总抗氧化（精选4篇）
总抗氧化 篇1
蛇莓 (Duchesnea indica Focke) 为蔷薇科植物, 又名三叶莓、龙吐珠、蛇泡草和野杨梅等, 具有有清热解毒、凉血、消肿之功效[1]。蛇莓主要分布于贵州、云南、四川、广西、湖南和湖北等地。目前蛇莓主要用于治疗肝癌、舌管癌、胃癌等多种癌症。蛇莓中含有黄酮苷类[2]、三萜类[3]等活性成分, 其水提物对人体肝癌、胃癌、食管癌[4]、艾氏腹水癌[5]以及不同菌种[6]有明显的抑制作用。但蛇莓总多酚抗氧化活性的研究尚未见报道。因此, 该文分析了蛇莓总多酚的抗氧化活性, 从而为蛇莓的综合利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 材料
蛇莓于2013年11月采自凯里市雷公山, 经凯里学院植物学博士鉴定为蔷薇科植物蛇莓 (Duchesnea indica Focke) 的全草。
1.1.2 药剂
三氯乙酸、没食子酸、1, 1-二苯-2-苦基肼自由基 (DPPH自由基) 、Folin&ciocalteu’s酚试剂为Aladdin试剂。其它试剂均为分析纯。
1.1.3 仪器与设备
紫外分光光度计 (UV-2550, 岛津) 、植物粉碎机 (北京科伟永兴仪器有限公司) 、水浴振荡器 (SHA-C型, 巩义予华仪器有限公司) 、超声波 (WH-300, 济宁万和超声电子设备有限公司) 、低速离心机 (TD5M, 长沙湘智离心机仪器有限公司) ;电子天平 (上海衡平仪器仪表厂) 。
1.2 方法
1.2.1 样品处理与总多酚的提取
将蛇莓样品于80℃烘箱中干燥, 再用植物粉碎机粉碎并过80目筛, 待用。分别称取约2g上述样品于6个50mL离心管中, 分别用石油醚、正丁醇、乙醇、乙酸乙酯、甲醇和水提取, 经正交试验确定最佳萃取条件为:料液比为1∶20, 超声间歇提取2次, 每次30min, 功率100%, 离心, 取上层清液合并, 再置于50mL容量瓶中并用相应试剂定容至刻度, 摇匀, 待测。
1.2.2 总多酚测定
总多酚含量的测定参照文献[7]并稍作修改。其简要流程为:准确称取0.125g没食子酸, 用超纯水定容至1 000 mL。分别吸取该标准溶液0、1、2、3、4和5mL于6个25mL比色管中, (I) 先加超纯水至10mL, 摇匀, 再加入Folin-Ciocalteu酚试剂1.0mL, 混匀, 然后加入6.0mL 10%Na2CO3溶液, 并用超纯水定溶至刻度, 摇匀。然后在暗室中放置2h, 并于760nm波长下测定其吸光度。以没食子酸浓度 (C) 为横坐标, 吸光度 (A) 为纵坐标, 绘制标准曲线, 其回归方程为:A=0.083 8C+0.006 7 (r=0.999 9) 。取蛇莓提取液0.2mL于25mL比色管中, 按步骤 (I) 测定其吸光度, 再根据回归方程计算蛇莓提取液总多酚的浓度, 并以此计算样品多酚含量, 以每克样品中没食子酸当量表示 (mgGAE·g-1) 。
1.2.3 醇提物总抗氧化能力测定
总抗氧化能力的测定方法参照文献[8], 其简要流程为:取1mL不同浓度提取液, 并依次加入2.5 mL的pH=6.6的磷酸盐缓冲液和1%铁氰化钾 (K3Fe (CN) 6) 溶液, 摇匀并置于50℃水浴振荡器中20min。然后加入2.5mL 10% (m/v) 三氯乙酸溶液, 摇匀并取混液2.5mL, 再加入2.5mL超纯水以及0.1% (m/v) 氯化铁溶液, 摇匀并静置10min, 在700nm处测定吸光度 (As) , 以超纯水代替提取液作为空白并测定其吸光度Ac。则总抗氧化能力用ΔA来表示 (ΔA=As-Ac) , 其值越大, 表示提取液抗氧化能力越强。
1.2.4·OH清除率的测定
