鄰二氮菲分光光度法測(cè)定水中微量鐵

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鄰二氮菲分光光度法測(cè)定微量鐵 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、學(xué)會(huì)吸收曲線及標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制，了解分光光度法的基本原理。 2、掌握用鄰二氮菲分光光度法測(cè)定微量鐵的方法原理。 3、學(xué)會(huì)721型分光光度計(jì)的正確使用，了解其工作原理。 4、學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)處理的基本方法。 5、掌握比色皿的正確使用。 二、 實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)朗伯-比耳定律：A=εbc，當(dāng)入射光波長λ及光程b一定時(shí)，在一定濃度范圍內(nèi)，有色物質(zhì)的吸光度A與該物質(zhì)的濃度c成正比。只要繪出以吸光度A為縱坐標(biāo)，濃度c為橫坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)出試液的吸光度，就可以由標(biāo)準(zhǔn)曲線查得對(duì)應(yīng)的濃度值，即未知樣的含量。同時(shí)，還可應(yīng)用相關(guān)的回歸分析軟件，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，得到相應(yīng)的分析結(jié)果。 用分光光度法測(cè)定試樣中的微量鐵，可選用顯色劑鄰二氮菲(又稱鄰菲羅啉)，鄰二氮菲分光光度法是化工產(chǎn)品中測(cè)定微量鐵的通用方法，在pH值為2-9的溶液中，鄰二氮菲和二價(jià)鐵離子結(jié)合生成紅色配合物： 此配合物的lgK穩(wěn)=21.3，摩爾吸光系數(shù)ε510 = 1.1104 Lmol-1cm-1，而Fe3+能與鄰二氮菲生成3∶1配合物，呈淡藍(lán)色，lgK穩(wěn)=14.1。所以在加入顯色劑之前，應(yīng)用鹽酸羥胺(NH2OHHCl)將Fe3+還原為Fe2+，其反應(yīng)式如下： 2Fe3+ + 2NH2OHHCl → 2Fe2+ + N2 + H2O + 4H+ + 2Cl- 測(cè)定時(shí)酸度高，反應(yīng)進(jìn)行較慢；酸度太低，則離子易水解。本實(shí)驗(yàn)采用HAc-NaAc緩沖溶液控制溶液pH≈5.0，使顯色反應(yīng)進(jìn)行完全。 為判斷待測(cè)溶液中鐵元素含量，需首先繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線中不同濃度鐵離子引起的吸光度的變化，對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)樣品引起的吸光度，計(jì)算樣品中鐵離子濃度。 本方法的選擇性很高，相當(dāng)于含鐵量40倍的Sn2+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、SiO32-；20倍的Cr3+、Mn2+、VO3-、PO43-；5倍的Co2+、Ni2+、Cu2+-等離子不干擾測(cè)定。但Bi3+、Cd2+、Hg2+、Zn2+、Ag+等離子與鄰二氮菲作用生成沉淀干擾測(cè)定。 三、 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑： 721型分光光度計(jì)、酸度計(jì)、50ml比色管、吸量管（1mL、2mL、5mL、10 mL）、比色皿、洗耳球。 1.110-3molL-1鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液、100ugml-1鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液、鹽酸、鹽酸羥胺、醋酸鈉、0.15%鄰二氮菲水溶液。 四、 實(shí)驗(yàn)步驟 （一）準(zhǔn)備工作 打開儀器電源開關(guān)，預(yù)熱，調(diào)解儀器。 （二）測(cè)量工作（以通過空白溶液的透射光強(qiáng)度為I0，通過待測(cè)液的透射光 強(qiáng)度為I,由儀器給出透射比T,再由T值算出吸光度A值） 1、吸收曲線的繪制和測(cè)量波長的選擇 用吸量管吸取2.00 mL1.010-3mol.L-1標(biāo)準(zhǔn)溶液，注入50 mL比色管中，加入1.00 mL 10%鹽酸羥胺溶液，搖勻，加入2.00 mL0.15%鄰二氮菲溶液，5.0 mL NaAc溶液，以水稀釋至刻度。