专利名称：：采用硒金属化合物测试总硒含量的方法
技术领域：
：本发明涉及一种电化学测试方法，特别是采用硒金属化合物测试总硒含量的方法；属于分析化学领域，特别是电化学分析溶出伏安法
技术领域：
。
背景技术：
：硒位于化学元素周期表第34位，是微量元素。据世界卫生组织公布的资料，全球有40多个国家属于低硒和缺硒地区，中国调査表明有72%的县(市)属低硒或缺硒地区，只有湖北恩施、陕西紫阳、安徽石台、贵州风冈、江西丰城等地为富硒地区。硒是在1817年被瑞典学要m艰田li浙/T1—。l;"cA始柳並^s"々^rRd"HIF诚i、14i县一站害妾田4——此今736萏的始物旦邻家畜硒中毒。到20世纪50年代中期，学者克莱伊达(claytan)，在重复硒毒性实验时发现，硒可以抑制二甲基偶氮苯的致癌作用，学者施瓦茨(schwarz)发现微量亚硒酸钠可作为抵抗大鼠肝坏死的保护剂，并确认硒是一种保护因子。世界卫生组织和国际营养组织在1973年确认硒为人和动物体内必需的微量元素，有抗氧和促进糖分代谢功能，可降低血糖和尿糖，有延缓衰老和防治心脑血管疾病功能，在有些缺硒地区，人体缺硒影响骺板软骨变形患大骨节病；但同时指出，硒在人体等生物体中有益含量与中毒含量之间的范围很窄，摄入过量的硒能蓄积体内造成硒中毒，引起头痛、食欲不振、肝功能异常、自主神经功能紊乱、龋齿发病率升高，甚至诱发染色体畸变和导致细胞癌变等硒中毒危害。所以适量地摄取微量元素硒，防止硒过量和硒中毒至关重要。众所周知，硒可以分为有机硒和无机硒二种。有机硒有多种形式存在；无机硒有六价硒Se"、四价硒Se"、零价硒Se"和负二价硒Se—2等四种化合价形态;六价硒Se^如硒酸(H2Se04)，四价硒Se"如亚硒酸(H2Se03)和亚硒酸钠(Na2Se03)，一般能溶于水，可以以水溶液硒的形态存在；零价硒Se^为游离态，如硒粉(Se);负二价硒Se^有二种形态，一种是硒与非金属形成的气态化合物，如硒化氢(H2Se)。一种是硒与金属形成的不溶于水的化合物，也称硒金属化合物，如硒化铅(PbSe)、硒化银(Ag2Se)、晒化铜(CuSe)、硒化锌(ZnSe)、硒化铁(FeSe)、硒化镉(CdSe)等。众所周知，在测试样品中总硒含量时，必须经过前处理过程，就是把样品中各种形态的有机硒和无机硒用强酸消化(氧化)成含有六价硒Se^和四价硒Se"的水溶液硒的形态，才能进行下一步的样品总硒含量的测试。据申请人所知，目前通常测试总硒含量的方法有二种，一是荧光法，二是光谱法。它们都要经过一个中间环节，即把水溶液硒中的六价硒SeW和四价硒Se"进行转化或还原，转变成硒的另外一种形式，通过测试这一种形式的晒，就可作为测试水溶液硒中的总硒含量的途经。选择不同的中间环节，通过的途经不同，作为测试用的硒的形式也不一样。荧光法测试总硒含量的原理是，先把水溶液硒中的六价硒Se"用盐酸还原成四价硒Se",再利用2，3-二氨基萘在pH1.5~2.0溶液中的性质，选择性地与四价晒Se"离子反应生成4，5-苯并苤硒脑绿色荧光物质，被环己垸萃取，所产生的荧光强度与四价硒含量成正比，用荧光分光光度计或荧光光度计测试绿色荧光物质的荧光强度得出总硒含量；该方法具体内容可参阅中华人民共和国国家标准《水质硒的测定2,3-二氨基萘荧光法》GB11902-1989;该方法测试总硒含量的中间环节是，通过测量绿色荧光物质~~4，5-苯并苤硒脑——作为测试总硒含量的途经。光谱法测试总硒含量的原理是，把六价硒Se^和四价硒SeW通过氢化物发生器，用强还原剂(如硼氢化钠或硼氢化钾)还原成硒与非金属的化合物——硒化氢(H2Se)气体，再用原子吸收光谱法或原子荧光光谱法测试硒化氢气体得出总硒含量；该方法具体内容可参阅中华人民共和国卫生行业标准《尿中硒的氢化物发生-原子吸收光谱测定方法》WS/T47-1996和中华人民共和国国家标准《氢化物发生-原子荧光光谱法测定硒含量》GB/T20127.102006等资料；该方法测试总硒含量的中间环节是，通过测量硒与非金属形成的化合物——硒化氢(H2Se)气体——作为测试总硒含量的途经。