·OH清除率的测定方法参照文献[8], 其简要流程为:在25mL比色管中依次加入4mL pH=7.4磷酸钠缓冲液以及1.5 mL 5 mmol·L-1邻二氮菲溶液、1 mL7.5mmol·L-1 FeSO4溶液、1.5mL双蒸水, 摇匀, 再加入1mL不同浓度的提取液, 立即摇匀。最后加入1.0mL 1% (v/v) H2O2溶液, 摇匀并置于37℃恒温水浴中恒温60 min, 再于536nm处测定其吸光度。根据下式计算样品对OH·清除率:
清除率 (%) =[ (A1-A2) / (A0-A2) ]×100
式中:A1为加入提取液及H2O2时测得的吸光度;A2为加H2O2而不加提取液时测得的吸光度;A0为不加提取液及H2O2时测得的吸光度。1.2.5 DPPH·清除率测定DPPH·清除率的测定方法参照文献[9], 其简要流程为:在25mL比色管中依次加入2mL 2×10-4 mol·L-1 DPPH·溶液和2mL不同浓度提取液, 摇匀, 并在暗室中放置30min, 以无水乙醇为参比液, 在517nm下测定其吸光值As, 同时测定2 mL 2×10-4 mol·L-1 DPPH·溶液与2 mL无水乙醇混合液的吸光值Ac。计算样品溶液对DPPH·的清除率:
DPPH·的清除率 (%) = (1-As/Ac) ×100
2 结果与分析
2.1 蛇莓不同极性试剂提取液对DPPH·的清除能力
从图1可见, 不同极性试剂提取液对DPPH·的清除能力大小顺序为:乙醇>甲醇>水>乙酸乙酯>正丁醇>石油醚。由此可知, 乙醇提取液具有较高的清除DPPH·的能力。因此, 以下试验均以乙醇提取液为考察对象。
2.2 蛇莓总多酚含量
按1.2.2的方法得到蛇莓总多酚含量为3.7mg GAE·g-1。
2.3 蛇莓总多酚和VC的总抗氧化能力
从图2可见, 随着浓度的增加蛇莓总多酚和VC总抗氧化能力也逐渐增加, 且蛇莓总多酚总抗氧化能力高于VC, 其具有较强的抗氧化能力。经相关分析表明, 蛇莓总多酚和VC之间均存在明显的正相关关系 (其相关系数分别为0.979 3和0.987 1) , 分析认为, 蛇莓醇提物的抗氧化能力主要是由多酚成分决定的。
2.4 蛇莓总多酚和VC对·OH的清除率
由图3可见, 随着浓度的增加, 蛇莓总多酚清除·OH效率明显增加。然而, VC对·OH的清除效率影响较小, 且明显低于蛇莓多酚对·OH的清除效率。经相关分析表明, 蛇莓总多酚浓度与·OH的清除率之间存在显著正相关关系 (r=0.991 4) , 而VC与·OH的清除率之间存在一定的正相关关系 (r=0.793 1) 。分析认为, 蛇莓总多酚具有明显的清除·OH活性。
2.5 蛇莓总多酚和VC对DPPH·的清除率
由图4可见, 随着蛇莓总多酚和VC浓度的增加, 其清除DPPH·的活性增加。经相关分析表明, 蛇莓总多酚和VC与DPPH·的清除率之间均存在明显的正相关关系 (相关系数分别为0.998 0和0.999 5) 。分析认为, 蛇莓醇提物清DPPH·的活性主要是由多酚成分决定的。
以蛇莓总多酚和VC浓度对DPPH·的清除率作回归分析。蛇莓总多酚对DPPH·的清除率的回归方程为:Y=2.499 3 X+4.615 9 (r=0.998 0) 。VC对DPPH·的清除率的回归方程为Y=2.769 8 X+1.369 4 (r=0.998 9) 。当DPPH·的清除率为50%时, 对应蛇莓总多酚和VC的浓度即为IC50。经计算蛇莓总多酚和VC的IC50分别为18.2和17.6μg·mL-1, 结果表明, 蛇莓总多酚具有一定的清除DPPH·的活性。
3 结论与讨论
国外学者研究也表明, 含有高水平总多酚的植物表现出很好的体外抗氧化活性[10]。该研究结果表明, 蛇莓乙醇提取液具有一定的清除DPPH·的能力, 且其总多酚含量达3.7mg GAE·g-1。蛇莓总多酚总抗氧化能力高于VC, 具有较强的还原能力。蛇莓总多酚对·OH的清除效率明显高于VC, 是清除·OH的良好活性剂。蛇莓总多酚对DPPH·的IC50 (18.2μg·mL-1) 与VC相近 (17.6μg·mL-1) , 表明蛇莓总多酚具有较好的抗氧化活性, 是天然的抗氧化活性剂。
