普魯士藍 一種聚合絡(luò)合物由C、N、Fe三種元素組成
普魯士藍,英文名Prussian Blue(簡稱PB),又名滕氏藍、亞鐵氰化鐵,是一種聚合 絡(luò)合物 ,是由C、N、Fe三種元素組成,一般指亞鐵氰化鐵,其分子式為Fe?[Fe(CN)?]?, 密度為1.8 g/cm3, 其不溶于水,微溶于大多數(shù)有機溶劑, 普魯士藍具有立方晶體結(jié)構(gòu),容易與水形成膠體。 其在加熱時會分解,可以釋放出有毒的 氰化氫 和 氮氧化物 的煙霧。 普魯士藍常被作為顏料 使用,主要應(yīng)用于美術(shù)、雕塑、紡織行業(yè)。 在醫(yī)療 、工業(yè)、分析化學(xué)中也均有應(yīng)用。
研究歷史 早在18世紀,柏林的顏料制造商和鉀鹽賣家兼 煉金術(shù)士 便發(fā)現(xiàn)了普魯士藍,他們是在在制作胭脂紅時,通過觀察其中的沉淀的才偶然發(fā)現(xiàn)了亞鐵氰化鐵(普魯士藍),F(xiàn)e?[Fe(CN)?]?,后稱作普魯士藍)。 1814年,首次通過電解Na?[Fe(CN)?]獲得了普魯士藍。
結(jié)構(gòu)特點 1936年提出了第一個關(guān)于普魯士藍立體結(jié)構(gòu)模型, 當時認為普魯士藍是一種簡單的 NaCl 類似物,F(xiàn)e(III) 和 Fe(II) 離子位于面心立方晶格節(jié)點中,然而該模型并未指出C、N原子所在的位置。1939年提出了普魯士藍的另一結(jié)構(gòu)模型,該結(jié)構(gòu)模型雖然確定了CN 離子位于晶格邊緣的橋接位置,但仍未確定過量Fe(III)離子所在的位置。 直到1977年,通過單晶電子和 中子衍射技術(shù) 精確測量了普魯士藍的詳細結(jié)構(gòu)信息,確定了過量Fe(III)離子位于間隙位置,才正式確定普魯士藍的晶體結(jié)構(gòu)。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì) 普魯士藍一般為深藍色,是一種聚合絡(luò)合物,由C、N、Fe三種元素組成,一般指亞鐵氰化鐵,其分子式為Fe?[Fe(CN)?]?, 密度為1.8 g/cm3,沸點為25.7 ℃,其不溶于水,微溶于大多數(shù)有機溶劑。
化學(xué)性質(zhì) 普魯士藍易溶于酸、堿,可形成膠體。 其在加熱時會分解,可以釋放出有毒的氰化氫和氨氣。
在實驗室中,普魯士藍的生成反應(yīng)還可以用來檢測CN?:
制備方法 在PH為0的鹽酸溶液中加入一定量的 PVP 作為保護劑,加入K?FeC?N?,攪拌至完全溶解,在80 ℃恒溫反應(yīng)20個小時,將反應(yīng)物離心后用乙醇和水洗滌干燥后,即得普魯士藍粉末。 亞鐵氰化鹽發(fā)生氧化反應(yīng)也可直接獲得普魯士藍。
納米級普魯士藍常采用 電化學(xué)沉積法 制備,即將電極放入含有三價鐵離子和K?Fe(CN)?的電解液中,三價鐵離子在電極的作用下會得到電子被還原為亞鐵離子,亞鐵離子進而和K?Fe(CN)?發(fā)生反應(yīng)制得納米級普魯士藍。
應(yīng)用領(lǐng)域
顏料 普魯士藍最開始被用作繪畫的顏料。 其還在彩繪泥塑方面也有應(yīng)用。 并由此衍生出一種工藝—— 藍曬工藝 。