这二种方法共同存在的问题是，测试总硒含量的中间环节，要使用毒性较大的物质(如2，3-二氨基萘，硼氢化钠或硼氢化钾)等进行转化或还原，来作为测试途经。设备密闭性及通风条件要求较高，转化或还原时存在样品损失，另外还有测试步骤多、操作复杂难度高、干扰大、成本高等问题，使这二种方法的普及推广应用受到一定限制。另外，据申请人所知，此前应用电化学分析方法测试硒的主要研究方向是使用汞电极作为工作电极的极谱法，所依据的理论是汞能够与六价硒Se^和四价硒Se"形成汞齐(束齐也称汞合金，是汞与一种或几种其他金属所形成的共熔混合物)，在一定扫描方式下测量溶出电流在峰位电压区间上的电流峰值来完成测试。由于六价硒Se"和四价硒Se"二个化合价在汞电极上呈现二个溶出电流峰值，扫描曲线常常出现分叉，或出现二个叠加在一起的分裂峰，无法分辨且相互干扰影响，给测试研究带来很大困难，目前在这方面的研究没有进展，这部分内容参阅《阴极溶出伏安法测定硒酵母中微量硒》广东微量元素科学2001年11期。
发明内容本发明的目的是，针对现有的荧光法和光谱法测试总硒含量方法存在的问题进行改进，提出并设计采用硒金属化合物作为中间环节的测试途经来测试总硒含量的方法，其是采用通过测量硒金属化合物的量值的方法来测试总硒含量的一种电化学分析测试方法。4本发明的技术解决方案是，基于电化学分析溶出伏安法，其特征在于，由参比电极、辅助电极和用固体金属电极作为工作电极的三电极与电解池组成测试系统；把含有六价硒Se"和四价硒Se"的水溶液被测样品倒入装有支持电解质的电解池中混合，插入三电极使测试系统工作，测试过程分为还原反应阶段和扫描溶出阶段；在还原反应阶段，开启搅拌器加快还原反应速度，并使溶液混合均匀；在规定的电化学条件下，使工作电极的电压为负值，由工作电极的电流提供还原反应所需的电子，使六价硒Se^和四价硒Se"在工作电极表面分别获得不同电子数，经过一定时间后还原反应完成，结果是电解池中的六价硒Se^和四价硒Se44最终在工作电极表面被还原成负二价硒S^形态的硒金属化合物；在扫描溶出阶段，停搅拌器，把已完成还原反应过程的三电极插入碱性支持电解质中，对工作电极表面的硒金属化合物进行溶出伏安法扫描；扫描过程中，工作电极表面的硒金属化合物在固定的峰位电压区间范围内产生溶出电流，因溶出电流的量值与硒金属化合物的量值线性相关，由硒金属化合物的量值与被测试水溶液样品中的总硒含量在一定浓度范围内线性相关，所以得到溶出电流与总硒含量在一定浓度范围内线性相关，用硒标准溶液制做标准曲线，由线性关系即可测试总硒含量；并能够达到测试所需的检测限、精密度、准确度和线性范围的实用性能要求。其特征在于，硒金属化合物包括以下六种硒化铅PbSe、硒化银Ag2Se、硒化铜CuSe、硒化锌ZnSe、硒化铁FeSe、硒化镉CdSe。其特征在于，在还原反应阶段，规定的电化学条件是，支持电解质为酸性并同被测样品混合后的溶液也呈酸性，pH值为06，支持电解质用无机酸中的硝酸、盐酸、高氯酸、硫酸、磷酸中任一种，或者是其中二种及二种以上组成的复合酸形式，浓度为0.1%10%;工作电极的电压为负，电压范围为-0.1V-0.6V;搅拌器转速为10转/分2500转/分；还原反应阶段时间为130分钟。其特征在于，在扫描溶出阶段，支持电解质是碱性溶液，为氢氧化钠或氢氧化钾，浓度为0.1mol/L4mol/L，pH值为814;对工作电极的扫描电压起始点为-0.1V-0.6V，要求与还原阶段的工作电极的电压在同一个电压值上，扫描电压终止点为-L5V;扫描速率为lmV/s100mV/s;扫描方式为微分脉冲溶出伏安法、方波溶出伏安法或线性扫描溶出伏安法；扫描方向为阴极溶出扫描；在固定的峰位电压-0.7V-l.lV区间范围内产生溶出电流。其特征在于，作为工作电极的固体金属电极选用铅、银、铜、锌、铁、镉六种固体金属中任一种制成，形状可以是球、半球、弧面、盘、柱、丝、棒、管、板、片及组合形状，表面光滑，纯度在98%以上。本发明的工作原理在于，申请人在研究中发现，基于电化学分析溶出伏安法，通过测量硒与金属形成的化合物——硒金属化合物，如硒化铅PbSe、硒化银Ag2Se、硒化铜CuSe、硒化锌ZnSe、硒化铁FeSe、硒化镉CdSe等，作为测试总硒含量的途径，测试时的检测限、精密度、准确度和线性范围等技术性能也可以达到实用要求。