【原创】钴的分析化学研究

论文要求：
1.    钴的分析化学性质（包括在周期表的位置，钴的主要分析化学性质和化学反应，钴的主要化合物）和生物化学性质（包括生物有效性和生物毒性）；
2.    钴的分析方法综述（微痕量钴的分析方法研究进展，尤其在生物分析中的应用）；
3.    设计生物样品中微量钴的分析方法实验方案（包括实验原理，试剂和仪器，详细实验步骤，样品的分解和分析测定）。
钴的分析化学研究
摘要：
钴是生物必需的微量元素之一，生物缺钴后可出现生长 停滞、消瘦、贫血；但过量的钴又会严重中毒。因此，寻找准确快速测定钴的方法对生命科学、药物、环境分析具有重要 意义。常见钴的分析方法有光度法和电化学分析法等。
关键词：钴 极谱催化波 生物化学性质 分析方法综述 微量元素
一 .钴的性质

1.钴的分析化学性质
钴元素属于元素周期表中第 ⅧB 族的铁系元素 , 有明显的磁性。其电子构型为 3d 4s , Co2+ 是其常见价态。钴只有一个稳定的同位素 58Co[1] 放射性同位素 60Co 是人工合成的。
钴能缓慢地溶解在稀盐酸或硫酸中 , 并能较快地溶解在稀硝酸中 , 但钴同浓硫酸接触会被钝化。水、空气以及强碱对钴不起作用。
钴有7 种价态, 即 - 1、0、+1、+2、+3、+4 和+5 , 其中只有 Co2+ 和 Co3+ 在水溶液中能够存在[2] , 在土壤中 Co2+ 可被粘土矿物、水合铁锰氧化物吸附。在天然水体和土壤溶液中 , Co2+ 还可能与许多络合剂形成稳定的络合物 , 由于溶液中氧的存在 , Co2+ 络合物几乎全部被氧化成 Co3+络合物。因此 , 在络合物中 , 钴是三价状态;在络盐中 , 钴既能组成阳离子 , 又能组成阴离子 , 但其配位数均等于 6。
钴一般不单独成矿 , 而与其它矿物共存。已发现的含钴矿物有 100 多种 , 主要有硫化物、砷化物、硫砷化物、氧化物、砷酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硒酸盐、硅酸盐等形式。较常见的含钴矿物有: 辉砷钴矿、砷钴矿、钴毒砂、砷钴镍铁矿、硫钴矿、钴华、钴土矿、硫钴铜矿、多相钴矿等[3]。

2.钴的生物化学性质
钴是人和动物的必需微量元素,是维生素B12和一些酶的重要组成成分，参与核酸、胆碱、蛋氨酸的合成及脂肪代谢对肝脏和神经系统的功能也起重要作用。钴用于治疗感染性贫血和肾脏疾病，可获得一定疗效。
人体本身不能把钴直接和成维生素B12，反刍动物通过反刍胃中的细菌可利用钴合成维生素B12，并吸收。钴在血中的含量极微,目前尚无正常指标作为标准，钴缺乏也只有籍测定维生素间接反映出来。
过去在应用钴盐治疗肾炎和贫血时曾发生严重的钴中毒，表现为婴儿的甲状腺增生，发生粘液性水肿和充血性心力衰竭。由于啤酒中加入钴作为发泡剂，大量饮用啤酒者也可发生钴中毒。
绿色植物是人类食物中含钴丰富而变化较大的来源，乳制品和谷类一般含钴较少。人体对钴的需要量不易准确估计,1972年世界卫生组织推荐的标准是成人每日2微克，孕妇、乳母每日2.5—3.0微克。

二.钴的分析方法综述
随着不锈钢工业的发展，钻的用途日益突出 ，它能制成高温合金[4]， 高强度合金和硬质合金， 钻也是生命体必需的微量元素[5]， 钻对人体代谢 、在血红蛋 白的合成中有重要的生物学意义，现将近期钻的分析方法做出综述。

1. 吸光光度法
吸光光度法是测定钻最常用的分析方法。 随着新型显色剂合成、 表面活性剂对显色反应的增溶、增敏应用 ，以及新型全自动紫外可见分光光度计的使用， 使钻的光度分析又有新的突破。 如催化动力光度法，流动注射光度法，导数吸光光度法等。

