利用肼吡唑配体对食品和环境样品中的锰离子进行直接分光光度测定

《Journal of Molecular Structure》：Direct Spectrophotometric Determination of Manganese Ions in Food and Environmental Samples Using Hydrazopyrazole ligand

本研究开发了一种新型、灵敏且简便的分光光度法用于检测水样和米粉中的锰（II）。在碱性条件下，锰（II）与5-氨基-4-[(2-氯苯基)肼基]-2,4-二氢吡唑-3-酮形成黄色络合物，检测限0.15 mg/L，定量限0.53 mg/L，最大吸收波长305 nm，摩尔吸光系数3.9×103 L·mol?1·cm?1。线性范围0.5-23×10?? M。通过红外、核磁共振等光谱技术及扫描电镜确认固体络合物结构，样品回收率分别为103-111.7%和86.7-91.5%，证实方法的高效性与适用性。

　　

Gharam I. Mohammed | Sulafa Nassar | Thoraya A. Farghaly

沙特阿拉伯麦加乌姆阿尔-库拉大学科学学院化学系

摘要

本文报道了一种新型、灵敏且简便的方法用于锰的光谱光度测量。在碱性（pH 12）溶液中，锰(II)与5-氨基-4-[(2-氯苯基)-肼基]-2,4-二氢吡唑-3-酮（H₂L）形成黄色螯合物。该配合物的检测限为0.15 mg L^-1（2.9 μM），定量限为0.53 mg L^-1（9.7 μM）。其在305 nm处的摩尔吸收系数（λ_max）为3.9 × 10³ L mol^-1cm^-1。在0.5 × 10^-5至23 × 10^-5 M的浓度范围内，符合比尔定律。通过实验确认H₂L与Mn²⁺离子形成的金属配合物的摩尔比为2:1。所使用的技术具有灵敏度高、操作简便、成本低廉等优点。对固体配合物（H₂L-Mn）的研究增进了我们对溶液中形成的配合物分子组成和结构的了解。通过红外光谱、核磁共振、紫外-可见光谱、扫描电子显微镜（SEM）和热分析等分析方法揭示了其结构。该方法用于测定水和米粉样品中锰(II)的回收率，水样的回收率为103 ± 1.5%至111.7 ± 1.17%，米粉样品的回收率为86.7 ± 1.6%至91.5 ± 0.42%。从样品中高回收率地检测出锰(II)表明了该方法的有效性及其在多种含锰样品中的潜在应用价值。

引言

由于工业化的影响，土壤、空气、水和食物都受到了有毒金属的污染。这些金属通过食物和水链进入人体，可能引发健康问题[1]。锰（Mn）在自然界中普遍存在，存在于多种食物、水和土壤中。这种微量元素会影响土壤肥力，并被植物主动吸收[2]。锰是多种酶的组成部分，如超氧化物歧化酶、谷氨酰胺合成酶和精氨酸酶[3]。冶金和化学领域大量使用锰，导致其释放到生物圈、水圈和大气中。虽然锰是必需元素，但过量摄入可能干扰神经系统正常运作[4]。工作场所接触锰这种已知具有神经毒性的物质可能导致多种症状，包括运动和认知障碍、抑郁和焦虑[5]。最新研究表明，长期暴露于低浓度锰可能加速帕金森病的发展[6,7]。许多环境样品中都含有微量锰。淡水中的锰浓度范围为0.02-130 g L^-1[8]。因此，需要极其灵敏的方法来检测食品和水样中的锰。由于实际样品中的基质干扰和技术灵敏度限制，直接检测极低浓度的锰通常较为困难。可用于测定锰(II)的方法包括光谱光度法、流动注射分析（FIA）、原子吸收光谱法（AAS）和荧光光谱法。光谱光度法适用于常规分析，因其适应性强且成本效益高，尤其适用于发展中国家。在光谱光度法测定锰(II)时，常用过氧化钾和过硫酸铵等氧化剂[9],[10],[11]。在与水结合时，含氮杂环化合物对于识别不同金属离子至关重要[13],[12],[13],[14],[15]。近年来，基于吡唑的金属离子配合物因其多种生物活性（如抗病毒、抗疟疾、抗炎、抗肿瘤和抗菌作用）而受到广泛研究[16],[17],[18],[19]，这些活性通常归因于其螯合微量金属离子的能力[22,20,21,25]。吡唑的功能化潜力使其能够合成多种吡唑配体，如混合吡唑羧酸配体、双吡唑羧酸配体和聚吡唑[22]。由于基于吡唑的金属有机框架（MOFs）在电子器件制造、吸附、混合质子交换膜、电化学传感等领域的应用前景，科学界对其合成产生了浓厚兴趣[23,24,29,25]。肼类化合物的药理效应、分析用途、结构灵活性以及多样的配位模式使其备受关注，尤其是其可能存在的互变异构现象[31]。为了进一步了解金属检测和配位机制[26],[27],[28],[29]，本研究采用了一种比色法，通过形成5-氨基-4-[(2-氯苯基)-肼基]-2,4-二氢吡唑-3-酮配合物，快速、简便且经济地识别和定量水样和米粉样品中的锰(II)离子。

试剂

试剂

除非另有说明，所有使用的溶剂和化学品均为分析级纯度，并按说明书要求使用。2-氯苯胺、硝酸钠、乙氰基乙酸酯、乙酸钠、HCl、肼水和乙醇均购自Aldrich或Merck公司。锰的标准溶液通过将3.0785±0.001 g的MnSO₄.H₂O溶解在超纯水中并定容至一升容量瓶中制备。

配体（L）和Mn(II)配合物的特性与构象

通过制备和分离固体Mn(II)配合物，我们验证了溶液中配体（L）与Mn(II)的化学计量比，从而了解了它们之间的相互作用位点。根据先前报道[31,32]，合成了氨基吡唑酮衍生物L。通过红外光谱等光谱方法确认了其结构，发现NH和NH²基团在3500至3100 cm^-1范围内有宽吸收带。

结论

本文开发了一种新型化学传感器，利用光谱光度法检测水样中的锰(II)离子。该方法首先基于在pH = 12条件下使用氨基吡唑酮配体（H₂L）制备稳定的螯合物。在304 nm波长处检测到明显的吸收峰。浓度在3.0至13.0 mg L^-1范围内表现出线性关系，相关系数为0.9866。该方法的定量限（LOQ）为0.53 mg L^-1，检测限为...

未引用的参考文献

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作者贡献声明

Gharam I. Mohammed：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、数据分析。Sulafa Nassar：软件使用、实验设计、资金获取、数据分析。Thoraya A. Farghaly：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验实施。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

资助

本研究由沙特阿拉伯乌姆阿尔-库拉大学资助，资助编号为：25UQU4330163GSSR02

致谢

作者感谢沙特阿拉伯乌姆阿尔-库拉大学通过资助编号25UQU4330163GSSR02支持本研究。