一种长波长吸收比色法检测水环境中痕量Fe制造技术

本发明专利技术涉及一种长波长吸收比色法检测水环境中痕量Fe

A long wavelength absorption colorimetric method for the determination of trace amounts of Fe in water environment

The invention relates to a long wavelength absorption colorimetric method for detecting trace amounts of Fe in water environment

【技术实现步骤摘要】
一种长波长吸收比色法检测水环境中痕量Fe2+的方法
本专利技术属于水环境中痕量Fe2+比色检测领域，特别涉及一种水溶性长波长吸收染料的制备及其比色法检测水环境中痕量Fe2+的方法。
技术介绍
铁是地壳含量第二高的金属元素，也是生物体主要的组成元素之一。以人体为例：成人体内约有4-5克铁，其中72％以血红蛋白、35％以肌红蛋白、0.2以其它化合物形式存在，等等。Fe是生物体中血红蛋白的重要部分，是向细胞生命体提供氧气，并将产生的二氧化碳带出细胞的必要元素之一。铁元素在医药上作抗贫血药、局部收敛剂及补血剂，可用于子宫肌瘤引起的慢性失血；分析试剂及制铁氧体原料；作为饲料添加剂的铁强化剂；农业上可用作农药，能防治小麦黑穗病，苹果和梨的疤痂病、果树的腐烂病；食用级用作营养增补剂，如铁质强化剂、果蔬发色剂。Fe2+与免疫的关系也比较密切，在提高机体的免疫力、增加中性白细胞和吞噬细胞的吞噬功能、和增强机体的抗感染能力的同时，亚铁离子对呼吸道有刺激性，吸入引起咳嗽和气短，对眼睛、皮肤和粘膜有刺激性；误服引起虚弱、腹痛、恶心、便血、肺及肝受损、休克、昏迷等，严重者可致死。因此，Fe2+含量的检测具有重要理论和实践意义。尽管近年来Fe2+的分析手段取得了较大进展，设计并提出了不同的分析方法，如荧光光谱法、液相色谱法、电分析方法等。但是，这些方法中大多数测试过程复杂，包括繁琐的实验程序、样品预处理难，灵敏度及选择性不高，耗时长，所需的仪器价格昂贵等缺点，限制检测方法的实际应用。比色检测的方法，以其实验成本低，操作过程简单，尤其是可以通过裸眼代替复杂昂贵的分析仪器进行检测，已引起国内外越来越多的学者的关注。如宁波大学危晶等人专利技术的“一种快速检测铅离子或者亚铁离子的电增强显色方法及其装置”(专利申请号：2012102048171)；常州钇金环保科技有限公司范义春等人专利技术的“一种快速检测镀锌液中亚铁离子含量的比色方法”(专利申请号：2016103018171)；Laschuk等(MaterDesign,2016,107,18)开发了一种基于TiO2的比色传感材料，裸眼检测Fe2+的检测限可达0.3ppm；等等，充分证明了比色传感器是一类充满希望、方便、实用的Fe2+离子检测方法。为了进一步提高水相中Fe2+比色检测的选择性和灵敏度，消除紫外及短波长可见光背景吸收的干扰，本专利技术设计了一种蓝光吸收染料：3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸，将苯胺和萘生色团通过偶氮基团和氢键双功能基团偶联，集–SO3H,–OHand–N＝N–和氢键等多种活性基团于一体，不仅稳定性大大提高，由于共轭刚性平面的增强，光谱吸收峰明显红移到606nm。对其光谱性能，尤其是对亚铁离子选择性比色传感性能优化的基础上，将所设计的一种蓝光吸收染料：3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸有效地应用到环境水样中痕量Fe2+离子的比色检测上，其他常见的共存离子对Fe2+的比色检测无干扰，检测的线性范围3.0～190×10–7mol/L，相关系数(R)0.995，检测限39nmol/L。
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题是提供一种水溶性长波长吸收染料的制备及其比色法检测水环境中痕量Fe2+的新方法，该方法具有操作简单，选择性好，灵敏度高等优点，可在中性或弱碱性条件下，准确的用于环境水样品中痕量Fe2+的定量测定。一种长波长吸收比色法检测水环境中痕量Fe2+的方法，包括以下操作步骤：1)水溶性显色剂3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸染料的制备分别称量取0.468g4-氨基-1-萘磺酸于50mL圆底烧瓶中，加入5mL水，10mL乙醇和2mLDMF，超声溶解后置于冰水浴中冷却，并加入5滴浓盐酸确保强酸性；缓慢滴加0.152g亚硝酸钠水溶液2mL,并反应30min，冰水浴条件下，加入0.33gN-乙基-N-羟乙基苯胺水溶液5mL，并控制pH为6.6；室温反应2h，抽滤，得粗产物，再经乙醇重结晶3次，得深蓝色晶体；2)水溶性显色剂标准溶液的配制称取上述深蓝色晶体0.01g，溶于100mL双重蒸馏水中，配制成浓度为2.41×10–4mol·L–1的水溶性3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸染料的标准溶液，在4℃下避光保存备用；3)Fe2+标准溶液的配制称取FeSO4·7H2O晶体0.0278g，溶于100mL双重蒸馏水中，配置成浓度为1.0mmolL–1的Fe2+标准溶液，在4℃下保存；4)环境水样的制备随机量取三处环境的水各1000.0mL，分别依次用孔径为4μm的微孔过滤膜过滤除去悬浮固体，再通过减压蒸馏浓缩到10.0mL，得环境水样后，分别标记为水样1、水样2和水样3，室温下保存备用；(5)待测样品中Fe2+浓度的测定向10mL的容量瓶依次加入浓度为2.41×10–4mol/L的水溶性3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸染料标准溶液1.0mL、pH值为9.0的混合磷酸盐缓冲溶液1.0mL和待测样品1.0mL，最后加双重蒸馏水定容至刻度线，摇匀，试剂空白作参比，1cm比色皿，606nm波长处测定溶液的吸光度，计算得待测样品中Fe2+浓度。优选地，所述步骤(1)中的水溶性显色剂3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸染料系通过偶氮基团和氢键的双重作用，将生色团苯胺和萘基团偶联起来，不仅具有刚性平面结构，共轭强度大，稳定性也大大提高。优选地，所述步骤1)中的显色剂4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料在606nm处有强吸收，吸光系数3.92×104L·mol-1·cm-1。优选地，所述步骤1)中的水溶性显色剂3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸染料是在冰水浴(0～5℃)条件下，以对4-氨基-1-萘磺酸、N-乙基-N-羟乙基苯胺和亚硝酸钠为原料，搅拌反应2h制得。优选地，所述步骤1)中的显色剂4-(4-羟基-1-萘基偶氮)苯磺酸比色染料是经减压抽滤、洗涤，得粗产品，再用乙醇重结晶2次提纯。本专利技术从反应原理入手，讨论了体系的溶剂效应、pH值、离子强度、反应时间及共存物质的干扰等影响因素，确定了最佳测试条件：指示剂浓度为2.41×10-5mol/L，pH值为9.0的混合磷酸盐缓冲溶液测试的灵敏度最高。最佳测试条件下，本方法能排除其他常见共存离子对Fe2+比色检测的干扰，采用UV分析仪，甚至裸眼即可对Fe3+检测，检测的线性范围3.0～190×10–7mol/L，相关系数(R)0.9952，检测限39nmol/L，样品中Fe2+回收率98.7％～101.5％之间，相对误差(RSD)小于3.1％。本专利技术的有益效果，在中性或弱碱性pH条件下即时对水环境中痕量Fe2+的比色分析检测，显色剂的水溶解性好、稳定性高，吸光系数大，因此对痕量Fe2+的比色检测灵敏度高，重现性好，同时该方法使用的波长为606nm长波长的可见光，可有效减少背景干扰吸收的同时，对有机体无伤害，有望用于生物免疫分析、检测等领域。附图说明图1为水溶性3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸染料合成路线；图2为水溶性3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸染料与Fe2+作用机理；图3为不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长波长吸收比色法检测水环境中痕量Fe