综上可知, 蛇莓总多酚具有较强的抗氧化活性和清除自由基的能力。然而, 在蛇莓总多酚中决定其抗氧化活性或清除自由基的主要活性成分尚未可知, 仍需对其总多酚提取物进行进一步分离、提纯, 再对分离后的成分进行抗氧化活性实验, 并对其进行对比分析, 以期筛选出抗氧化活性能力最强的活性成分, 以便为蛇莓的综合开发利用提供重要参考。
摘要：为了促进蛇莓的综合利用, 采用总抗氧化能力、·OH清除率和DPPH·清除率来考察蛇莓总多酚的体外抗氧化活性。结果表明:蛇莓总多酚总抗氧化能力高于VC, 且蛇莓总多酚的·OH清除率远高于VC。此外, 蛇莓总多酚对DPPH·的IC50 (18.2μg·mL-1) 与VC (IC50=17.6μg·mL-1) 相近。蛇莓总多酚是天然的抗氧化活性剂和自由基清除剂。
关键词：蛇莓,总多酚,抗氧化活性
参考文献
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总抗氧化 篇2
1 材料
试验用黄河鲤购自郑州市渔场, 平均体重为 (40.35±1.86) g , 平均体长为 (12.38±2.14 ) cm, 体色正常, 体格健壮, 试验前置于装有100 L水的水族箱 (60 cm×50 cm×50 cm) 中暂养2周, 水源为经曝气处理后的自来水, pH值为6.8～7.4, 溶氧为6～10 mg/ L, 水温为13～15 ℃, 总硬度为 715德国度, 其他指标符合渔业水质标准 ( GB11607—1989) , 空气压缩机24 h增氧, 试验期间不投食。
2 方法
2.1 试验浓度的设计
根据阿维菌素 (有效含量为99.5%, 购自广东利建制药有限公司) 的急性毒性试验结果, 设1.5×10-4, 5×10-4, 10×10-4, 25×10-4, 50×10-4 mg/L 5个阿维菌素浓度组和1 个对照组, 每组做3个平行试验。每箱放黄河鲤15尾, 试验期间不更换试验液, 试验方式为静态。
2.2 样品的采集
将黄河鲤暴露于不同浓度的阿维菌素试验液中24, 72, 120, 168 h 后, 在每箱中随机选取黄河鲤3 尾, 尾动脉取血后迅速取鱼鳃组织, 用预冷的去离子水冲洗干净, 滤纸吸干后装袋密封, 置- 20 ℃冰箱中保存, 备用。
2.3 样品的处理与测定
鳃组织样品于4 ℃解冻, 剪碎, 按1∶9的比例加入预冷生理盐水, 在玻璃匀浆管中匀浆5 min;匀浆液经10 000 r/min离心10 min , 取上清液用生理盐水稀释成1%的组织匀浆液。
鳃组织匀浆液蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法, 考马斯亮蓝蛋白试剂盒购自南京建成生物工程研究所。
SOD、CAT、GSH-Px活性和T-AOC的测定按照南京建成生物工程研究所提供的试剂盒说明书进行。
2.4 统计学分析
应用SPSS 11.5统计软件对试验数据进行单因素方差分析。
3 结果
3.1 阿维菌素对黄河鲤鳃组织SOD活性的影响 (结果见图1)
由图1可知:经统计学分析, 暴露于阿维菌素1.5×10-4, 5×10-4, 10×10-4, 25×10-4, 50×10-4 mg/L不同浓度水体中的黄河鲤鳃组织SOD活性呈先升高后降低的趋势, 但相互之间差异不显著 (P>0.05) ;各处理组与对照组比较SOD活性明显升高, 但差异不显著 (P>0.05) ;暴露于阿维菌素同一浓度水体中的黄河鲤鳃组织SOD活性在24, 72, 120, 168小时不同时间之间也呈先升高后降低的趋势, 处理72 h后黄河鲤鳃组织SOD活性达到最高, 然后降低, 不同处理时间之间差异不显著 (P>0.05) 。
