金属络合效应对草酸HPLC分析的影响及消除
电镀废水中常用的络合剂有草酸、乙二胺四乙酸二钠、酒石酸和柠檬酸等，准确测定这些物质的含量对于确定电镀废水的处理方法具有重要意义。络合剂的常用分析方法有分光光度法[1-2]、高效液相色谱法[3-5]和离子色谱法[6-9]。其中色谱法分离能力强，在实际废水的定性和定量分析中占有一定优势。但色谱分析中的金属络合效应可能造成峰形严重拖尾，甚至形成新的杂质，改变色谱峰形和峰面积，干扰其重现性，从而降低色谱定性和定量分析的准确性和可靠性[10]。
已有报道从基本现象上解释了HPLC中的金属络合物效应[10]，但对金属种类、含量与色谱峰形的定量关系研究较少，如何消除络合物效应，提高色谱分析的准确性也鲜有报道。本文以镍-草酸为模型化合物，以络合剂草酸为研究对象，考察络合物效应对HPLC定性定量分析的影响，并采用全波长扫描考察络合物效应对吸光度的影响。实际废水中金属络合物的前处理方法一般分为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和重金属清除剂法[11-12]。在色谱分析的前处理中，本文选择采用氢氧化物沉淀法消除络合物效应，从而提高电镀废水络合剂HPLC分析的准确性。
1 实验部分 1.1 材料与方法
试剂及仪器：甲醇（色谱纯）、磷酸（分析纯）、磷酸二氢铵（分析纯）、六水硫酸镍（分析纯）、二水草酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、去离子水。高效液相色谱仪（LC-20AT，日本岛津公司）：包括光电二极管阵列（PDA）检测器、色谱工作站；紫外-可见分光光度计（美国哈希公司）；pH计（PB-10）；离心机（TGL-16G）；HJ-6磁力搅拌器；电子天平；反渗透去离子净水器（上海和泰公司）；0.22μm滤膜；5mL注射器。
色谱条件：0.2% (质量分数)磷酸二氢铵溶液pH为2.5～2.6,流速为1 mL/min,流动相甲醇与0.2% (质量分数)磷酸二氢铵体积比为2∶98,草酸溶液pH为2.5～2.6,C18色谱柱（4.6 mm×250 mm×5μm）,检测波长为198 nm,柱温为25 ℃,二元泵,结束时间20 min,最高压力为20 MPa,选择D2氘灯。
标准曲线的绘制：测定前用磷酸调节pH为2.5～2.6，进样前过0.22μm滤膜。配制100mg/L草酸标准溶液，稀释得到质量浓度为10、20、60、80、100mg/L的草酸溶液，以质量浓度为横轴，峰面积为纵轴，绘制标准曲线。
1.2 实验步骤
1.2.1 模拟电镀废水的制备根据文献[13-14]选取模拟电镀废水中镍离子和草酸的质量浓度分别为200 mg/L和50 mg/L。通过稀释得到0、10、50、100、200 mg/L镍离子和50 mg/L草酸的混合溶液，用磷酸调节pH为2.5～2.6。将溶液静置12 h，使草酸与金属离子充分络合，得到最终待测络合溶液。
1.2.2 紫外-可见全波长扫描 采用紫外-可见全波长扫描验证络合作用的机理，将络合溶液进行紫外-可见全波长扫描，波长设置为190～800nm，比色皿为10mm。
1.2.3氢氧化物沉淀根据草酸与镍离子的络合能力，选择氢氧化物沉淀法进行破络，根据氢氧化镍沉淀的pH范围，选择pH为8.0，9.0，10.0。
配制200 mg/L镍离子与50 mg/L草酸的混合溶液，用氢氧化钠溶液调节pH为8.0，9.0，10.0，磁力搅拌1h，离心取上清液，最后进入液相色谱仪测定草酸。
2 结果与讨论 2.1 镍离子对草酸色谱分析的影响
图1为不同质量浓度的镍离子与草酸配合物的HPLC色谱图。由图1可知，镍离子对草酸溶液的定性分析影响不大，平均保留时间为3.235 min，最大值为3.253 min，最小值3.221 min，变异率为1.0%。色谱峰对称性好，峰型明显，峰强度随镍离子质量浓度的增加而逐渐增强，出峰起点与终点基本对应，未出现峰拖尾现象。保留时间变化较小，可能是因为在色谱条件下，草酸及镍-草酸配合物与色谱柱的结合能力以及流动相的洗脱能力均无明显差异，使得草酸峰较为规则。
镍离子对草酸溶液的定量分析有明显的影响，峰强度最大约为85.4倍，最小约为54.2倍，不同镍离子质量浓度对应的峰强度变化幅度为57.7%。随着镍离子质量浓度的增加，峰面积也随之增大，峰面积最大约为10.98倍·min，最小约为8.21倍·min，增幅为33.7%。镍离子对草酸HPLC分析的影响在于溶液中草酸的存在形式由游离态转变为络合物态，络合物的存在使响应信号强度增大[15]。随着金属离子质量浓度的增大，生成的络合物的质量浓度也随之增大，因而信号强度增大。
