǎn)擊工具欄中的“啟動(dòng)”圖標(biāo)，開始記錄電泳譜圖。待K+、Na+、Ca2+、Mg2+的電泳峰和水峰出現(xiàn)后再運(yùn)行 2 min（共約 8 min），點(diǎn)擊工具欄中的“停止”圖標(biāo)，停止記錄。隨后將高壓電源的“分離/進(jìn)樣”按鈕按向“進(jìn)樣”位置。點(diǎn)擊工具欄中的“峰高”圖標(biāo)，可自動(dòng)給出電泳峰的“遷移時(shí)間”和“峰高”等數(shù)據(jù)（也可手動(dòng)測量）。點(diǎn)擊“保存”圖標(biāo)可將電泳圖譜保存在指定的目錄下。（4）鑒定：用微量移

9、液管逐次移取 100L K+、Na+、Ca2+、Mg2+單一標(biāo)準(zhǔn)溶液于原含有混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的進(jìn)樣瓶中，按照（2）和（3）的操作步驟，觀察峰高變化情況，確定各個(gè)電泳峰所對應(yīng)的離子組分。（5）測量：吸取 3.00 mL水樣于進(jìn)樣瓶中，按（2）和（3）的操作步驟，分別記錄K+、Na+、Ca2+、Mg2+離子的峰高；用標(biāo)準(zhǔn)加入法（各加入100L單一標(biāo)準(zhǔn)溶液到測試樣品溶液中）測定水樣中K+、Na+、Ca2+、Mg2+離子的含量。表1：毛細(xì)管電泳儀工作條件速率增益補(bǔ)償分離電壓/kV工作電流/A進(jìn)樣電壓/kV進(jìn)樣時(shí)間/s525省缺值+152.5+9.053 實(shí)驗(yàn)測量與討論3.1 樣品及加入單一標(biāo)準(zhǔn)溶液后樣品的

10、譜圖4321圖1 逸仙泉礦泉水樣品的譜圖加入K+標(biāo)準(zhǔn)溶液后，峰1變高增寬峰2、3、4基本沒有變化圖2 樣品加K+單一標(biāo)準(zhǔn)溶液的譜圖峰1、3、4基本沒有變化加入Na+標(biāo)準(zhǔn)溶液后，峰2變高增寬圖3 樣品加Na+單一標(biāo)準(zhǔn)溶液的譜圖加入Mg2+標(biāo)準(zhǔn)溶液后，峰3變高增寬峰1、2、4基本沒有變化 圖4 樣品加Mg2+單一標(biāo)準(zhǔn)溶液的譜圖加入Ca2+標(biāo)準(zhǔn)溶液后，峰4變高增寬峰1、2、3基本沒有變化圖5 樣品加Ca2+單一標(biāo)準(zhǔn)溶液的譜圖3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表2 K+、Na+、Ca2+、Mg2+離子混合溶液的HPCEC4D分離檢測結(jié)果電泳峰序號遷移時(shí)間/min鑒定離子11:50K+22:40 Na+33:00 M

11、g2+43:32 Ca2+在毛細(xì)管電泳儀上可讀出峰面積數(shù)據(jù)，將各譜圖中峰面積數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，據(jù)公式：= 其中： C2= 可得： C1= 代入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可求得C1 ，計(jì)算結(jié)果列于表3： 表3：瓶裝水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+的HPCEC4D分離檢測結(jié)果離子K+Ca2+Na+Mg2+樣品（峰高）S123034002392166樣品+標(biāo)準(zhǔn)（峰高）S253609844215569標(biāo)準(zhǔn)濃度C0/mol·L-11.0×10-41.0×10-41.0×10-41.0×10-4樣品體積V1/L3.00×10-33.00×10-33.00