2. 常规吸光光度法
在钻吸光光度法测定中首推的亚硝基盐-R-络合物产生的显色反应[6]， 邱星初 徐伯洪等人已将此显色反应运用于镀金液及作业场所空气中钻的测定，方法简便，络合物稳定，但灵敏度不高。使用较多的5-Br-PADAP,5-Cl-PADAP之类的偶氮类显色剂,此类显色剂的灵敏度较亚硝基盐类要高, ε可达104--105左右[7][8]。
而新合成的显色剂1-（2- 毗咤偶氮）-2-蔡酚在乳化剂作用下用于测定蔬菜样品、 维生素B12中的钻，测定效果较为满意。 朱彬等人合成了新试剂 8-喳琳偶氮在10mgETDA PH9.3翻砂溶液中有较好的选择性, 用于铜合金和维生素B12 中钻测定。

3.原子吸收法
近几年来，原子吸收光谱被广泛应用于钻的分析测定。
3.1火焰原子吸收光谱法
在标准溶液中加人匹配的硫酸锰硫酸馁溶液， 用氨水调PH 至中性后 ,用火焰原子吸收法测定电解液中钻。将中草药HNO3—HCLO4处理消化后, 直接测定 ,回收率也很满意。中老年糖尿病患者血清中钻进行测定， 得出结论： 血清钻随病情加重而升高。 刘伟明等[9]用火焰原子吸收法立接进行脑活素类生物制 剂中钻的测定。周立群研究了在（700℃）灰化后加人1+1HCL10ml蒸发至2—3ml,用1ml/LNH4SCN为介质,MIBK萃取,4mol/LHNO3反萃取 ,火焰原子吸收水相测定微量钻的方法。
3.2石墨炉原子吸收光谱法
程听大等[10] 以钨盐涂覆石墨管， 用TX--100和偏矾酸盐作基体改进剂 ，以1：1HNO3 沉淀蛋白后 直接测定肿瘤患者血清中的钻。将动物排泄物干燥 ，900℃灰化，1000℃ 灰化，2200℃原子化 。