醫(yī)療領(lǐng)域 普魯士藍在醫(yī)療領(lǐng)域也具有很廣泛的應(yīng)用,醫(yī)學(xué)上對于 鐵血黃素 的傳統(tǒng)染色方法便是對于普魯士藍的很好利用,主要是由 鹽酸 和普魯士藍在不同配比下形成不同濃度的染液,繼而分別對病理切片進行染色處理,通過觀察其顏色變化來判斷鐵血黃素的含量。 普魯士藍的另一應(yīng)用便是作為一種納米材料,普魯士藍納米材料具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和生物安全性,所以常被用作靶向藥物的基礎(chǔ)材料, 并且普魯士藍所包含的鐵離子和亞鐵離子可以互相轉(zhuǎn)換,利用這一特點普魯士藍也可以應(yīng)用于成像處理。
分析化學(xué) 普魯士藍還可用來檢測患者 扁桃酸 水平,之前便有報道一種用羥肟酸鐵比色法快速檢測扁桃酸的方法,這種檢測方法雖然快捷,但制備過程中涉及到對皮膚有刺激性且劇毒的 鹽酸羥胺 。 而通過比色法使用普魯士藍進行檢測便沒有上述問題,并且操作簡單,通過測定不同波長條件下的吸光度,進而的到相應(yīng)吸光度條件下的線性回歸方程。 通過分光光度法,普魯士藍還可以用來檢測蔬菜中的 維生素C 的含量,因為維C本身便具有還原性,可以將普魯士藍中的三價鐵離子還原為二價鐵離子,而二價鐵離子可以和與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)生成可溶性普魯士藍,通過測定普魯士藍在特定波長的吸光度變化便可以推算出維C含量。
化工領(lǐng)域 普魯士藍本身具有很好的穩(wěn)定性,可以通過化學(xué)方法將制備好的普魯士藍用于對電極的修飾, 一種對稱型可變色 超級電容器 便是應(yīng)用普魯士藍作為電極修飾材料的應(yīng)用,氧化鎢薄膜和普魯士藍薄膜具有電極變色作用,利用在不同離子變化狀態(tài)下兩種材料的變色互補性,進行可變色超級電容器的構(gòu)筑,進而利用脈沖激光沉積法制備包含兩種材料的復(fù)合薄膜,通過將這種復(fù)合薄膜做為電極,制作出一種對稱型可變色超級電容器。 普魯士藍所具有的立體結(jié)構(gòu)和原子特點,使其具備了一定的催化性和 氧化還原性 ,而 石墨烯 材料雖然具有良好的導(dǎo)電性,但其沒有特定的化學(xué)功能,所以可以將普魯士藍納米材料和石墨烯材料通過真空抽濾而制作一種普魯士藍-氧化石墨烯復(fù)合薄膜,使得他們的特點得到綜合和加強。
環(huán)境領(lǐng)域 水中污染物的去除最高效的方法便是吸附法。 而普魯士藍因為具有良好的骨架 結(jié)構(gòu),其可以與碳納米管海綿以及 鐵氰化鎳 修飾的椰殼纖維結(jié)合形成一種三元結(jié)構(gòu),進而去吸附處理放射性污染水中得Cs+。
安全事宜 據(jù)報道,普魯士藍可以引起輕度 低鉀血癥 ,因為普魯士藍可能結(jié)合胃腸道中的其他電解質(zhì)。從而導(dǎo)致胃腸道癥狀包括腹痛或腹脹、便秘等,這會導(dǎo)致胃腸蠕動進一步降低,但可以用纖維瀉藥和高纖維飲食來治療。 導(dǎo)致小鼠、大鼠和兔急性毒性的口服劑量為 >8000mg/kg。其表現(xiàn)癥狀包括頑固性便秘、梗阻或電解質(zhì)嚴重減少。
儲存及保藏 貯存地應(yīng)保持通風和干燥, 不可與堿性物質(zhì)共存、防高溫。