3.2 阿维菌素对黄河鲤鳃组织CAT活性的影响 (结果见图2)
由图2可知:经统计学分析, 暴露于阿维菌素1.5×10-4, 5×10-4, 10×10-4, 25×10-4, 50×10-4 mg/L不同浓度水体中的黄河鲤鳃组织CAT活性呈先升高后降低的趋势, 其中阿维菌素浓度为10×10-4mg/L时, 黄河鲤鳃组织CAT活性达到最高;阿维菌素浓度为50×10-4 mg/L时, 黄河鲤鳃组织CAT活性低于对照组;各浓度处理组之间差异不显著 (P>0.05) ;暴露于阿维菌素同一浓度水体中的黄河鲤鳃组织CAT活性在24, 72, 120, 168小时不同时间之间也呈先升高后降低的趋势, 处理120 h后黄河鲤鳃组织CAT活性达到最高, 然后降低, 不同处理时间之间差异不显著 (P>0.05) 。
3.3 阿维菌素对黄河鲤鳃组织GSH-Px活性的影响 (结果见图3)
由图3可知:经统计学分析, 除处理168 h外, 暴露于阿维菌素1.5×10-4, 5×10-4, 10×10-4, 25×10-4, 50×10-4 mg/L不同浓度水体中的黄河鲤鳃组织GSH-Px活性呈现随浓度升高先升高后降低的趋势, 其中阿维菌素浓度为10×10-4 mg/L时, 黄河鲤鳃组织GSH-Px活性达到最高 (P<0.05) ;同一浓度随处理时间的延长黄河鲤鳃组织GSH-Px活性逐渐升高, 处理后168小时, 黄河鲤鳃组织GSH-Px活性随阿维菌素浓度升高而降低, 并且用5×10-4, 10×10-4, 25×10-4, 50×10-4 mg/L浓度的阿维菌素处理168 h后黄河鲤鳃组织GSH-Px活性显著低于同浓度处理24, 72, 120小时黄河鲤鳃组织GSH-Px活性 (P<0.05) ;同一浓度组处理24, 72, 120小时黄河鲤鳃组织GSH-Px活性差异不显著 (P>0.05) 。
3.4 阿维菌素对黄河鲤鳃组织T-AOC的影响 (结果见图4)
由图4可知:经统计学分析, 处理24, 72, 120 h, 随着阿维菌素浓度的升高, 黄河鲤鳃组织T-AOC呈现先升高后降低的趋势;在阿维菌素浓度为10×10-4mg/L时, 处理24, 72, 120 h, 黄河鲤鳃组织T-AOC达到最高;处理168 h, 随着阿维菌素浓度的升高, 黄河鲤鳃组织T-AOC逐渐降低, 阿维菌素浓度1.5×10-4, 5×10-4, 10×10-4, 25×10-4, 50×10-4mg/L处理组之间黄河鲤鳃组织T-AOC差异不显著 (P>0.05) ;处理24, 72, 120, 168 h之间黄河鲤鳃组织T-AOC差异也不显著 (P>0.05) 。
4 讨论
SOD、CAT、GSH-Px是脊椎动物体内主要保护酶系统, 在正常情况下, 3种酶联合清除活性氧自由基, 保护动物免受自由基伤害[6];T-AOC是衡量机体抗氧化酶系统和非酶促系统功能状况的综合性指标, 可代表、反映机体抗氧化酶系统和非酶系统对外来刺激的代偿能力及机体自由基代谢的状态[7]。
SOD作为生物体内重要的抗氧化防御酶之一, 其主要功能是清除体内由代谢产生的活性氧如O2-, 控制自由基引起的质膜过氧化。M.H.Roberts等[8]研究表明:当鱼体受到轻度逆境胁迫时, SOD活性被诱导;而受重度逆境胁迫时, SOD活性则被抑制。而本试验研究结果与谢文平等[9]、王瑞龙等[10]研究的氯氰菊酯影响草鱼和唐鱼鳃组织SOD活性的结果不一致, 这可能是因为黄河鲤鳃组织SOD活性对阿维菌素不敏感, 在试验浓度条件下, 黄河鲤鳃组织SOD活性被诱导, 随着阿维菌素浓度的增加和时间的推移诱导作用呈先升高后降低的趋势。