4.电感祸合等离子体光谱法
近几年来， 电感祸合等离子光谱在国内逐渐开始使用。 现分两部分介绍。
4.1电感藕合等离子发射光谱法
吴建元[11] 等人将有机染料油溶红样品， 采用H2SO4+HNO3分步碳化 ，500℃灰化 ，灰分用HCL和H2O2 预溶 ，再用 HCL—HNO3（1：1）混酸取提后，直接用ICP--AES 测定。 李淑兰则将高纯钮及其氧化物0.5—1.0样品于聚四氟乙烯消解罐中，加人3mlHF 和0.3mlHNO3 后, 装入专用溶样微波炉中 ,以 30%的功率加热 20分钟 ,将溶解好的样品定容到一定体积, 通过离子交换柱依次用HF、水淋洗后， 用 25%盐酸洗脱杂质， 基本分离后用ICP--AES测定钻。 乔爱香 高宝岩 等用ICP--AES成功地测定头发和 矿泉水中的钻 。钟志光 研究了铝对Fe、Mn、Cu、Zn、Ti、Si、Ga 等分析元素的干扰状况，进行基体干扰校正， 干扰系数法扣除元素间光谱干扰所引起的分析偏差， 回收率在 92.2%--105%之 间，花哲峰 则利用在 PH6.5左右 ,羟基唆琳存在下以 微晶蔡作吸附载体， 固相萃取微量Fe、Co、Ni、Cu 等金属，测定生物样品、 茶叶中的钻。 任希棠、李珊采用微波缩化技术将煤飞灰和海产品酸化处理后，直接用ICP--AES 测定金属钻 。丁文军则将富心铬酵母离后， 经多次反复淋洗 ，直至淋洗液中不含有铬， 然后置于60℃ 烘箱烘干。 将0.1000 克样品称重后， 用 4+1HNO3+HCLO4消化,用双蒸水定容10ml 后, 用ICP--AES 测定富铬醉母 中的钻等十几 种元素含量 。古丽冰将原始瓷样在980℃熔融 20分钟后制成 1.2mol/l溶液， 再加氢氟酸-硝酸- 高氛酸分解后制成1.2mol/l 溶液， 用ICP--AES 测定 钻元素含量。
4.2电感藕合--质谱法
刘湘生[12]用稼内标法能较好地补偿氧化忆的影响， 测定高纯氧化忆中的痕量钻元素与含量。 曹淑琴等[13] 人讨论了锡基体产生的多原子离子的干扰程度，对质量数小于0.25g/l 的分析物的信号强度产生增强。 用 89Y和209Bi 作内标别对其加以克服, 检测限0.005—0.052ug/l,回收率在82%--108%.梁细荣将激光探针与等离子体--质谱法联合, 同时测定岩石物中元素, 采用散焦激光束扫描法获得连续、稳定的信号，对钻元素含量的测定，非常满意。
4.电化学法
吴建人[14]在容器中 +3ml氯化钾(1mol/l) +2水扬酸钠(100mg/l) +10ml氨性缓冲液(PH8.1)用水稀释至30ml, 在KJP—821(B)型极谱仪上用卡尔曼滤波伏安法测定钻(II) 含量。 张柱朝在1.2*10-6mol/l二氮菲-0.02mol/l 硫脲-0.6*10-4mol/l四乙基磺氨-0.11mol/l亚硫酸钠介质(氯化铁--氨水PH9.50)中测得钻的极谱波的峰高与钻的含量呈线性。 张全茹在乙容量瓶中+4g/l丁二酮乙醇液10mol+2mol/l明胶2ml+0.5g无水亚硫酸钠,稀至刻度, 摇匀 ,测得钻的极谱波峰高与其含量呈线 性 。张明浩、曹道锦 在PH5.0HAC--NaAC 介质中大量Zn2+存在下, 钻在二酮厉-柠檬酸钠-氯化铵体系络合物的吸附波， 可不经处理直接测定电解液中钻。

5. 滴定法
翁箔蓉等报道了两铂电极示波电位滴定法在鳌合滴定中的应用，该方法能满意地指正EDTA 滴定Cu2+、Pb2+、Hg2+及Co2+ 的终点。肖平毅等研究了以5-Br-PADAP为指示剂,在PH6.0—6.5 的六次甲基四胺介质中 ,用TTHA络合返滴定钻[15].

6. 荧光法
荧光法测单一组分报道甚多,目前工作多集中于新荧试剂的合成应用,表面活性剂的引入,激发和发射波长的选择, 化学反应条件的优选等方面,方国祯等用肉桂基荧光酮在不同的表面活性剂存在下,不仅分离或掩蔽连续荧光测定混合物中铁和钻,并以微波快速,安全消化有机样品,结果满意.熊国华等研究Mn2+、Co2+ 对7-（8-轻基-3，6-二磺基蔡升偶氮）-8-经基喳琳-5-磺酸-硼砂反应体系的混合荧阳光增敏作用。实现了Mn2+、Co2+的连续测定[16]。

7. 化学发光分析法
凌明夫等发现磺基水杨酸（SSA）为显色剂和掩蔽剂在碱性过氧化氢溶液中,在金属离子存在时,可产生较强的化学发光.化学发光分析法作为一种灵敏度高,线性响应范围宽的测试手段,正在受到重视[17]。

综上所述， 近年来痕量钻的分析方法愈来愈多。 但对于复杂样品中钻含量的检测仍有较大困难 ，还需要发展更灵敏、 特异性更强的分析仪器和方法。

三. 微波消解钴一丁二酮肟一亚硝酸钠极谱波测定猪肝中痕量钴
1.原理：

按试验方法配制 2．5×10-7m0L／L钴 (Ⅱ)溶液 25 ml， 用大面积汞电极作阴极进行恒电位电解，在 一1．3 V处电解 4 h后，测得络合物的峰电流明显降低，在溶液中加入丁二酮 肟、亚硝酸钠峰高不变，加入钴(Ⅱ)后峰高增加。证明电流 是由络合物的中心离子钴(Ⅱ)还原产生。而且，汞电极表面 无氢气逸出，说明极谱波不是氢催化波。峰电位不随溶液的 pH增大而负移，说明没有 H 参与反应。根据 NaNO3：的浓 度对峰电流的影响，随着 NaNO3：浓度的增加，峰电流增大， NO2-的存在催化了电极反应，可推测电极过程如下：