有关电化学分析溶出伏安法理论，可参阅《仪器分析》第十九章伏安法与极谱法孙凤霞主编化学工业出版社2004年6月第l版。金属能够与硒生成硒金属化合物的理论依据是，自然界中存在硒金属化合态的矿藏，如硒铅矿、硒银矿、硒铜矿、硒锌矿、硒铜铁矿、硒铅汞矿、硒镉矿等，在此基础上证明硒与这些金属可以发生氧化还原反应，并以化合物的形态存在。有关内容可参阅《矿物与岩石辞典》，主编翁润生，化学工业出版社2008年4月第1版。经实验证明，通过电化学的方法，使六价硒SeW和四价硒Se"直接在金属电极表面获得电子进行还原反应，生成硒金属化合物的还原反应过程为Se"硒Se"+AZ+8e—膽...........................(1)Se+4硒&"+1+66~>纖...........................(2)式中M表示纯金属，为铅银铜锌铁镉六种中的任一种。本发明的优点是(1)本发明测试总硒含量的中间环节，是使水溶液硒中的六价硒Se"和四价硒Se"通过工作电极提供的电子直接在工作电极的金属表面生成负二价硒S^的硒金属化合物，还原反应过程一步完成，样品没有损失，从而有较高的准确度和灵敏度；(2)本发明测试总硒含量的途经，不使用荧光物质或还原剂等物质，测试过程中不要求特殊通风，支持电解质为弱酸和碱，不会对操作人员造成潜在伤害，不会对环境造成污染；(3)设备简单、仪器成本低廉、测试成本小，干扰少、操作简单；(4)检测限宽、精密度高、线性范围宽。图l、图2、图3、图4、图5、图6本发明分别采用铅银铜锌铁镉电极时扫描曲线图；图7、采用本发明测试硒三种化合价物质及f加时扫描曲线图；图8、采用本发明测试总硒含量的饱和上限示意图9、采用本发明测试总硒含量的精密度、准确度、线性范围实验具体实施例方式下面，根据附图，详细描述运用本发明的实施例。使用仪器武汉能斯汉仪器有限责任公司生产的N—03型碘硒测试仪。仪器参数除标明外，均按以下设定增益xl、灵敏度x2、脉冲振幅50mV、脉冲时间40ms。还原反应阶段，开启搅拌器，转速为100转/分；电解池的支持电解质选硝酸，硝酸的浓度为5%;工作电极所处的电压为-0.35V;时间是25分钟。扫描溶出阶段，停止搅拌器，碱性支持电解质取8ml，选浓度为2mol/L氢氧化钠；扫描电压起始点为-(U5V，扫描终止点为-l.SV，扫描速率为20mv/s;扫描方式选用微分脉冲溶出伏安法，方向为阴极方向，其它的方波溶出伏安法和线性扫描溶出伏安法相同。实验条件实验用水为医用蒸馏水，试剂为分析纯以上；电子天平称量，精度0.1mg;环境温度保持恒温，湿度《85%。实验器皿1000mL容量瓶，100mL容量瓶定容，烧杯，量筒等。支持电解质取5ml，样品取10ml。酸性支持电解质配制方法5。/。硝酸(HN03)——精密量取5mL浓硝酸,03)，稀释至lOOrffL;碱性支持电解质配制方法2mol/L氢氧化钠——取40克氢氧化钠(NaOH)精密称定，加500ml水，存放在耐碱塑料瓶中。硒标准溶液100mg/L(0.lmg/ml)配制十6价硒，用硒酸(H2Se04),取0.1835g硒酸(H2Se04)精密称定，倒入1000ml容量瓶中，用水稀释至1L，加入5ml浓硝酸保存，使用时逐级稀释。十4价硒，用亚硒酸(H2Se03)，取0.1632g亚硒酸(H2Se03)精密称定，倒入1000ml容量瓶中，用水稀释至1L,加入5ml浓硝酸保存，使用时逐级稀释。0价硒，用硒粉(Se)，取O.lg硒(Se)精密称定，溶解于10ml浓硝酸(HN03)中，倒入1000ml容量瓶中，用水稀释至1L,使用时逐级稀释。实施例1本发明采用铅银铜锌铁镉等六种固体金属电极时分别的扫描曲线，如图l、图2、图3、图4、图5、图6所示；工作电极为<5=4.5mxn;取硒标准溶液浓度为lOOpg/L测试。结果表明从图中看出，可以得到正常的电化学分析溶出伏安法扫描曲线，由于不同金属的扫描峰位区间有小的变化以及峰高不同外，可以证明这六种金属都可以作为工作电极使用。实施例2运用本发明测试硒三种化合价物质及叠加时扫描结果，如图7。