CAT也是生物体内参与活性氧代谢过程的主要酶之一, 可使活性氧H2O2 发生歧化, 生成水和氧分子 [11]。在环境胁迫等逆境中, CAT与SOD、过氧化物酶 (POD) 共同组成了生物体内活性氧防御系统, 在清除超氧自由基、H2O2 和过氧化物以及阻止或减少羟基自由基形成等方面发挥了重要作用。本试验结果表明, 随着阿维菌素浓度增加, 黄河鲤鳃组织CAT活性先升高后降低, 且在浓度为50×10-4 mg/L时表现为抑制。同一浓度处理时, 随着时间的推移, 黄河鲤鳃组织CAT活性也呈先升高后降低的趋势, 这与贾秀英等[12]、王凡等[13,14]研究的镉、铅、铜等重金属离子对鱼类鳃组织CAT活性影响呈先抑制后诱导、再恢复的结果不同, 产生这种差异的原因可能是阿维菌素与重金属离子的毒性作用方式不同所致。
GSH-Px是生物体内的一种重要抗氧化酶, 它可以消除由活性氧和羟自由基生成的脂质过氧化物和过氧化氢, 从而使生物机体免受自由基造成的损伤。本研究数据提示, 阿维菌素不同浓度处理组与对照组相比, 到120小时时, 均表现为诱导黄河鲤鳃组织GSH-Px活性增强, 至168小时时则表现为抑制作用, 这与王凡等[14]研究铜对牙鲆鳃组织GSH-Px活性的影响的结果一致。
总抗氧化 篇3
关键词：总有机碳,非分散红外吸收,湿法氧化
随着社会经济的不断发展,水环境污染越来越严重,水体中的各种有机污染物呈现出多样化,复杂化的特点。在供水行业,生活用水及源水的水质问题尤其是有机污染物的控制问题已成为公众关心的问题[1,2],现在通常采用化学需氧量(CODCr),高锰酸盐指数(CODMn),五日生化需氧量(BOD5)等综合指标来反应水体中有机物污染程度。总有机碳(TOC)是以碳含量来反应水体中所含有机物质总量的综合指标,通过该指标能够直接反应水体被有机物质污染的程度[3],且对各种有机物的氧化效率高,与CODCr、CODMn、BOD5相比较更客观准确,因而被作为评价水体中有机物污染程度的一项重要参考指标[4]。在《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中就将其作为水质参考指标,限值为5 mg/L。本文介绍了采用过硫酸盐湿法氧化-非分散红外吸收法测定水中总有机碳。
1 实验
1.1 试剂
磷酸(85%)(优级纯),天津市科密欧化学试剂有限公司;过硫酸钠(分析纯),天津市科密欧化学试剂有限公司,重结晶后使用;高纯氮气(纯度≥99.999%),成都成钢梅塞尔气体产品有限公司;水中有机碳标准溶液(1000 mg/L,GBW(E)080650),中国计量科学研究院;超纯水(18.25 MΩ)。
1.1.1 氧化试剂
过硫酸钠溶液(100 g/L):将100 g过硫酸钠溶于纯水,并定容至1000 mL。
1.1.2 酸试剂
5%磷酸溶液:将59.0 mL磷酸(85%)与纯水混合,并定容至1000 mL。
1.2 仪器
Aurora 1030 W总有机碳分析仪,配1088自动进样器,美国OI Analytical公司。测定TOC原理为:使用湿法氧化测定TOC,水样进入反应腔,经过磷酸酸化处理后,无机碳(TIC)在酸性条件下全部转变成CO2并被氮气流吹走,再以过硫酸盐为氧化剂,在高温条件下,将有机碳(TOC)氧化生成CO2,待氧化过程完成后,由稳定的氮气流将生成的CO2经净化和干燥处理后导入非色散红外检测器(NDIR)进行分析,通过NDIR对CO2进行测量,从而计算得到TOC的浓度。氧化机理可用下面的反应式表示[5]:
1.3 仪器条件
进样体积5.0 mL,酸试剂体积1.0 mL,氧化试剂体积1.5 mL,系统压力25.0 psi,TIC反应时间1.50 min,检测时间3 min;TOC反应时间2 min,检测时间3 min。TIC反应温度和检测温度皆为70℃,TOC反应温度和检测温度皆为98℃。
2 结果与讨论
