火焰原子吸收光譜測定葡萄糖酸鋅口服液中鋅含量

許錦帆，朱信宇，楊科，楊爾文，趙之翰，陳秋同，李泓毅，程晉凱，孫一駿，王京,3，陳朗星,2，唐安娜,2,＊

1 南開大學化學學院，天津 300071

2 南開大學分析科學研究中心，天津市生物傳感與分子識別重點實驗室，天津 300071

3 南開大學化學國家級實驗教學示范中心，天津 300071

1 自主實驗選題

南開大學實驗教學中心積極鼓勵本科生開展自主實驗，培養學生在基礎儀器分析實驗教學的基礎上進行深度學習；提高學生的創新性意識、自主能動性和積極性；培養學生將理論知識與實際應用相結合，解決生活中一些實際問題的能力[1]。學生組成實驗小組，根據興趣進行實驗選題，設計實驗內容，在教師指導下完成實驗。實驗選題可面向基礎性研究，或聚焦創新性，或貼近生活實際。

鋅是人體必需的微量元素之一，在人體生長發育過程中起著極其重要的作用。鋅有幫助生長發育、智力發育、提高人體免疫力、促進食欲的作用。兒童和青少年生長發育速度較快，對鋅營養的需求量較高，但往往因為飲食搭配不合理，造成鋅攝入量不足。

葡萄糖酸鋅為有機鋅補劑，對胃黏膜刺激小，在體內易被人體吸收，且溶解性好，被廣泛應用于保健品、醫藥和食品中。葡萄糖酸鋅口服液是生活中常見的補鋅類非處方藥，用于治療因缺鋅引起的營養不良、厭食癥、口腔潰瘍、兒童生長發育遲緩等疾病[2]。

原子吸收光譜法(Atomic Absorption Spectrometry，AAS)是基于待測元素氣態基態原子對共振輻射吸收而建立的元素定量分析方法，具有選擇性好、靈敏度高和重現性好等優點。

通過本科生自主實驗，原子吸收實驗組同學建立了火焰原子吸收光譜法測定葡萄糖酸鋅口服液中鋅含量的分析方法。采用標準曲線法和標準加入法測定其中鋅的含量，并對實驗結果進行分析討論。本實驗測定葡萄糖酸鋅口服液中鋅含量，選題貼近生活，解決實際問題，可激發學生對化學的興趣。同時運用儀器分析基礎課程中“原子吸收光譜”的知識，加深學生對標準曲線法、標準加入法、檢出限、靈敏度、線性范圍等概念的理解(圖1)。

圖1 自主實驗設計思維導圖

2 自主實驗設計

2.1 儀器與試劑

HITACHI ZA3000原子吸收分光光度計；Zn空心陰極燈；吸量管；移液器；容量瓶；10 μg·mL?1Zn標準儲備液；葡萄糖酸鋅口服液；濃硝酸。

2.2 儀器工作條件選擇

狹縫寬度1.3 nm；助燃氣壓力160 kPa，流量15.0 L·min?1；乙炔流量1.8 L·min?1；火焰測量高度7.5 mm；波長213.9 nm，燈電流5.0 mA。

2.3 鋅標準系列的制備

采用了預實驗的方法尋找線性范圍，即先在包含未知樣濃度(參考值)的范圍內取相隔距離較大的幾個點，完成測試后作圖并擬合相關系數。為了進一步增加實驗的準確性，使繪制標準曲線所用樣品的濃度盡可能接近未知樣的濃度，在預實驗中線性關系良好的范圍內進一步縮小濃度范圍，取點配制溶液、測試、繪制標準曲線，最終得到了用于實際樣品測試的標準曲線。

按表1配制方法用移液管在50 mL容量瓶中加入含鋅10 μg·mL?1的高標溶液并加入兩滴濃硝酸溶液，配制標準樣并以此繪制標準曲線。

表1 配制標準樣所用的試劑用量

2.4 葡萄糖酸鋅口服液樣品的稀釋

采用逐級稀釋方法稀釋葡萄糖酸鋅口服液樣品：在50 mL容量瓶中加入2滴濃硝酸溶液，加入約5 mL超純水稀釋，取合適體積的樣品，以5倍、10倍和10倍的稀釋倍率將其逐級稀釋500倍，定容搖勻，備用[3,4]。

2.5 未知液(增量系列)的配制

按表2配制方法采用標準加入法配制未知樣，用移液管取2.50 mL稀釋50倍的樣品溶液加入50 mL容量瓶完成1000倍的稀釋，再加入不同體積的標準溶液及兩滴濃硝酸，配制未知樣及增量系列并以此繪制標準加入曲線。