Co(II)+H2D==Co(II)一H2D
Co(II)-H2D= [Co(II)-H2D]吸附
[Co(II)一H2D]吸附+2e→Co(0)+H2D
2.试剂和仪器
（1）.MP-2型溶出分析仪，滴汞电极、铂电极和饱和甘汞电极三电极系统，pH S-2
型酸度计.
（2）.钴标准溶液：准确称取 CoSO4•7H20 4．469 g，用蒸馏水 稀释至 1 000 ml，使用时稀释至 1．0u g／ml；
（3）.丁二酮肟(10 g／L)：准确称取丁二酮肟 1．00 g溶于无水 乙醇中。转移至 100 ml容量瓶，定容，摇匀；
（4）.NH4C1溶液(1 mol／L)：称取 NH C1晶体 53．5 g于蒸馏 水中，用氨水调至 pH 9，稀至 1 000 ml；
（5）NaNO2：1．0 mol／L，用 时现 配。
以上试剂 ：均为分析纯，试验用水为石英亚沸二次蒸馏 水。
3.试验方法
在25 ml比色管中准确加入 1．0 Iug／ml CO2+“标准溶液 1．0 ml，再分别加入 10 g／L丁二酮肟 1．0 ml，NH4C1溶液 5．0 ml，1．0 mol／L NaNO2 5．0ml，稀释至刻线，摇匀，放置 5 min，从 一1．00～一2．00 V(对 SCE而言)进行扫描，记录 2 次微分峰电流。
4.结果与讨论
4．1 底液的选择
试 验 了 HAc-NaAc，K2HPO4-KH2PO4，(CH2)6N4， NH3•H2O，NH3-NH4C1，NaBO2一HC1等不同的底液对体系影 响。结果表明：在 pH=9的 NH3-NH4C1缓冲溶液 中峰型尖锐、易分辩、重现性好，且峰电流较大 ；当用量在4．0～6．0 ml之间时，峰电流最大且稳定。试验中选 pH=9的 NH3-NH C1缓冲溶液为底液，用量为5．0 ml。
4．2 丁二酮肟用量的选择
试验表明：当加入 10 g／L丁二酮肟 0．5—1．5 ml时，体 系的峰电流大且稳定；小于0．5 ml时 CO2+络合不完全；大 于 1．5 ml时，络合剂过 量，峰电流反 而减小。试验 中取 1．0 ml。
4．3 亚硝酸钠用量试验[18]
试验表明：当加入 1 m0L／L NaNO3 3．0～7．0 ml时，体系 的峰电流大且稳定，除此以外峰电流都较小。试 验中取 5．0 ml。
4．4 稳定性试验
试验表明：当溶液放置 5 rain后，扫描的峰电流最大；在 该体系中，溶液放置 4 h，峰电流和峰电位均无明显变化 ，体 系较稳定。
4．5 共存离子的影响[19]
在选定的试验条件下，按试验方法在25 ml溶液中测定 1．0 的钴，相对误差 ≤ ±5％，下列倍数的离子不干扰测 定：1 000倍的 Ca2+、Mg2+；500倍的 Fe3+、Al3+、Pb2+“；50倍 的 cu2+、Cd2+、Mn2+；30倍的zn2+；20倍的 Ni2+、As3+；10倍 的 Sn2+不干扰测定。
5．络合物的组成
取 H：D和钴(Ⅱ)的浓度为 2．5×10 mol／L作极谱等摩尔图，测得电活性络合物组成为钴 (Ⅱ)：(H：D)=1：1。同时根据还原电流与络合剂浓度的关系式：
1／Ip=1／(Imax •B•[三]n)
以 1 对 1p／[ L]作图得一直线，证明络合比n=1。
6. 试样分析
6．1 工作曲线的绘制
于 11支 25 ml的比色管中分别加入(1~g／ml)钴标准 溶液 0．00，0．10，0．20，0．40，0．60，0．80，1．00，1．20， 1．40，1．60，1．80，2．00 ml，按上述试验方法进行操作并绘制 工作曲线，当钴含量在 0．004—0．10~g／ml内成线性关系， 检出限为 1．2×10～~g／ml，回归方程为：
Y=0．016 79P(u g／ml)一0．029 1
r = 0．999 2
6．2 样品分析
将新鲜猪肝用清水洗净，再用蒸馏水漂洗 3次，粉碎，称 10．0 g猪肝分次于消解罐中加6 ml HNO3，30％ H202 4 ml， 750 W加热5 min静止平衡冷却至室温打开消解罐 ，合并消 解液 ，在电热板上加热至近干，用 10 ml盐酸溶解残渣.
7.结论
钴在猪肝中含量约为3 g／100 g，与试验结果相符。从 上面的试验可知，该极谱体系选择性好，灵敏度较高，快速简 便 ，回收率为97％ ～103％，相对标准偏差较小，分析结果准 确可靠 ，可用于猪肝中微量钴的测定。

