邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁.docx
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邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁
邻二氮菲分光光度法测定微量铁
欧阳学文
一、实验目的
1、学会吸收曲线及标准曲线的绘制，了解分光光度法的基本原理。
2、掌握用邻二氮菲分光光度法测定微量铁的方法原理。
3、学会721型分光光度计的正确使用，了解其工作原理。
4、学会数据处理的基本方法。
5、掌握比色皿的正确使用。
二、实验原理
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，即未知样的含量。
同时，还可应用相关的回归分析软件，将数据输入计算机，得到相应的分析结果。
用分光光度法测定试样中的微量铁，可选用显色剂邻二氮菲（又称邻菲罗啉），邻二氮菲分光光度法是化工产品中测定微量铁的通用方法，在pH值为29的溶液中，邻二氮菲和二价铁离子结合生成红色配合物：
此配合物的lgK稳=21.3，摩尔吸光系数ε510=1.1×104L·mol1·cm1，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
测定时酸度高，反应进行较慢；酸度太低，则离子易水解。
本实验采用HAcNaAc缓冲溶液控制溶液pH≈5.0，使显色反应进行完全。
为判断待测溶液中铁元素含量，需首先绘制标准曲线，根据标准曲线中不同浓度铁离子引起的吸光度的变化，对应实测样品引起的吸光度，计算样品中铁离子浓度。
本方法的选择性很高，相当于含铁量40倍的Sn2+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、SiO32；20倍的Cr3+、Mn2+、VO3、PO43；5倍的Co2+、Ni2+、Cu2+等离子不干扰测定。
但Bi3+、Cd2+、Hg2+、Zn2+、Ag+等离子与邻二氮菲作用生成沉淀干扰测定。
三、实验仪器与试剂：
721型分光光度计、酸度计、50ml比色管、吸量管（1mL、2mL、5mL、10mL）、比色皿、洗耳球。
1.1×103mol·L1铁标准溶液、100ug·ml1铁标准溶液、盐酸、盐酸羟胺、醋酸钠、0.15%邻二氮菲水溶液。
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）
1、吸收曲线的绘制和测量波长的选择
用吸量管吸取2.00mL1.0×103mol.L1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，5.0mLNaAc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440560nm间，每隔10nm测量一次吸光度，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。
一般选用最大吸收波长λmax为测定波长。
2、显色剂条件的选择（显色剂用量）
在6支比色管中，各加入2.00mL1.0×103mol·L1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。
3、溶液pH的确定
取8支50mL比色管，各加入2mL1.00×103mol/L1的标准铁溶液和1mL10%的盐酸羟胺溶液，摇匀。
放置2min,再加入特定体积（2中探究出的最适量）0.15%L邻二氮菲，摇匀，分别加入0.0、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00、3.00mL0.15%的NaAc溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
在光度计上，用1cm的比色皿，选择适宜（由“1”所决定的）波长，以蒸馏水为参比，分别测其吸光度。
在坐标纸上以加入的NaAc溶液体积数为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制A—pH曲线，确定测定过程中pH范围。
4、显色时间及有色溶液的稳定性
用吸量管吸取2mL1.00×103mol/L1的标准铁溶液于50mL比色管中，加入1mL10%的盐酸羟胺溶液，摇匀（原则上每加入一种试剂后都要摇匀）。
再加入2mL邻二氮菲溶液，加入特定体积的（3中探究出的）NaAc溶液，以水稀释至刻度，摇匀。
在光度计上，用1mL的比色皿，以蒸馏水为参比溶液，放置，每两分钟测一次，在510nm之间测定吸光度。
以时间为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制At吸收曲线，选择测量的最适时间。
5、标准曲线的制作
在6个50mL的容量瓶中，用10mL吸量管分别加入0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mL100μg·mL1铁标准溶液，各加入1mL10%盐酸羟胺，摇匀（原则上每加入一种试剂都要摇匀）。
再加入2mL0.15%的邻二氮菲溶液和特定体积1mol·L1NaAc溶液，以蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
放置一段时间（4中探究出的时间）。
以试剂空白为参比，在510nm或所波长下，用1cm的比色皿，测定各溶液的吸光度。
绘制标准曲线。
6、试液含铁量的测定
准确吸取适量试液（如水样或工业盐酸、石灰石样品制备液等）代替标准溶液，其他步骤同上，平行三次测定其吸光度。
记录计算机显示的含铁量，计算试液中铁的含量（以mg·L1表示）。
五、数据处理
1、邻二氮菲Fe2+吸收曲线的绘制
（1）数据纪录
不同波长吸光度
波长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
波长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
波长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）作吸收曲线图
由图可知，最大吸收波长λmax=510nm
2、显色剂用量的测定
（1）显色剂用量与吸光度的关系
邻二氮菲用量曲线：
（λ=510nm）
邻二氮菲的体积（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
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1.00mL0.15%邻二氮菲溶液。
（2）溶液pH与吸光度的关系
浓度[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
据上面数据，作得标准曲线图如下：
由图可知，NaAc最佳用量为1.00mL。
（3）显色时间及有色溶液的稳定性
tmin
0
3
6
9
12
15
A
0.480
0.477
0.478
0.479
0.480
0.479
结论：
放置12分钟后铁离子与邻二氮菲基本完全结合。
2、工业盐酸中铁含量的测定
（1）标准曲线的制作
试液中铁含量与吸光度的关系
V100ug/mLmL
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
试液含铁量的测定
测试次数
1
2
3
吸光度A
0.482
0.483
0.483
铁的浓度/ug/mL
1.3545
1.3574
1.3574
铁水样浓度的平均值/ug/mL
1.3564
相对偏差
0.095%
0.05%
0.05%
数据分析：
本次测量的结果的偏离平均值较小，实验测量结果的可信度高。
六、实验注意事项
1、不能颠倒各种试剂的加入顺序。
2、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。
3、最佳波长选择好后不要再改变。
4、每次测定前要注意调满刻度。
七、思考题
1、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=1.1×104L·mol1·cm1，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。
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