12、×10-33.00×10-3標(biāo)準(zhǔn)體積V2/L1.00×10-41.00×10-41.00×10-41.00×10-4離子濃度C1/ mol·L-12.37×10-62.16×10-64.06×10-61.31×10-6測定結(jié)果C/mg·L-10.09250.08650.09340.0865水樣品含量/ mg·L-12.782.592.800.944逸仙泉含量/mg·L-11.0-4.00.51-18.90 2.0-7.250.15-0.45注： C=C1&

13、#215;M×1000mg/g 3.3 實(shí)驗(yàn)討論 實(shí)驗(yàn)過程中，譜圖的基線不平，成一斜線，說明外界環(huán)境因素對實(shí)驗(yàn)有較大的影響。由于儀器靈敏度較高，實(shí)驗(yàn)操作過程中須嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)室的濕度、溫度、風(fēng)向等因素的影響。在加入單一標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，必須重復(fù)除背景和走基線的操作，盡可能減少測量中可能存在的干擾。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)測得逸仙泉瓶裝水中K+、Ca2+、Na+、Mg2+的濃度分別為2.78 mg·L-1、2.59 mg·L-1、2.80 mg·L-1、0.944 mg·L-1，除Mg2+外，均在與廠家提供的含量范圍內(nèi)。高效毛細(xì)管電泳法儀器簡單、自動(dòng)化程度高；分

14、析速度快、分離效率高；操作方便、消耗少；可以廣泛應(yīng)用于各種溶液中離子的分離鑒定。參考文獻(xiàn)1 張志韋,福廣,莫曉玲.有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥中總鉀含量測定方法的探討. 化工技術(shù)與開發(fā),2009,2:28-30 2賴偉玲.影響連續(xù)流動(dòng)分析法測定煙草鉀含量的因素. 閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,10(4):124-1253胡曉航等.甜菜塊根中鉀含量測定的不同方法比較. 中國糖料,2008,2:40-41,48AES6鄔偉英.用EDTA法測定輕質(zhì)碳酸鈣主含量.黑龍江造紙,2003,31(2):29-297陸軍,龍如成,程曉舫.ICPAES法測定高碳鋼線材中鈣含量. 金屬制品.2008,34(4): 51-5

15、2,56,2003,18(1):41-41思考題1. 影響K+、Na+、Ca2+、Mg2+的電泳出峰順序（遷移時(shí)間）的因素是什么？答：根據(jù)遷移速度公式 其中，為離子的表觀液態(tài)動(dòng)力學(xué)半徑； 介質(zhì)的粘度，則影響各陽離子的遷移時(shí)間與電荷、電場強(qiáng)度、離子的表觀液態(tài)動(dòng)力學(xué)半徑和介質(zhì)的粘度有關(guān)。2. 水峰為何出現(xiàn)在K、Na+、Ca2+、Mg2+的電泳峰之后，且為負(fù)峰（道峰）？答：水是中性分子，在高壓電流下即電場中不受到電場力的作用，所以要比點(diǎn)電荷的陽離子慢，所以在K、Na+、Ca2+、Mg2+之后。水峰吸收值比背景溶液本身要低，故出現(xiàn)負(fù)峰 。3. 檸檬酸起何作用？是否會(huì)影響其它陽離子的電泳峰？答：1）檸檬酸與三羥甲基氨基甲烷（Tis）組成了一對緩沖溶液可以使離子的分離達(dá)到好的效果。2）不會(huì)。檸檬酸根是負(fù)離子，與陽離子運(yùn)動(dòng)方向相反，到最后才分離出來。4. 什么是電滲流？本實(shí)驗(yàn)中的水峰為何可作為電滲流的標(biāo)志？答：電滲流是指在高壓電場下,一定pH值(大于3.0)的緩沖溶液由正極向負(fù)極移動(dòng)的過程。水是不帶電的物質(zhì)，而水有流動(dòng)的特性，不會(huì)在電場中如陽離子定向移動(dòng)，如果現(xiàn)在假設(shè)有水峰出現(xiàn)，說明已經(jīng)發(fā)生了電滲流。5. 高效毛細(xì)管電