2.1 标准曲线
据肖炜等[2]的研究表明,源水的TOC值为0.1~9.4 mg/L,且大部分监测值小于5 mg/L。朱志勤等[6]对市政自来水厂的水源水和出厂水的TOC进行测定发现,水源水TOC值最高达7.75 mg/L,出厂水TOC值为2.28~3.47 mg/L,地下水的TOC值更低,为0.63~0.98 mg/L。付洁等[7]测定了生活饮用水样TOC值,为0.56~3.10 mg/L。这说明生活饮用水及其水源水中TOC值一般较低,所以我们选择0~10.00 mg/L范围内的标准曲线。具体如下:吸取1000 mg/L的水中有机碳标准溶液适量,用纯水稀释后,分别配制成0.00、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00 mg/L的标准溶液系列,测定总有机碳(TOC)响应值。以TOC响应值与对应的总有机碳(TOC)浓度作图,绘制标准曲线,如图1所示。其线性回归方程为Y=14123X+8067,相关系数R=0.9996,表明该方法在0~10.00 mg/L范围内线性关系好。
2.2 精密度验证
使用不同浓度的TOC标准溶液对方法的精密度进行验证,配制了1.50、4.00、7.00 mg/L三种不同浓度TOC标准溶液,分别对其进行6次平行测定,测定结果列于表1。从表1可知,1.50、4.00、7.00 mg/L三种TOC浓度的相对标准偏差RSD分别为3.1%,0.94%,0.43%,且随着浓度增加,相对标准偏差变小,精密度提高,表明本方法有较好的精密度。
2.3 准确度验证
本文用测定标准样品的方法进行准确度评价,对环境保护部标准样品研究所的水质总有机碳标样(标样批号为206506,标准值为73.9 mg/L,不确定度±3.1 mg/L,稀释10倍后进行测试)进行测定,验证方法的准确度,测定结果列于表2。从表2可知,TOC标样的测定均值为72.9 mg/L,在允许的不确定度范围内,测定均值与标准值的相对误差为-1.4%,表明方法准确度好,符合分析要求。
2.4 回收率试验
使用自来水和地表水源水进行加标回收率试验,在自来水和地表水源水中分别加入2.00 mg/L、5.00 mg/L的TOC标准溶液后进行测定,结果列于表3。由表3可知,在TOC为0.759 mg/L的自来水中分别加入2.00 mg/L、5.00 mg/L的TOC标准溶液,回收率为104%、97.2%;在TOC为1.05 mg/L的地表水源水中分别加入2.00 mg/L、5.00 mg/L的TOC标准溶液,回收率为105%、102%。这些结果表明方法的回收率高,说明该方法符合分析要求。
2.5 实际样品测定
应用此方法对水厂的地表水源水、出厂水进行了监测,结果列于表4。从表4可知,在2015年,地表水源水TOC浓度为0.953~3.48 mg/L,除2月和4月TOC偏高外,其余月份TOC值在0.953~1.78 mg/L之间,说明源水水质较为稳定。出厂水TOC浓度为0.854~2.19 mg/L,均小于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中TOC参考限值5 mg/L。测定结果还发现,TOC值呈现出水源水大于出厂水的分布规律,这与相关文献报道相符[6]。
3 结论
采用过硫酸盐湿法氧化-非分散红外吸收法测定水中总有机碳,方法准确度高,重现性好,相对标准偏差0.43%~3.1%,加标回收率为97.2%~105%,满足实验室分析要求,适合于水源水和饮用水中TOC的测定。
参考文献
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[6]朱志勤,魏建荣.非分散红外法测定水中总有机碳[J].中国卫生检验杂志,2005,15(3):326,359.
