邻二氮菲分光光度法测定微量铁.docx
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邻二氮菲分光光度法测定微量铁
分光光度法测铁含量
一、实验目的
⒈学习确定实验条件的方法，掌握邻二氮菲分光光度法测定微量铁的方法原理；
⒉掌握721型分光光度计的使用方法，并了解此仪器的主要构造。
二、实验原理
⒈确定适宜的条件的原因：
在可见光分光光度法的测定中，通常是将被测物
与显色剂反应，使之生成有色物质，然后测其吸光度，进而求得被测物质的含量。
因此，显色条件的完全程度和吸光度的测量条件都会影响到测量结果的准确性。
为了使测定有较高的灵敏度和准确性，必须选择适宜的显色反应条件和仪器测量
条件。
通常所研究的显色反应条件有显色温度和时间，显色剂用量，显色液酸度，
干扰物质的影响因素及消除等，但主要是测量波长和参比溶液的选择。
对显色剂
用量和测量波长的选择是该实验的内容。
⒉如何确定适宜的条件：
条件试验的一般步骤为改变其中一个因素，暂时固
定其他因素，显色后测量相应溶液吸光度，通过吸光度与变化因素的曲线来确定
适宜的条件。
⒊本试验测定工业盐酸中铁含量的原理：
根据朗伯－比耳定律：
A=εbc。
当入射光波长λ及光程b一定时，在一定浓度范围内，有色物质的吸光度A与
该物质的浓度c成正比。
只要绘出以吸光度A为纵坐标，浓度c为横坐标的标
准曲线，测出试液的吸光度，就可以由标准曲线查得对应的浓度值，即工业盐酸
中铁的含量。
⒋邻二氮菲法的优点：
用分光光度法测定试样中的微量铁，目前一般采用邻
二氮菲法，该法具有高灵敏度、高选择性，且稳定性好，干扰易消除等优点。
⒌邻二氮菲法简介：
邻二氮菲为显色剂，选择测定微量铁的适宜条件和测
量条件，并用于工业盐酸中铁的测定。
⒍邻二氮菲可测定试样中铁的总量的条件和依据：
邻二氮菲亦称邻菲咯啉
（简写phen），是光度法测定铁的优良试剂。
在pH=2～9的范围内，邻二氮菲
与二价铁生成稳定的桔红色配合物（（Fe（phen）3）2+）。
此配合物的lgK稳=21.3，摩尔吸光系数ε510=1.1×104L·mol-1·cm-1，而Fe3+能与邻二氮菲生成3∶1配合物，呈淡蓝色，lgK稳=14.1。
所以在加入显色剂之前，应用盐酸羟胺（NH2OH·HCl）将Fe3+还原为Fe2+，其反应式如下：
2Fe3+ +2NH2OH·HCl→2Fe2++N2+H2O+4H+ +2Cl-
测定时控制溶液的酸度为pH≈5较为适宜，用邻二氮菲可测定试样中铁的总量。
三、仪器试剂
⒈仪器：
721型分光光度计；1cm吸收池；10mL吸量管；50mL比色管（7个）。
⒉试剂：
1.0×10-3mol·L-1铁标准溶液；100μg·mL-1铁标准溶液；0.15%
邻二氮菲水溶液；10%盐酸羟胺溶液（新配）；1mol·L-1乙酸钠溶液；1mol·L-1
NaOH溶液；6mol·L-1HCl（工业盐酸试样）。
四、实验步骤
（一）准备工作
打开仪器电源开关，预热，调解仪器。
（二）测量工作（以通过空白溶液的透射光强度为I0，通过待测液的透射光
强度为I,由仪器给出透射比T,再由T值算出吸光度A值）
⒈吸收曲线的绘制和测量波长的选择
用吸量管吸取2.00mL1.0×10-3mol·L-1铁标准溶液，注入50mL比色管中，
加入1.00mL10%盐酸羟胺溶液，摇匀，加入2.00mL0.15%邻二氮菲溶液，5.0mL
NaAc溶液，以水稀释至刻度。
在光度计上用1cm比色皿，采用试剂溶液为参比
溶液，在440～560nm间，每隔10nm测量一次吸光度（在最大吸收波长处，每
隔2nm），以波长为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸收曲线，选择测量的适宜
波长。
⒉显色剂条件的选择（显色剂用量）
在6支比色管中，各加入2.00mL1.0×10-3mol·L-1铁标准溶液和1.00mL10%
盐酸羟胺溶液，摇匀。
分别加入0.10，0.50，1.00，2.00，3.00及4.00mL0.15%
邻二氮菲溶液，5.0mLNaAc溶液，以水稀释至刻度，摇匀。
在光度计上用1cm
比色皿，采用试剂溶液为参比溶液，测吸光度。
以邻二氮菲体积为横坐标，吸光