总结： 虽然近年来在测定痕量钻的研究上已有很大进展，但距离科学技术的发展以及实际生
产的需要还有一定的差距，对一些复杂样品中痕量钻的检测，对一些生物样品中痕量钻的形态分析，还有较大的困难，因而还需要发展新的灵敏的分析仪器和方法。随着微机的发展，出现了分析仪器与微机联用以及化学计量学的发展和应用，这将使目前问题以得圆满解决。

参考文献：
【1】. 刘英俊. 元素地球化学 [M]. 北京: 科学出版社, 1984.
【2】. 邢光熹, 朱建国. 土壤微量元素和稀土元素 [M]. 北京: 科学出版社. 2003. 13 , 95-101.
【3】. 刘　铮. 中国土壤微量元素 [M]. 南京: 江苏农业技术出版社, 1996. 2332253.
【4】. 王世俊. 金属中毒 .第2版 北京：人民卫生出版社，1988.261-270.
【5】. 孔祥瑞 必需微量元素的营养、生理及临床意义.合肥：安徽科技出版社，1982.
【6】. 徐伯供 作业场所空气及生物材料中有毒有害物质推荐方法. 北京:人民卫生出版社.
【7】. 刘颖. 5-Br-PADAP 显色树醋相吸光光度法测定微量钻，理化检验，1999，35（9）：406—407.
【8】. 马继平. 多波长线性回归同时测定油中Fe、Co、Ni.光谱学与光谱分析，2000，20（1）：122—124.
【9】. 刘伟明. 脑活素类生物制剂中Fe、Co、Ni 的测定. 微量元素与健康，1999，16（4）17—18.
【10】. 程听大. 肿瘤病患者血清钻元素的测定.光谱学与光谱分析，1998.18（6）：715—718.
【11】. 吴建元 .电感祸合等离子发射光谱法测定有机染料油溶红样品.光谱学与光谱分析，2000，20（3）：354—256.
【12】.刘湘生. 电感祸合等离子体质谱法测定高纯氧化钇元中杂质元素.分析化学，1999，27（7）：782—985.
【13】. 曹淑琴 .电感祸合等离子体质谱测定高纯锡中的杂质元素.光谱学与光谱分析，1999，19（6）：854—857.
【14】. 史建人. 卡更滤波伏安分析法同时测定Co2+、Ni2+、Zn2+. 分析化学，1998，26（7）：961—864.
【15】. 肖本毅. 刘锦昌. 分析试验室 ，1998，17（2）：33.
【16】. 熊国华 ，刘 虹， 黄坚峰， 分析化学，1994，22（11）：1141.
【17】. 凌明夫， 陆明刚， 陶能兵等. 分析化学，1986，14（12）：941.
【18】.张著森，丘则海，周云龙.在亚硝酸存在下钴（II）--中性红络合物的极谱催化波的性质[J].理化检验----化学分册，2007，43（2）：128—131.
【19】. 张玉洲 ，孙登明， 阮大文 .分析试验室，1988，17（1）：13.

还可用石墨炉测定.我做过土壤中的钴

比较全，楼主辛苦了！