总抗氧化 篇4
二氧化碳在水中主要以溶解气体分子的形式存在,但也有很少部分与水作用形成碳酸,通常将二者的总和称为游离二氧化碳。在水体中,总碳(TC)包括无机碳(IC)和有机碳(OC),其中无机碳(IC)由游离二氧化碳和碳酸根与碳酸氢根组成。 地表水中的二氧化碳主要来源是水和底质中有机物的分解以及水生生物的呼吸作用,亦可从空气中吸收,因此,其含量的测定,可间接指示出水体遭受有机物污染的程度[1]。目前测定水中游离二氧化碳的方法主要有两种,即酚酞指示剂滴定法和电位滴定法。与酚酞指示剂滴定法相比,虽然电位滴定法不受水样浊度、色度的影响,有较广的适用范围,但二者均有不足。宋树成等[2]认为现行的关于水中碳酸盐的测定方法中有值得商榷的地方,认为在分析样品时把酚酞试剂换成甲酚红和百里酚蓝混合指示剂,由于其变色时pH值为8.3,即当pH值≤8.3时,颜色为玫瑰红,当pH值>8.3时,呈现清晰的紫色,终点变色比较明确,监测数据会更为准确。虽然张永利[3]何建国[4]、王宗廷[5]等不少学者对水中游离二氧化碳的测定方法进行了改进和优化,但均是基于水中的游离二氧化碳能定量的与氢氧化钠发生反应,当其达到滴定终点时溶液的pH为8.3。为此,当水样矿化度比较高或水样含有铬、铜、胺类、氨、硼酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物和无机酸类及强酸弱碱盐类时均会对测定结果造成影响[6]。同时滴定液氢氧化钠属于强碱,易与空气中的二氧化碳发生反应,不利于保存。
总有机碳分析仪在测定水样时,水样中的无机碳(IC)通过与其IC分析模块中的磷酸发生反应全部转化成二氧化碳,再通过载气送入非分散红外检测器进行监测。因为加热使水沸腾一段时间可以制取无二氧化碳用水,因此水样中的游离二氧化碳与碳酸可以通过加热和吹惰性气体的方式予以释放出来,而以碳酸盐形式存在的无机碳则留在水相中,为此,水中的游离二氧化碳含量可以通过计算处理前后水样中的无机碳含量的差值进行计算。与滴定法相比,无机碳的测定不受矿化度以及铬、铜、胺类、无机酸类及强酸弱碱盐类的影响,目前利用总有机碳分析仪测定游离二氧化碳的研究还未见报道。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
总有机碳分析仪(TOC-VCPH,日本岛津),酸化吹气装置(北京同泰联科技);碳酸氢钠、无水碳酸钠、磷酸(天津科密欧)、超纯水、高纯氮气。
1.2 仪器条件与试验方法
1.2.1 校准曲线
称取碳酸氢钠(预先在干燥器中干燥)1.4 g和无水碳酸钠(先于270 ℃干燥2 h,置干燥器中,冷至室温)1.77 g溶解于无二氧化碳水,以1 000 ml容量瓶定容,无机碳(IC)含量为400 mg/L。用无二氧化碳水配制含无机碳0.0、 0.5、 1.0、 2.0、 5.0、 10.0、 20.0、 50.0 mg/L的8个标准点进行上机分析。
1.2.2 样品处理
实验所用水样为放置24小时的自来水,取水样250 ml于圆底烧瓶,按表1对水样进行处理。每种条件下做两个平行样,水样处理前测定一次IC含量,由于水样在处理过程中有一部分水会蒸发,导致处理后的水样体积小于250 ml,为此,水样处理后用无二氧化碳的超纯水定容至250 ml再测定其IC含量。水样处理前后IC含量的差值即为水样所释放CO2的碳含量。为验证方法的准确性和方法间的可比性,论文用酚酞指示剂滴定法对放置24小时后的自来水进行了游离二氧化碳测定,测定方法参照《水与废水监测分析方法第四版》(增补版)[1]。
注:水样放入设定温度的水浴锅后就开始通氮气并计时。
1.2.3 精密度实验
建立总有机碳分析仪测定水中游离二氧化碳的最佳条件后,以放置24小时的自来水作为待测样品进行精密度实验,7组平行样品分别测定处理前与处理后的IC含量差值,精密度以相对标准偏差(RSD)表示。
1.2.4 检出限实验
在《全球环境监测系统水监测操作指南》中规定,给定置信水平为95%时,样品测定值与零浓度样品的测定值有显著性差异即为检测限(D.L)。这里的零浓度样品是不含待测物质的。
D.L=4.6δ
