锰是人体、动物和植物等生命体生存中必需的微量元素, 是食品、药品、水质、烟草等检测和分析中重要的测定项目之一, 因此测定痕量锰的灵敏方法的研究和应用受到了高度的重视。其中催化光度法测定微量锰元素的研究得到了很大的发展, 已得到验证并广泛应用的有:反相停留流动注射催化光度法、碱性品红-溴酸钾体系催化动力学光度法、双波长催化动力学光度法、流动注射催化光度法、双波长双指示剂催化动力学光度法、高碘酸钾氧化酸性铬蓝K催化光度法、溴酸钾氧化亮绿SF催化光度法、过硫酸铵氧化邻甲氧基酚催化光度法、二溴羧基偶氮胂催化光度法等。
1 微量锰元素对生物体的重要性
1.1 对人体的重要性
锰被确定为人类必需微量元素约有60多年的历史。在体内含量很少, 但起着非常重要的作用。目前, 已知锰参与多种酶的组成, 影响酶的活性。体外实验证明有上百种酶可由锰激活, 有水解酶、脱羧酶、激酶、转移酶、肽酶等等。锰在人体内的作用主要有以下4点。
(1) 抗衰老:人体中有一种超氧化物歧化酶 (SOD) , 它是人体寿命决定因子中最重要的保护酶, 而超氧化物歧化酶必须在锰离子的催化下才能发挥作用。人的衰老很重要的原因是抗氧化作用随着年龄的增长而不断地下降。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, 减轻自由基对人体的侵害, 防止脂质过度氧化, 而起到抗氧化、防衰老的作用。若缺乏锰, 则人体抗氧化能力降低, 使衰老加快从而导致老年女性视力下降、牙齿脱落、头发变白等。另外甲状腺素的酶的催化过程, 只有锰参与才能发挥其正常作用。核酸聚合酶要促进细胞的增殖、蛋白质的分解合成。同样也需要锰的参与, 缺锰会减慢细胞的代谢, 加速人的衰老。
(2) 能防止骨质疏松症和骨折:锰对减少骨流失和防止骨质疏松症、骨折等方面作用明显。这是因锰可活化硫酸软骨素合成的酶系统, 有促进骨质合成的作用。倘若人体内缺锰, 则骨的合成受到抑制, 时间长了必会造成软骨发育不良、骨关节畸形、骨孔增加、骨质硬度下降等症状, 韧性减低等症状, 骨质疏松等症状, 并易于骨折。有资料显示女性比男性患骨质疏松症者多20%。
(3) 锰在人体新陈代谢过程中起着一定的作用:锰参与人体蛋白质的代谢, 并和蛋白质的合成有密切的关系, 它能提高蛋白质在人体内的吸收利用率。锰还能促进胆固醇在人体内的合成, 具有激活体内的多糖聚合酶和半乳糖转移酶的作用, 对老年女性朋友的健康是十分有益的。
(4) 锰有防贫血的作用:锰对人体造血系统的功能有一定的影响, 有的女性朋友贫血不是由于缺铁而是由于缺锰, 所以补铁不起作用, 只有补锰才能治好。除此以外, 锰对人体脑和中枢神经系统的工作也很重要, 一旦缺锰, 尤其是老年女性, 往往会出现反应迟钝, 记忆力下降等症状。
1.2 对动物的重要性
(1) 对禽类的重要性:锰在禽体内主要存在于血液和肝脏中, 其他器官及皮肤、肌肉、骨骼中含量极少。它是精氨酸酶的成分, 又是肠肽酶、羧化酶、ATP酶等的激活剂, 参与碳水化合物、蛋白质和脂肪的代谢。
(2) 对兽类的重要性:微量元素锰对兽的主要营养作用是在碳水化合物、脂类和蛋白质代谢中作为酶活化因子或组成成分。繁殖母兽缺锰不发情或发情周期紊乱, 泌乳减少, 胎儿存活率下降, 产仔虚弱, 运动失调, 骨骼生长异常。
1.3 锰对植物的重要性
(1) 锰在植物体内主要作为某些酶的活化剂参与氧化作用而参加氮及无机酸的代谢、二氧化碳的同化、碳水化合物的分解、胡萝卜素、核黄素、VC的合成等。由于锰能从正2价变到正7价, 所以它可与铁一起调节植物体内的氧化还原作用。锰也在光合磷酸化以及二氧化碳、硝酸盐、硫酸盐的还原反应中起作用。