在光度計(jì)上用1 cm比色皿，采用試劑溶液為參比溶液，在440-560 nm間，每隔10 nm測(cè)量一次吸光度，以波長為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制吸收曲線，選擇測(cè)量的適宜波長。一般選用最大吸收波長λmax為測(cè)定波長。 2、顯色劑條件的選擇（顯色劑用量） 在6支比色管中，各加入2.00mL 1.010-3molL-1鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液和1.00mL 10%鹽酸羥胺溶液，搖勻。分別加入0.10，0.50，1.00，2.00 ，3.00及4.00mL 0.15% 鄰二氮菲溶液，5.0 mL NaAc溶液，以水稀釋至刻度，搖勻。在光度計(jì)上用1cm 比色皿，采用試劑溶液為參比溶液，測(cè)吸光度。以鄰二氮菲體積為橫坐標(biāo)，吸光 度為縱坐標(biāo)，繪制吸光度-試劑用量曲線，從而確定最佳顯色劑用量。 3、溶液pH的確定 取8支50 mL比色管，各加入2mL 1.0010-3mol/L-1的標(biāo)準(zhǔn)鐵溶液和1 mL 10%的鹽酸羥胺溶液，搖勻。放置2 min,再加入特定體積(2中探究出的最適量）0.15% L鄰二氮菲，搖勻，分別加入0.0、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00、3.0 0 mL 0.15%的NaAc溶液，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。 在光度計(jì)上，用1cm的比色皿，選擇適宜（由“1”所決定的）波長，以蒸餾水為參比，分別測(cè)其吸光度。在坐標(biāo)紙上以加入的NaAc溶液體積數(shù)為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo)，繪制A—pH曲線，確定測(cè)定過程中pH范圍。 4、顯色時(shí)間及有色溶液的穩(wěn)定性 用吸量管吸取 2mL 1.0010-3mol/L-1的標(biāo)準(zhǔn)鐵溶液于50 mL比色管中，加入1 mL 10%的鹽酸羥胺溶液，搖勻（原則上每加入一種試劑后都要搖勻）。再加入2 mL鄰二氮菲溶液，加入特定體積的（3中探究出的）NaAc溶液，以水稀釋至刻度，搖勻。在光度計(jì)上，用1 mL的比色皿，以蒸餾水為參比溶液，放置，每?jī)煞昼姕y(cè)一次，在510nm之間測(cè)定吸光度。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制A-t吸收曲線，選擇測(cè)量的最適時(shí)間。 5、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 在6個(gè)50 mL的容量瓶中，用10 mL吸量管分別加入0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 mL 100μgmL-1鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，各加入1 mL 10%鹽酸羥胺，搖勻（原則上每加入一種試劑都要搖勻）。再加入2 mL 0.15%的鄰二氮菲溶液和特定體積 1molL-1NaAc溶液，以蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。放置一段時(shí)間（4中探究出的時(shí)間）。以試劑空白為參比，在510nm或所波長下，用1cm的比色皿，測(cè)定各溶液的吸光度。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。 6、試液含鐵量的測(cè)定 準(zhǔn)確吸取適量試液（如水樣或工業(yè)鹽酸、石灰石樣品制備液等）代替標(biāo)準(zhǔn)溶液，其他步驟同上，平行三次測(cè)定其吸光度。記錄計(jì)算機(jī)顯示的含鐵量，計(jì)算試液中鐵的含量（以mgL-1表示）。 