表2 配制未知樣所用的試劑用量

2.6 數據的測量

(1) 在儀器最佳工作條件下，以空白溶液調吸光度等于0，按濃度由低到高檢測標準系列及增量系列，記錄吸光度值，用于制作標準曲線及標準加入曲線，求出未知液中鋅含量。

(2) 在同樣條件下，連續測定6次Zn的空白溶液(標1)，用于計算該方法的檢出限。

(3) 在同樣條件下，連續測定6次Zn未知液1，用于計算該方法的相對標準偏差[5]。

3 實驗結果

3.1 標準曲線法

各標準溶液的濃度和吸光度如表3所示，作標準曲線如圖2。

表3 各標準溶液的吸光度值

圖2 標準加入法測定Zn含量

圖2 標準曲線法測定Zn含量

(1) 未知樣濃度。

標準曲線方程為：y= 0.1451x+ 0.01733，在0.00–3.00 μg·mL?1范圍內呈良好的線性關系。稀釋500倍后的未知樣吸光度為0.1855，由標準曲線求出樣品濃度為579.50 μg·mL?1。

(2) 特征濃度。

由1.00 μg·mL?1Zn標準溶液的吸光度值求特征濃度[6]c0：

(3) 方法相對標準偏差(RSD)。

由未知樣的6次測量結果求出RSD值為0.43%。

(4) 靈敏度S。

靈敏度即標準曲線的斜率，S= 0.1451。

(5) 檢出限DL。

3.2 標準加入法

各組加入Zn濃度及吸光度如表4所示，作標準加入法吸光度曲線(圖3)。

表4 各未知溶液的吸光度值

(1) 未知樣濃度。

標準加入曲線方程為：y= 0.1389x+ 0.0924，在0.00–2.00 μg·mL?1范圍內呈良好的線性關系。用外推法求出樣品濃度為665.23 μg·mL?1。

(2) 方法相對標準偏差(RSD)。

由未知1的6次測量結果求出RSD值為0.12%。

(3) 靈敏度S。

靈敏度即曲線的斜率，S= 0.1389。

4 深入討論

4.1 標準曲線法和標準加入法的分析比較

采用標準曲線法在繪制好標準工作曲線后，可以直接從標準曲線上讀出含量，尤其適用于大量樣品的分析，但該方法存在基體干擾。在繪制標準曲線時，一般使用的是待測組分的標準樣品(或已知準確含量的樣品)，但是實際樣品的組成千差萬別，也必將由于基體不同影響測定的準確度。標準加入法可以消除基體干擾，克服基體復雜時待測樣品與標準溶液組成不相同帶來的影響。對于基體組成未知的實際樣品測定，一般標準加入法得到的結果會更為準確。

4.2 對稀釋過程中相對誤差的討論

在實驗中對樣品稀釋500倍時，可采用兩種稀釋方法：使用50 mL容量瓶進行逐級稀釋，或直接使用1000 mL容量瓶進行一次稀釋。在稀釋過程中，影響稀釋相對誤差的主要因素有：稀釋步驟的選取、移取待稀釋樣品的過程以及稀釋容器本身的定容體積。假設欲將一濃度為C的樣品經一次或多次稀釋后稀釋至Cx濃度，則Cx的計算公式為：

式中，V1i為各次被稀釋樣品的量入體積，V2i為各次樣品的定容體積，n為稀釋次數，則稀釋所帶來的誤差完全由量器和定容的最大相對誤差決定。若忽略稀釋過程中認為恒定的個人誤差，稀釋濃度Cx相對誤差的計算便可轉化為一系列量器相對誤差的計算。根據最大相對誤差的計算法則及Cx的計算公式，可以導出其最大相對誤差的計算公式為：

式中，|δ|是稀釋之后樣品濃度的最大相對誤差；是各移液管的容量最大相對誤差；|δ2n|是各容量瓶的容量最大相對誤差。

因此，當將一樣品的濃度稀釋至定值時，稀釋的步驟越少，被稀釋樣品的取樣量和定容體積越大，那么稀釋以后樣品濃度的最大相對誤差就會相應減小[3]。由此可以看出，在理想條件下一次稀釋由于涉及的移液和定容操作少，稀釋濃度的相對誤差比逐級稀釋小。但上述討論所作的假設是個人誤差在兩種稀釋方法中恒定。實際上，考慮到1000 mL的容量瓶比50 mL的容量瓶更難混合均勻等實際因素，且標液的配制體積過大，所以并不可取。

5 結語

在本實驗中，我們使用標準曲線法和標準加入法測定了葡萄糖酸鋅口服液中鋅的含量。由于所用的樣品為未知樣，相較于儀器分析實驗中所提供的提前配制或已經經過多次檢測的樣品具有更大的不確定性，且測試方法相關的參數未知。因此需要自行摸索儀器工作參數、樣品的稀釋倍數、線性范圍、標準加入法的加入體積等，建立一套分析方法。在完成儀器分析的理論課學習后，同學們對檢出限、靈敏度、線性范圍等概念缺乏直觀和深入的認識。本實驗通過自行摸索條件，建立分析方法，進而完成對未知樣品的測試并對實驗結果進行分析探討。該自主實驗的開展，有利于基礎階段教學型實驗向研究型實驗的過渡，有助于培養學生應用分析技術解決生活中實際問題的能力。