(2) 在光合电子传递中, 锰参与水的光解作用。锰在希尔反应中起作用, 它维护叶绿体膜结构, 参与叶绿体光系统中电子转移。水的光解需要锰和氯离子, 产生氢离子、氧和电子。
(3) 锰与呼吸作用和硝酸还原作用等有关, 它是硝酸还原酶和羟胺还原酶的成分。锰是RNA聚合酶和二肽酶的活化剂, 与氮的同化关系密切, 缺锰会抑制蛋白质的合成, 造成硝酸盐的积累。
2 催化光度法测定微量元素锰中的增敏剂应用
催化光度法测定锰时经常以表面活性剂为增敏剂, 表面活性剂具有增溶、增敏等性质。实验表明, 应用非离子表面活性剂为增敏剂时具有显著的增敏效应。而且反应重现性好, 用于测定水样、豆样中锰的含量[1], 结果满意。
2.1 实验部分
(1) 试剂与仪器。
锰标准溶液:1mg/mL, 准确称取分析纯硫酸锰 (Mn SO4·H2O) 0.7 6 9 0 g, 定容至250mL, 即为1mg/mL贮备液。工作液临用时由此溶液稀释而得。KBr O3溶液:1.0×1 0-3m o l/L。镁试剂:6.4×10-3mol/L (0.5mol/L的醋酸溶液) 。HAc-NaAc缓冲溶液:pH4.5, 称取Na Ac30g溶于30mLHAc中, 定容于500mL容量瓶中。吐温-80溶液。以上试剂均为分析纯, 实验用水为去离子水[2]。721型分光光度计 (上海第三分析仪器厂) ;501型超级恒温槽 (上海实验仪器厂) 。
(2) 实验方法。
取25mL容量瓶2个, 其中之一加入一定量锰标准溶液。分别加入镁试剂3mL、KBrO3熔冶3.5mL、HAc-NaAc缓冲溶液3mL和吐温-80溶液0.5mL, 定容摇匀。将容量瓶置于90℃恒温水浴中加热20min, 取出置于冰水中冷却4min, 在波长540nm处, 用1cm比色皿, 以水为参比测定其吸光度, 吸光度分别为A、A0, 计算ΔA=A0-A。
2.2 结果与计论
2.2.1 反应条件的选择
(1) 吸收曲线。
按实验方法制作含锰 (II) 和无锰 (II) 试液, 测定其吸光度并记录结果。两种试液的吸收曲线最大波长均在540nm处, 故选定540nm作为测定波长。
(2) 表面活性剂的影响。
分别实验了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠 (SDBS) 、十二烷基硫酸钠 (SDS) , 阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵 (C T M A B) 、十六烷基三甲基氯化铵 (CTMAC) , 非离子表面活性剂乳化剂OP。吐温-80及两性表面活性剂甜菜碱对反应的影响。实验表明, 只有非离子表面活性剂有增敏作用, 吸光度明显降低, 其中吐温-80效果最好, 选用0.5mL吐温-80, 体系ΔA数值最大, 且重现性较好。
(3) 酸度的影响。
实验选用醋酸-醋酸钠缓冲体系来控制酸度, 分别试验了醋酸-醋酸钠缓冲体系不同的pH值, 发现当醋酸-醋酸钠缓冲溶液pH值为4.5时对ΔA的影响较为平稳, 加入缓冲溶液2mL～4mL时, A、A0、ΔA数值最大且恒定, 故选用醋酸-醋酸钠缓冲体系 (pH4.5) 3mL。
(4) 试剂用量的影响。
实验表明, 溴酸钾溶液为3～4mL、镁试剂为3mL时, ΔA数值最大且恒定?故选用溴酸钾溶液3.5mL, 镁试剂3mL。
(5) 温度及时间的影响。