图1 镍-草酸高效液相色谱图
图1 -酸的HPLC
图2 镍离子与草酸的紫外-可见全波长扫描
图2 离子和酸的紫外光
2.2 紫外-可见光全波长扫描分析络合效果
图2为镍离子与草酸络合物在不同波长下的紫外-可见全波长扫描曲线。由图2可知，200mg/L镍离子对50mg/L草酸溶液的最大吸收波长影响不大，吸收峰明显，草酸的最大吸收波长为198nm，而镍离子与草酸络合物的最大吸收波长为204nm，发生了6nm的红移。因此，镍离子对草酸的定性分析影响不大。
高效液相色谱测定草酸对应的检测波长为198nm，经紫外-可见全波长扫描后草酸的最大吸收波长也为198nm，因此紫外-可见全波长扫描可以进一步验证络合效应对高效液相色谱分析草酸的影响。
图3为紫外-可见全波长扫描得到的不同质量浓度的镍离子与50 mg/L草酸溶液络合后的吸光度变化情况。由图2、图3可见，不同质量浓度的镍离子与草酸络合后，紫外光谱吸收强度增大，吸光度发生变化。随着镍离子质量浓度的增加，吸光度逐渐由0.844增大到1.245，增幅为47.5%。因此，镍离子对草酸的定量分析影响较大。这与HPLC得到的分析结果一致。因此，紫外扫描可以证明镍离子对HPLC定量分析草酸的影响，这与冯玉琪等[16]关于金属离子与有机络合剂形成的络合物在紫外或可见光区产生特征吸收峰的结论一致。
图3 不同质量浓度的镍离子与草酸络合后吸光度变化
图3 离子和酸的质量分数
2.3 消除金属络合效应
针对200 mg/L镍离子与50 mg/L草酸络合产生的络合效应，采用氢氧化物沉淀法作为预处理方法，用氢氧化钠调节pH为8.0，9.0，10.0，表1为预处理后的保留时间和峰强度。由表1可知，预处理后的峰强度小于络合草酸的峰强度，而与纯草酸的峰强度接近，说明氢氧化物沉淀法可以达到破络合物的目的，从而使草酸能够被HPLC正确识别。pH为9.0和10.0时对应的峰强度分别为48.4×和48.8×，与纯草酸的峰强度接近，因此此pH更有利于消除络合效应。大石鲁等。 [17] 同时发现，HPLC 对铜–羧酸配合物的检测灵敏度随 pH 的升高而升高，有利于络合剂的准确测定。
当pH为9.0时对应的峰面积为8.36×·min，与纯草酸的峰面积接近，说明在此pH下可以达到理想的分解效果，为HPLC分析草酸的准确性提供了依据。在不同pH值下，保留时间范围为3.194～3.253 min，说明前处理方法对草酸的定性分析没有影响。当pH为9.0时，峰面积降至8.36×·min，而络合草酸的保留时间为10.98×·min，纯草酸的保留时间为8.21×·min，将峰面积的分析误差（E）由33.7%降至1.7%，E的表达式为：
（1）
式中：E为分析误差；Pi为络合草酸或预处理后的草酸峰面积；P0为纯草酸峰面积。聂磊等[18]用高效液相色谱法测定铜离子与EDTA形成的络合物时发现，加入不同浓度的铜离子会引起峰面积发生一定的变化，从而产生分析误差。
表1 预处理后的保留时间和峰强度
时间和高峰之后
时间/ /104面积/(106 mAU·min)酸中.25385.410.(pH=8.0)3.19453.69.(pH=9.0)3.22248.48.(pH=10.0)3.22848.88.酸3.23254.28.21
图4 预处理后的紫外-可见全光谱扫描
图4 紫外光照射后
FIG4为预处理后的紫外-可见光全波长扫描曲线。由FIG4可知，当pH为8.0、9.0、10.0时，对应的吸光度分别为1.138、1.015、0.996，介于络合草酸与纯草酸的吸光度之间，说明氢氧化钠沉淀法可以有效破络合物。其中pH 9.0和10.0对应的吸光度比较接近，说明在这两个pH值下，破络效果相同。FIG4与表1所得结论一致，因此氢氧化钠沉淀法可以明显降低镍离子对HPLC分析草酸的影响。
3 结论
本文采用高效液相色谱辅以紫外-可见全波长扫描的方法研究了金属配合物效应对草酸色谱分析的影响，并采用氢氧化物沉淀法消除金属配合物效应。
(1) 高效液相色谱定性分析镍-草酸，结果表明，镍离子对草酸定性分析影响不大，保留时间变化约1.0%。
(2)用HPLC对镍-草酸进行定量分析,结果表明,镍离子对草酸的定量分析有较大影响,峰面积变化幅度约为33.7%。
(3)氢氧化物沉淀法可以有效打破镍-草酸络合物，在pH为9.0时可使峰面积分析误差降至1.7%。
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