度为纵坐标，绘制吸光度-试剂用量曲线，从而确定最佳显色剂用量。
⒊工业盐酸中铁含量的测定
⑴标准曲线的制作
在6支50mL比色管中，分别加入0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mL100
μg/mL铁标准溶液，再加入1.00mL10%盐酸羟胺溶液，2.00mL0.15%邻二氮菲
溶液和5.0mLNaAc溶液，以水稀释至刻度，摇匀。
在512nm处，用1cm比色
皿，以试剂空白为参比，测吸光度A。
⑵试样测定
准确吸取适量工业盐酸三份，按标准曲线的操作步骤，测定其吸光度。
五、实验数据记录与处理
⒈标准曲线的制作
波长（nm）
440
450
460
470
480
490
492
494
496
T（%）
58.0
54.8
50.8
46.0
44.9
43.2
42.8
42.0
42.0
吸光度A
0.2366
0.2600
0.2900
0.3372
0.3478
0.3645
0.3686
0.3768
0.3768
波长（nm）
498.0
500.0
502.0
504.0
506.0
508.0
510.0
512.0
514.0
T（%）
41.8
41.6
41.0
40.0
41.1
40.0
39.8
39.2
39.5
吸光度A
0.3788
0.3809
0.3872
0.3979
0.3862
0.3872
0.4001
0.4067
0.4034
波长（nm）
516.0
518.0
520.0
530.0
540.0
550.0
560.0
T（%）
39.8
40.0
40.9
48.0
57.2
73.1
83.1
吸光度A
0.4001
0.3979
0.3882
0.3188
0.2426
0.1361
0.0804
根据上面数据，作得标准曲线图如下：
由作图可知，最大吸收波长为512nm。
⒉显色剂用量的测定
邻二氮菲用量曲线：
（λ=512nm）
邻二氮菲的体积（mL）
0.10
0.50
1.00
2.00
3.00
4.00
透射比T（%）
85.1
51.1
36.4
35.9
36.1
36.8
吸光度A
0.0701
0.2916
0.4389
0.445
0.4425
0.4342
据上面数据，作得标准曲线图如下：
由图可知，显色剂最佳用量为2.00mL0.15%邻二氮菲溶液。
⒊工业盐酸中铁含量的测定
⑴标准曲线的制作
铁标液体积
（mL）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
铁浓度
（μg/mL）
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
透射比T（%）
100
85.0
66.3
57.8
41.1
38.1
吸光度A
0
0.0706
0.1785
0.2381
0.3862
0.4191
据上面数据，作得标准曲线图如下：
标准曲线方程为 y=0.2216*x-0.0061
R2=0.98
⑵试样测定（工业盐酸铁含量的测定）
未知样标号
1
2
吸入盐酸的量（mL）
1.0
1.5
透射比T（%）
82.2
75.1
吸光度A
0.0851
0.1244
稀释后盐酸中铁的
0.4116
0.5889
含量（μg/mL）
把y=0.0851，0.1244代入标准曲线方程y=0.2216*x-0.0061中，
得到x=0.4116，0.5889，即稀释后工业盐酸中铁的含量为0.4116μg/mL，0.5889μg/mL。
由1.0*Cx2/50=0.4116，得Cx1=20.58（μg/mL）
由1.5Cx3/50=0.5889，得Cx2=19.63（μg/mL）
则Cx=（Cx1+Cx2）/2=（20.58+19.63）/2=20.11（μg/mL）
RSD=3.34%
所以工业盐酸中铁的含量为20.11μg/mL。
小结：
通过实验数据可知，最适宜波长为λ=512nm；邻二氮菲（0.15%）的适
宜用量为2mL；最终由标准曲线得工业盐酸中铁的含量为：
20.11μg/mL。
六、实验注意事项
⒈不能颠倒各种试剂的加入顺序。
⒉读数据时要注意A和T所对应的数据。
透射比与吸光度的关系为:
A=log（I0/I）=log（1/T）；测定条件指：
测定波长和参比溶液的选择。
⒊最佳波长选择好后不要再改变。
⒋每次测定前要注意调满刻度。
七、思考题
⒈邻二氮菲分光光度法测定微量铁时为何要加入盐酸羟胺溶液？
答：
工业盐酸中含有Fe2+和Fe3+，其中Fe2+与邻二氮菲（phen）能生成稳定的
桔红色配合物[Fe（phen）3]2+此配合物的lgK稳=21.3，摩尔吸光系数ε510=1.1×104
L·mol-1·cm-1，而Fe3+能与邻二氮菲生成3∶1配合物，呈淡蓝色，lgK稳=14.1。
所
以在加入显色剂之前，应用盐酸羟胺（NH2OH·HCl）将Fe3+还原为Fe2+，然后，进
行铁的总量的测定。
2参比溶液的作用是什么？
在本实验中可否用蒸馏水作参比？
答：
参比溶液的作用是扣除背景干扰，不能用蒸馏水作参比，因为蒸馏水成分与试液成
分相差太远，只有参比和试液成分尽可能相近，测量的误差才会越小。
3邻二氮菲与铁的显色反应，其主要条件有哪些？
答：
邻二氮菲与铁的显色反应，其主要条件有：
酸度一般（PH=5~6）、温度、邻二氮菲
的用量，显色时间等。
八、实验总结
通过本实验，学习了确定实验条件的方法，再次熟悉了可见分光光度法的测量原理和实验操作步骤,掌握了邻二氮菲分光光度法测定微量铁的方法原理以及掌握721型分光光度计的使用方法。
可见分光光度法
基本要点：
1.理解分子吸收光谱的产生及特征；
2.理解光吸收基本定律和应用于紫外可见分光光度法的条件及其偏离因素；
3.了解紫外-可见分光光度计的主要部件及其类型；
4.理解紫外-可见分光光度法的显色反应条件和测量条件的选择；
5.掌握紫外-可见分光光度法的定性分析和定量分析方法及其应用。
光学分析法
光学分析法—利用辐射与物质间相互作用进行定性、定量的分析方法。
光谱法光学光谱：
原子吸收、紫外可见、荧光分析、原子发射等
光学其它光谱：
核磁共振、顺磁共振、X射线荧光等
分析法
非光谱法：
折射法、偏振法、旋光法、园二向色散法、X射线衍射法等
电磁波
一.电磁波
电磁波：
实验证实，电磁波（电磁辐射）是一种以极高速度传播的光量子流。
既具有粒子性，也具有波动性。
1.波动性：
其特征是每个光子具有一定的波长，可以用波的参数如波长（ë）、频率（í）、周期（T）、及振幅（A）等来描述。
由于在真空中，所有电磁波均以同样的最大速度“C”传播，各种辐射在真空中有固定的波长：
（1）
但电磁波在任何介质中的传播速度都比在真空中小，通常用真空中的“”值来标记各种不同的电磁波。
波长单位：
紫外可见区常用“nm”
红外光区常用“㎛”
微波区常用“cm”
2.粒子性电磁辐射与物质之间能量的转移用粒子性来解释
特征：
辐射能是由一颗一颗不连续的粒子流传播的，这种粒子叫光量子，是量子化的（发射或被吸收）。
光量子的能量：
E=h式中：
h—plank常数，其值为6.62610-34J·S
光量子能量与波长的关系为：
（2）
例如：
为200nm的光，一个光量子的能量是：
由于光量子能量小（10-19J），因此定义：
1eV（电子伏）=1.602110-19J
则上例中
由
（2）式可知：
E，E
即：
随着，辐射波动性变得较明显；
随着，辐射的粒子性表现的较明显。
二.电磁波
电磁波谱：
电磁辐射按波长顺序排列称为电磁波谱。
紫外可见分光光度法：
是根据物质分子对紫外及可见光谱区光辐射的吸收特征和吸收程度进行定性、定量的分析方法。
分子吸收光谱
一.分子吸收光谱的产生
（一）分子能级与电磁波谱
分子中包含有原子和电子，分子、原子、电子都是运动着的物质，都具有能量，且都是量子化的。
在一定的条件下，分子处于一定的运动状态，物质分子内部运动状态有三种形式：
①电子运动：
电子绕原子核作相对运动；
②原子运动：
分子中原子或原子团在其平衡位置上作相对振动；
③分子转动：
整个分子绕其重心作旋转运动。
所以：
分子的能量总和为
E分子=Ee+Ev+Ej+⋯（E0+E平）（3）
分子中各种不同运动状态都具有一定的能级。
三种能级：
电子能级E（基态E1与激发态E2）
振动能级V=0，1，2，3⋯
转动能级J=0，1，2，3⋯
当分子吸收一个具有一定能量的光量子时，就有较低的能级基态能级E1跃迁到较高的能级及激发态能级E2，被吸收光子的能量必须与分子跃迁前后的能量差∆E恰好相等，否则不能被吸收。