先分别单独测试不同价的硒，测试总硒时叠加上述三种标准液浓度的混合液再测试，工作电极为银盘电极，0=4.5mm。试验原始数据如下表，峰高电流单位为^A。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>结果表明在不同浓度下，测量总硒时的电流是单独测试各价硒(Se，Se"、SeD)时电流的叠加和，证明可以测试总硒含量。工作电极为其他几种金属电极时情况相同。实施例3，运用本发明测试总硒含量的检测下限。工作电极为银盘电极，直径<1>=6.5，仪器参数设定增益x4、灵敏度x8、脉冲振幅50mV、脉冲时间50ms。在有支持电解质的电解池中，加入空白溶液(去离子水)。重复测定6次空白值'按(3)式计算出空白值的标准偏差SZ):公式式中:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>空白值的标准偏差-第i份空白溶液的测量空白(nA)值-空白的平均值分别取6份标准值溶液，浓度为硒1[ig/L,与测定空白溶液的相同条件下分别记录，按式(4)计算出硒的灵敏度/f:公式式中//-仏/f=-^—:r-灵敏度-第i份的测量硒电流(^A)值-空白平均值(4)判断标准H应不小于10倍空白值的标准偏差SD，即/fdOSD,测试的原始数据如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>结果表明///5￡>=87符合检测限要求。故0=6.5的银盘电极检测限可以达到lfig/L。工作电极为其他几种金属电极时情况相同。实施例4运用本发明测试总硒含量的饱和上限，如图8。图中C为溶液浓度，单位为ng/L;S为金属电极面积，单位为(mm)2。测试数据如下，峰高电流单位为jiA。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>结果表明当浓度和金属电极面积比值(C/S)小于或等于IOO时，有很好地线性测量范围。比值(C/S)大于100时出现饱和现象，溶出电流不再增加。几种金属电极情况类似。饱和现象表明各价硒(Se^、Se")在金属电极表面获得电子而被还原成负二价硒的硒化金属厚度在增加到一定程度时，累积效应阻碍再继续增加硒金属化合物，即测量范围有一个上限值，超过一定浓度就会出现饱和。实施例5运用本发明测试总硒含量的精密度、准确度、线性范围，如图9。工作电极为银盘电极，直径0>=4.5，工作电极为其他几种金属电极时情况相同。(a)精密度将浓度为200ng/L硒标准溶液10份分别加入有支持电解质的电解池中，测定10次，按公式(5)、(6)和(7)计算出变异系数CV(%)。公式；=^~...........................(5)—"...........................(6)w-lCF-^x/腦...........................(7)x式中f——平均值X.——指定参数第i次测量硒电流(^A)值W——测量次数SZ)——标准差CF——变异系数原始数据及结果如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>结果CF=4.06%(b)准确度用三份标样，平行测试浓度为20(Hig/L的定标溶液。计算测定结果均值(3f)，用相对误差R表示测定结果的准确度，计算方法如式(8)所示。公式公式公式式中及X--准确度样本测定结果均值定标液的实际值(8)原始数据及结果如下:第l份第2份第3份R(%)1902102152052.5结果准确度11=2.5%(c)线性范围用浓度为100ng/L、200ng/L、300ng/L、400pg/L、500ng/L等5种浓度的定标液，每点重复测试3次，按(9)、(10)和(11)式计算直线方程y=a+bx。公式6=公式公式11=Z1、2(9)A"=77Z2IZ22(10)(11)式中:回归线的斜率-回归线截距的绝对值-回归系数-测试溶液浓度-3次测定的与溶液浓度相对应的硒电流(^)值1，2，3，n-测试样本数(本例中11=5)结果表明在参数设定为增益xl、灵敏度x2、脉冲振幅50mV、脉冲时间40ms的条件下，示值范围为100ng/L500ng/L,回归系数r-0.992。