【技术特征摘要】
1.一种长波长吸收比色法检测水环境中痕量Fe2+的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：1)水溶性显色剂3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸染料的制备分别称量取0.468g4-氨基-1-萘磺酸于50mL圆底烧瓶中，加入5mL水，10mL乙醇和2mLDMF，超声溶解后置于冰水浴中冷却，并加入5滴浓盐酸确保强酸性；缓慢滴加0.152g亚硝酸钠水溶液2mL,并反应30min，冰水浴条件下，加入0.33gN-乙基-N-羟乙基苯胺水溶液5mL，并控制pH为6.6；室温反应2h，抽滤，得粗产物，再经乙醇重结晶3次，得深蓝色晶体；2)水溶性显色剂标准溶液的配制称取上述深蓝色晶体0.01g，溶于100mL双重蒸馏水中，配制成浓度为2.41×10–4mol·L–1的水溶性3-羟基-4-(N-乙基-N-羟乙基苯基偶氮)萘磺酸染料的标准溶液，在4℃下避光保存备用；3)Fe2+标准溶液的配制称取FeSO4·7H2O晶体0.0278g，溶于100mL双重蒸馏水中，配置成浓度为1.0mmolL–1的Fe2+标准溶液，在4℃下保存；4)环境水样的制备随机量取三处环境的水各1000.0mL，分别依次用孔径为4μm的微孔过滤膜过滤除去悬浮固体，再通过减压蒸馏浓缩到10.0mL，得环境水样后，分别标记为水样1、水样2和水样3，室温下保存备用；(5)待测样品中Fe2+浓度的测定向10mL的容量瓶依次加入浓度为2.41×10–4mol/L的水溶性3-羟基-4-(N-乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡蕾，严正权，李元臻，高原，文佳慧，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37