式中:δ——空白平行测定(批内)标准偏差(重复测定20次以上)。在此次试验中,以无二氧化碳的超纯水测定25次计算检出限。
1.2.5 总有机碳分析仪条件
氮气流速为150 ml/min,进样量为50 μl。IC反应液为20%磷酸。
2 结果与讨论
总有机碳分析仪IC模块分析水中的IC含量,在0.5~50 mg/L区间有良好的线性关系,相关系数为0.999 8,游离二氧化碳最低检出限0.07 mg/L,精密度(RSD)3.81%。放置24 h后自来水中无机碳含量为26.7 mg/L。
2.1 单一因素的影响
1号为在不通氮气的条件下,80 ℃水浴30 min,2号为在室温(20 ℃)条件下,只通氮气30 min,水样经方法1处理后的IC含量为26.2 mg/L, 经方法2处理后的IC含量为26.4 mg/L,结果表明在30 min内,单一的水浴加热以及通氮气均不能有效的将水体中游离二氧化碳释放出来,这可能与自来水样品本身较低浓度的游离二氧化碳以及加热与通氮气时间的长短有关。通过延长通氮气或加热时间,水样中游离二氧化碳可能会逐渐释放,但作为分析方法,较长的时间消耗并不可取。
2.2 通氮气30 min,水浴温度的影响
处理方法3至方法7为在不同水浴温度,通氮气30 min的实验结果(图1)。
从图1可以看出,虽然所有的水样均通氮气30 min,但在不同水浴温度条件下,水样所释放出的游离二氧化碳却大不相同。水浴温度在70 ℃以下时水样中游离二氧化碳释放速度较为缓慢, 70~80 ℃的释放速度较快,在80 ℃以上时,水样中的IC含量不再继续下降。因此在通氮气30 min条件下,水浴温度需达到80 ℃以上才能使水样中的游离二氧化碳得以完全释放。
2.3 水浴温度80 ℃,通氮气时间的影响
方法8至16为在水浴温度80 ℃条件下,不同通氮气时间的实验,其实验结果见图2。从图2可以看出,通氮气20 min以内,水样释放游离二氧化碳的量相对较少,约占总游离二氧化碳的30%,这可能是因为水样的温度需要一定的时间才能达到设定的水浴温度,而从方法3~7可知,即使通氮气,在70℃以前,游离二氧化碳的释放也相当缓慢。在通氮气20~30 min后,释放的游离二氧化碳约占总量70%,30 min以后水样中IC含量几乎不再减少。
2.4 方法对比
放置24小时后的自来水分别用酚酞指示剂滴定法与总有有机碳分析仪测定其游离二氧化碳含量,每种方法测定7次,测定结果见表2。
从表2可以看出,总有机碳分析仪测定的结果与酚酞指示剂滴定法测定的结果非常接近,但总体上,总有机碳分析仪测定的结果小于酚酞指示剂滴定法的测定结果。这可能一方面由于氢氧化钠属于强碱,在滴定过程中有少量会与空气中的二氧化碳反应;另一方面是水样中其它非二氧化碳氧化物质与氢氧化钠反应。以上两个因素都是造成酚酞指示剂滴定法测定的结果偏高的主要原因。
3 结论
总有机碳分析仪器结合酸化吹气装置可应用于水样游离二氧化碳含量测定,为水质分析提供新的定量方法,测定不受矿化度以及铬、铜、胺类、无机酸类及强酸弱碱盐类的影响。水浴温度80 ℃,流量150 ml/min通氮气30 min为水样释放游离二氧化碳的最佳条件。
摘要：利用总有机碳分析仪、结合酸化吹气装置对水样中的游离二氧化碳的测定条件进行试验。结果表明水浴温度80℃,流量150 ml/min通氮气30 min为水样释放游离二氧化碳的最佳条件。总有机碳分析测定水中游离二氧化碳含量方法的建立为水质分析提供了新的方法参考。
关键词：游离二氧化碳,温度,水
参考文献
[1]水与废水检测分析方法编委会,国家环境保护总局.水与废水检测分析方法(第四版增补版)[M].北京:中国环境科学出版社,2002:126-128.
[2]宋树成,郭如侠.水中游离二氧化碳与碳酸盐零共存现象研究[J].水科学与工程技术,2012,1:94-96.
[3]张永利,李工.对直接法测定水中二氧化碳方法的探讨[J].湖南电力,2005,2(25):33-34.
[4]何建国,卢芳.鱼塘水体中CO2快速、简便测定方法研究[J].青海师范太学学报(自然科学版),2001,3:57-59.
[5]王宗廷,俞然刚.复合电极法测定水中游离的CO2[J].山东建材学院学报,1999,1(13):25-27.