五、 數(shù)據(jù)處理 1、鄰二氮菲-Fe2+吸收曲線的繪制 （1）數(shù)據(jù)紀(jì)錄 不同波長吸光度 波長λ/nm 440 445 450 455 460 465 470 475 480 吸光度A 0.340 0.353 0.364 0.377 0.395 0.415 0.433 0.447 0.454 波長λ/nm 485 490 495 500 505 510 515 520 525 吸光度A 0.457 0.460 0.467 0.477 0.490 0.497 0.491 0.468 0.428 波長λ/nm 530 535 540 545 550 555 560 吸光度A 0.374 0.310 0.246 0.188 0.140 0.104 0.077 （2）作吸收曲線圖 由圖可知，最大吸收波長λmax= 510nm 2、 顯色劑用量的測(cè)定 （1）顯色劑用量與吸光度的關(guān)系 鄰二氮菲用量曲線：（λ=510 nm） 鄰二氮菲的體積（ml） 0.10 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 吸光度A 0.048 0.282 0.497 0.500 0.491 0.485 據(jù)上面數(shù)據(jù)，作得標(biāo)準(zhǔn)曲線圖如下： 由圖可知，顯色劑最佳用量為1.00 mL 0.15%鄰二氮菲溶液。 （2）溶液pH與吸光度的關(guān)系 濃度 [ug/ml] Abs 0 0.006 0.2 0.06 0.5 0.231 1 0.42 1.5 0.406 2 0.402 2.5 0.395 據(jù)上面數(shù)據(jù)，作得標(biāo)準(zhǔn)曲線圖如下： 由圖可知，NaAc最佳用量為1.00 mL。 （3）顯色時(shí)間及有色溶液的穩(wěn)定性 t min 0 3 6 9 12 15 A 0.480 0.477 0.478 0.479 0.480 0.479 結(jié)論：放置12分鐘后鐵離子與鄰二氮菲基本完全結(jié)合。 2、 工業(yè)鹽酸中鐵含量的測(cè)定 （1）標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 試液中鐵含量與吸光度的關(guān)系 V100ug/mL mL 0.00 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 A 0.00 0.218 0.289 0.355 0.430 0.494 試液含鐵量的測(cè)定 測(cè)試次數(shù) 1 2 3 吸光度A 0.482 0.483 0.483 鐵的濃度/ug/mL 1.3545 1.3574 1.3574 鐵水樣濃度的平均值/ug/mL 1.3564 相對(duì)偏差 0.095% 0.05% 0.05% 數(shù)據(jù)分析：本次測(cè)量的結(jié)果的偏離平均值較小，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的可信度高。 六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1、不能顛倒各種試劑的加入順序。 2、讀數(shù)據(jù)時(shí)要注意A和T所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。透射比與吸光度的關(guān)系為:A=log(I0/I)= log(1/T)；測(cè)定條件指：測(cè)定波長和參比溶液的選擇。 3、最佳波長選擇好后不要再改變。 4、每次測(cè)定前要注意調(diào)滿刻度。 七、思考題 1、鄰二氮菲分光光度法測(cè)定微量鐵時(shí)為何要加入鹽酸羥胺溶液？ 答：工業(yè)鹽酸中含有Fe2+和Fe3+，其中Fe2+與鄰二氮菲(phen)能生成穩(wěn)定的桔紅色配合物[Fe(phen)3]2+此配合物的lgK穩(wěn)=21.3，摩爾吸光系數(shù)ε510 =1.1104Lmol-1cm-1，而Fe3+能與鄰二氮菲生成3∶1配合物，呈淡藍(lán)色，lgK穩(wěn)=14.1。所以在加入顯色劑之前，應(yīng)用鹽酸羥胺(NH2OHHCl)將Fe3+還原為Fe2+，然后，進(jìn)行鐵的總量的測(cè)定 。 2、參比溶液的作用是什么？在本實(shí)驗(yàn)中可否用蒸餾水作參比？ 答：參比溶液的作用是扣除背景干擾，不能用蒸餾水作參比，因?yàn)檎麴s水成分與試液成分相差太遠(yuǎn)，只有參比和試液成分盡可能相近，測(cè)量的誤差才會(huì)越小。 3、鄰二氮菲與鐵的顯色反應(yīng)，其主要條件有哪些？ 答：鄰二氮菲與鐵的顯色反應(yīng)，其主要條件有：酸度一般(pH=5~6)、溫度、 鄰二氮菲的用量，顯色時(shí)間等。 八、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 通過本實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)了確定實(shí)驗(yàn)條件的方法，再次熟悉了可見分光光度法的測(cè)量原理和實(shí)驗(yàn)操作步驟,掌握了鄰二氮菲分光光度法測(cè)定微量鐵的方法原理以及掌握721型分光光度計(jì)的使用方法。