实验发现, 催化反应与非催化反应在室温下均不发生。低于80℃, 反应进行缓慢;高于80℃时, 催化反应加快进行;温度在90℃～100℃时, 催化反应效果最佳。故选用90℃作为加热温度。在选定温度下, 反应速度随时间不断加快, 在10min～20min之间ΔA与反应时间呈良好线性关系;在20min～30min之间, ΔA基本恒定, 故选用加热时间为20min。体系以冰水急剧冷却3min～4min, 反应即可停止, 故采用冰水冷却4min。
2.2.2 工作曲线
分别取不同量锰标准溶液, 按实验方法测定ΔA, ΔA值与Mn (II) 含量在0.1～06μg/L范围内呈良好线性关系, 求得回归方程为:ΔA=0.174c (μg/L) +0.047, r=09938。按实验方法测定不加吐温-80的工作曲线, 其回归方程为:ΔA=0.045c (μg/L) +0.015, r=0.9972可见, 在非离子表面活性剂吐温-80存在下, 测定灵敏度提高了3.9倍 (由工作曲线斜率之比求出) 。
2.2.3 精密度与检出限
按实验方法平行测定9次, 计算ΔA值相对标准偏差为0.6%, 平行测定空白试液9次, 标准偏差Sbc=3.1×10-3。由于工作曲线斜率为K=0.174L/μg, 计算检出限为cL=3Sbc/K=5.34×10-11g/m L。
2.2.4 共存离子的影响
对于0.1μgMn2+的测定, 相对误差<±5%, 共存离子允许的量 (以μg计) 为: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+。对于一般样品, 加入0.5%NaF1mL, 即可消除Fe3+的干扰, 表明本法选择性良好。
2.2.5 样品分析
绿豆用研钵研碎。称取绿豆0.5g, 加入混酸消化液 (HNO3∶HClO4=3∶5) 约10mL, 浸泡24h后, 加热消化, 蒸发近干, 用12mL去离子水分3次赶酸, 蒸发近干, 用去离子水稀释, 定容至50mL容量瓶中, 摇匀, 取适量按实验方法测定。
取过滤后浑河水10mL, 加10mL浓HCl, 盖上表面皿于电热板上蒸至近干, 加1∶1的H2SO4数滴使残渣溶解后, 用去离子水稀释定容至50mL, 摇匀。取适量按实验方法测定Mn (II) 含量。记录并分析结果。按上述分析方法进行回收率试验, 回收率为95%～104%。
3 结语
如果采用流动注射催化光度法测定痕量锰的方法[3], 可以克服常规动力学法中加热和冷却时间及温度等因素的影响, 提高测量方法的精密度和分析速度。该方法快速、简便灵敏, 应用于水、茶叶、粮食、土壤中痕量锰的测定, 均获得满意结果。
总之, 微量元素锰的测量在生产和生活中都有很重要的作用, 不断提高和研究测量方法有很大的应用价值。催化光度法测定痕量锰的方法各有所长, 只要能有效快速地测量, 就能在实际应用中得到广泛推广。
摘要：锰是人体、动物和植物等生命体生存中必需的微量元素, 是食品、药品、水质、烟草等检测和分析中重要的测定项目之一, 因此测定痕量锰的灵敏方法的研究和应用受到了高度的重视, 其中催化光度法测定微量锰元素的研究得到了很大的发展。
关键词：催化光度法,锰元素,测定,增敏剂
参考文献
[1] 刘靖.催化光度法测定生活饮用水中微量锰[J].公共卫生与预防医学, 2008, 19 (1) .
[2] 莎仁, 张国芳.KIO4-偶氮氯膦mA-邻菲啰啉体系催化光度法测定痕量锰[J].分析化学, 2006, 34 (6) .
[3] 李华, 张新申, 邹玉权, 谢永洪.水中痕量Mn (Ⅱ) 的流动注射催化光度法检测新方法研究[J].光谱学与光谱分析, 2007, 4.