图1双原子分子的三种能级跃迁示意图
对多数分子对应光子波长光谱
∆E约为1~20eV1.25~0.06㎛紫外、可见区（电子）
∆E约为0.5~1eV25~1.25㎛（中）红外区（振动）
∆E约为10-4~0.05eV1.25cm~25㎛（远）红外区（转动）
分子的能级跃迁是分子总能量的改变。
当发生电子能级跃迁时，则同时伴随有振动能级和转动能级的改变，即“电子光谱”——均改变。
因此，分子的“电子光谱”是由许多线光谱聚集在一起的带光谱组成的谱带，称为“带状光谱”。
由于各种物质分子结构不同对不同能量的光子有选择性吸收吸收光子后产生的吸收光谱不同利用物质的光谱进行物质分析的依据。
二.紫外-可见吸收光谱与有机分子结构的关系
（一）电子跃迁的类型
许多有机化合物能吸收紫外-可见光辐射。
有机化合物的紫外-可见吸收光谱主要是由分子中价电子的跃迁而产生的。
分子中的价电子有：
成键电子：
电子、电子（轨道上能量低）
未成键电子：
n电子（轨道上能量较低）
这三类电子都可能吸收一定的能量跃迁到能级较高的反键轨道上去，见图-3：
键
图2分子中价电子跃迁示意图
1.-*跃迁
-*的能量差大所需能量高吸收峰在远紫外（<150nm）
饱和烃只有、*轨道，只能产生-*跃迁，例如：
甲烷吸收峰在125nm；乙烷吸收峰在135nm（<150nm）
（因空气中O2对<150nm辐射有吸收，定量分析时要求实验室有真空条件，要求一般难达到）
2.-*跃迁
-*能量差较小所需能量较低吸收峰紫外区（200nm左右）
不饱和烃类分子中有电子，也有*轨道，能产生-*跃迁：
CH2=CH2,吸收峰165nm。
（吸收系数大，吸收强度大，属于强吸收）
3.n-*跃迁
n-*能量较低收峰紫外区（200nm左右）（与-*接近）
含有杂原子团如：
-OH，-NH2，-X，-S等的有机物分子中除能产生
-*跃迁外，同时能产生n-*跃迁，例如：
三甲基胺（CH3）3N-的n-*吸收峰在227nm，约为900L/mol·cm，属于中强吸收。
4.n-*跃迁
n-*能量低吸收峰在近紫外、可见区（200~700nm）含有杂原子的不饱和基团，如-C=O，-CN等，例如：
丙酮：
n-*跃迁，max280nm左右（同时也可产生-*跃迁），属于弱吸收，<500L/mol·cm.
各种跃迁所需能量大小次序为：
-*>n-*-*>n-*
紫外-可见吸收光谱法在有机化合物中应用主要以：
-*、n-*为基础。
（二）吸收峰的长移和短移
长移：
吸收峰向长λ移动的现象，又称红移；
短移：
吸收峰向短λ移动的现象，又称紫移；
增强效应：
吸收强度增强的现象；
减弱效应：
吸收强度减弱的现象。
（三）发色团和助色团
-*、n-*跃迁都需要有不饱和的官能团以提供轨道，因此，轨道的存在是有机化合物在紫外-可见区产生吸收的前提条件。
1.发色团：
具有轨道的不饱和官能团称为发色团。
主要有：
-C=O，-N=N-，-N=O，-CC-等。
但是，只有简单双键的化合物生色作用很有限，其有时可能仍在远紫外区，若分子中具有单双键交替的“共轭大键”（离域键）时，
如：
丁二稀CH2=CH—CH=CH2
由于大键中的电子在整个分子平面上运动，活动性增加，使与*间的能量差减小，使-*吸收峰长移，生色作用大大增强。
2.助色团
本身不“生色”，但能使生色团生色效应增强的官能团——称为助色团
主要有：
–OH、–NH2、–SH、–Cl、–Br等
（具有未成键电子轨道n的饱和官能团）
当这些基团单独存在时一般不吸收紫外-可见区的光辐射。
但当它们与具有轨道的生色基团相结合时，将使生色团的吸收波长长移（红移），且使吸收强度增强。
（助色团至少要有一对与生色团电子作用的孤对电子）
（四）溶剂效应（溶剂的极性对吸收带的影响）
-*跃迁：
溶剂的极性长移
三.吸收光谱
吸收光谱：
又称吸收曲线，是以波长（）为横坐标、吸光度（A）为纵坐标所描绘的图形。
特征：
吸收峰曲线上比左右相邻处都高的一处；
max吸收程度最大所对应的（曲线最大峰处的）
谷曲线上比左右相邻处都低的一处；
min最低谷所对应的；
肩峰介于峰与谷之间，形状像肩的弱吸收峰；
末峰吸收在吸收光谱短波长端所呈现的强吸收而不呈峰形的部分。
图3吸收曲线示意图
定性分析：