b-Hr—x广》-i—权利要求1.采用硒金属化合物测试总硒含量的方法，基于电化学分析溶出伏安法，其特征在于，由参比电极、辅助电极和用固体金属电极作为工作电极的三电极与电解池组成测试系统；把含有六价硒Se+6和四价硒Se+4的水溶液被测样品倒入装有支持电解质的电解池中混合，插入三电极使测试系统工作，测试过程分为还原反应阶段和扫描溶出阶段；在还原反应阶段，开启搅拌器加快还原反应速度，并使溶液混合均匀；在规定的电化学条件下，使工作电极的电压为负值，由工作电极的电流提供还原反应所需的电子，使六价硒Se+6和四价硒Se+4在工作电极表面分别获得不同电子数，经过一定时间后还原反应完成，结果是电解池中的六价硒Se+6和四价硒Se+4最终在工作电极表面被还原成负二价硒Se-2形态的硒金属化合物；在扫描溶出阶段，停搅拌器，把已完成还原反应过程的三电极插入碱性支持电解质中，对工作电极表面的硒金属化合物进行溶出伏安法扫描；扫描过程中，工作电极表面的硒金属化合物在固定的峰位电压区间范围内产生溶出电流，因溶出电流的量值与硒金属化合物的量值线性相关，由硒金属化合物的量值与被测试水溶液样品中的总硒含量在一定浓度范围内线性相关，所以得到溶出电流与总硒含量在一定浓度范围内线性相关，用硒标准溶液制做标准曲线，由线性关系即可测试总硒含量；并能够达到测试所需的检测限、精密度、准确度和线性范围的实用性能要求。2.根据权利要求1所述的采用硒金属化合物测试总硒含量的方法，其特征在于，硒金属化合物包括以下六种硒化铅PbSe、硒化银Ag2Se、硒化铜CuSe、硒化锌ZnSe、硒化铁FeSe、硒化镉CdSe。3.根据权利要求1所述的采用硒金属化合物测试总硒含量的方法，其特征在于，在还原反应阶段，规定的电化学条件是，支持电解质为酸性并同被测样品混合后的溶液也呈酸性，pH值为06，支持电解质用无机酸中的硝酸、盐酸、高氯酸、硫酸、磷酸中任一种，或者是其中二种及二种以上组成的复合酸形式，浓度为0.1%10%;工作电极的电压为负，电压范围为-0.1V-0.6V;搅拌器转速为10转/分2500转/分；还原反应阶段时间为130分钟。4.根据权利要求1所述的采用硒金属化合物测试总硒含量的方法，其特征在于，在扫描溶出阶段，支持电解质是碱性溶液，为氢氧化钠或氢氧化钾，浓度为0.1mol/L4mol/L,pH值为814;对工作电极的扫描电压起始点为-0.1V-0.6V，要求与还原阶段的工作电极的电压在同一个电压值上，扫描电压终止点为-1.5V;扫描速率为lmV/s100mV/s;扫描方式为微分脉冲溶出伏安法、方波溶出伏安法或线性扫描溶出伏安法；扫描方向为阴极溶出扫描；在固定的峰位电压-0.7V-l.lV区间范围内产生溶出电流。5.根据权利要求1所述的采用硒金属化合物测试总硒含量的方法，其特征在于，作为工作电极的固体金属电极选用铅、银、铜、锌、铁、镉六种固体金属中任一种制成，形状可以是球、半球、弧面、盘、柱、丝、棒、管、板、片及组合形状，表面光滑，纯度在98%以上。全文摘要本发明涉及采用硒金属化合物测试总硒含量的方法，它用铅银铜锌铁镉六种金属中的任一种金属电极作为工作电极，基于电化学分析溶出伏安法三电极工作原理，加上与电解池组成的测试系统；把含有六价硒Se⁺⁶和四价硒Se⁺⁴的水溶液硒被测样品倒入装有支持电解质的电解池中混合，在规定的电化学条件下发生还原反应，使被测样品中六价硒Se⁺⁶、四价硒Se⁺⁴通过工作电极提供的电子直接在工作电极的金属表面生成负二价硒Se^-2的硒金属化合物，通过测量硒金属化合物的溶出电流，得到所测试样品的总硒含量；优点是不使用荧光物质或还原剂等有毒物质，无污染；样品损失小，干扰少，有较高的准确度和灵敏度，线性范围宽；操作简单，检测成本低。文档编号G01N27/42GK101424659SQ20081023681公开日2009年5月6日申请日期2008年12月12日优先权日2008年12月12日发明者郑静雨申请人:郑静雨