吸收光谱的特征（形状和max）
定量分析：
一般选max测吸收程度（吸光度A）
光的吸收定律
一.Lambert-Beer定律——光吸收基本定律
“Lambert-Beer定律”是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度（c）和液层厚度（b）间的关系的定律，是光吸收的基本定律，是紫外-可见光度法定量的基础。
Lambert定律——吸收与液层厚度（b）间的关系
Beer定律——吸收与物质的浓度（c）间的关系
“Lambert-Beer定律”可简述如下：
当一束平行的单色光通过含有均匀的吸光物质的吸收池（或气体、固体）时，光的一部分被溶液吸收，一部分透过溶液，一部分被吸收池表面反射；
设：
入射光强度为I0，吸收光强度为Ia，透过光强度为It，反射光强度为Ir，则它们之间的关系应为：
I0=Ia+It+Ir（4）
若吸收池的质量和厚度都相同，则Ir基本不变，在具体测定操作时Ir的影响可互相抵消（与吸光物质的c及b无关）
上式可简化为：
I0=Ia+It（5）
（6）
实验证明：
当一束强度为I0的单色光通过浓度为c、液层厚度为b的溶液时，一部分光被溶液中的吸光物质吸收后透过光的强度为It，则它们之间的关系为：
称为透光率，用T%表示。
称为吸光度，用A表示
则A=-lgT=K·b·c（7）
此即Lambert-Beer定律数学表达式。
L-B定律可表述为：
当一束平行的单色光通过溶液时，溶液的吸光度（A）与溶液的浓度（C）和厚度（b）的乘积成正比。
它是分光光度法定量分析的依据。
二.吸光度的加和性
设某一波长（）的辐射通过几个相同厚度的不同溶液c1，c2⋯⋯cn，其透射光强度分别为I1，I2⋯⋯In，根据吸光度定义：
这一吸光体系的总吸光度为
而各溶液的吸光度分别为：
（8）
吸光度的和为：
（9）
即几个（同厚度）溶液的吸光度等于各分层吸光度之和。
如果溶液中同时含有n中吸光物质，只要各组分之间无相互作用（不因共存而改变本身的吸光特性），则：
A=K1C1b1+K2C2b2+⋯⋯KnCnbn=A1+A2+⋯⋯+An（10）
应用：
①进行光度分析时，试剂或溶剂有吸收，则可由所测的总吸光度A中扣除，即以试剂或溶剂为空白的依据；
②测定多组分混合物；
③校正干扰。
三.吸光系数
Lambert-Beer定律中的比例系数“K”的物理意义是：
吸光物质在单位浓度、单位厚度时的吸光度。
一定条件（T、及溶剂）下，K是物质的特征常数，是定性的依据。
K在标准曲线上为斜率，是定量的依据。
常有两种表示方法：
1.摩尔吸光系数（）：
当c用mol/L、b用cm为单位时，用摩尔吸光系数表示，单位为L/mol·cm
A=·b·c（11）
与b及c无关。
一般不超过105数量级，通常：
>104为强吸收；<102为弱吸收；102>>104为中强吸收。
吸收系数不可能直接用1mol/L浓度的吸光物质测量，一般是由较稀溶液的吸光系数换算得到。
2.吸光系数
当c用g/L，b用cm为单位时，K用吸光系数a表示，单位为L/g·cm
A=a·b·c（12）
与a之间的关系为：
=M·a（13）
——通常多用于研究分子结构
a——多用于测定含量。
四.引起偏离Lambert-Beer定律的因素
根据L-B定律，A与c的关系应是一条通过原点的直线，称为“标准曲线”。
但事实上往往容易发生偏离直线的现象而引起误差，尤其是在高浓度时。
导致偏离L-B定律的因素主要有：
1.吸收定律本身的局限性
事实上，L-B定律是一个有限的定律，只有在稀溶液中才能成立。
由于在高浓度时（通常C>0.01mol/L），吸收质点之间的平均距离缩小到一定程度，邻近质点彼此的电荷分布都会相互受到影响，此影响能改变它们对特定辐射的吸收能力，相互影响程度取决于C，因此，此现象可导致A与C线性关系发生偏差。
此外，
（n为折射率）
只有当c0.01mol/L（低浓度）时，n基本不变，才能用代替真。
2.化学因素
溶液中的溶质可因c的改变而有离解、缔合、配位以及与溶剂间的作用等原因而发生偏离L-B定律的现象。
例：
在水溶液中，Cr（Ⅵ）的两种离子存在如下平衡
Cr2O42-+H2
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