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邻二氮菲吸光光度法测定微量铁
2020-06-23
一、实验目的和要求 1. 掌握邻二氮菲分光光度法测定铁的原理。 2. 学会可见分光光度计的正确使用。 3. 熟悉绘制吸收曲线的方法，正确选择测定波长。 4. 学会标准曲线的绘制方法及样品含量的计算。 二、实验内容和原理 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。邻二氮菲(1,10—二氮菲)(Phen)，也称邻菲罗啉，是测定微量铁的高灵敏、高选择性显色剂。在pH为2~9 的溶液中，邻二氮菲与Fe2+生成稳定的桔红色络合物[Fe(Phen)3]2+，其lgK稳 = 21.3，在510 nm下，其摩尔吸光系数κ = 1.1×104 L? cm-1?mol-1。相关反应式为： 而Fe3+能与邻二氮菲生成3:1配合物，呈淡蓝色，其lgK稳 = 14.1。所以在加入显色剂之前，应用盐酸羟胺NH2OH?HCl（或抗坏血酸）将Fe3+还原为Fe2+。有关反应式如下： 2Fe3+ + 2NH2OH?HCl = 2Fe2+ + N2↑+ 2H2O + 4H+ + 2Cl- 测定时若酸度高，反应进行较慢；若酸度低，则离子易水解，影响显色。故本实验采用HAc-NaAc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，再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，计算样品中的铁离子浓度。 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Cr3+、Mn2+、VO3-、PO43-，5倍Co2+、Cu2+、Ni2+等离子均不干扰测定。但Bi3+、Cd2+、Hg2+、Zn2+、Ag+等离子与邻二氮菲作用会生成沉淀干扰测定。 计算法： 根据朗伯-比尔定律A= κbc，当入射光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。 故只要绘出以吸光度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，即未知样品的含量。在一定实验条件下，先测定已知浓度的标准溶液的吸光度A值，从而求得κ (L? cm-1?mol-1)；再测定待测溶液的吸光度A值，从而求得其浓度c (mol?L-1)。 作图法： 利用标准曲线法（又称工作曲线法），绘制一系列浓度由小到大的标准溶液，在确定的条件下，依次测量各标准溶液的吸光度(A)，以标准溶液的浓度为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，在坐标纸上绘制标准曲线。将未知试样溶液按照与绘制标准曲线相同的条件操作，测定其吸光度；再从标准曲线上查出该吸光度对应的浓度值，就可计算被测试样中铁的含量。 三、主要仪器设备 1. 试剂 铁标准溶液(含铁0.1mg?mL-1)；邻二氮菲：0.15％(10-3 mol?L-1)新配制的水溶液； 盐酸羟胺：0％水溶液(临用时配制)；醋酸钠溶液(1mol?L-1)；NaOH (1mol?L-1)；HCl (6 mol?L-1) 2. 仪器 722型等分光光度计；1~10 mL吸量管；50 mL比色管；1 cm比色皿；瓷坩埚；电炉；马弗炉 四、实验操作方法和步骤 (一) 吸收曲线的制作和测量波长的选择 1) 用吸量管吸取1.0 mL铁标准溶液，分别注入两个50 mL比色管中，各加入1.0 mL盐酸羟胺溶液，摇匀，加入2.0 mL邻二氮菲，5.0 mL NaAc，用水稀释至刻度，摇匀。放置10 min后，在光度计上用1 cm比色皿，以试剂空白为参比溶液，在440 ~ 560 nm之间，每隔10 nm测一次吸光度，在最大吸收峰附近，每隔5 nm测定一次吸光度。 2) 在坐标纸上，以波长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制A和λ关系的吸收曲线。 3) 从吸收曲线上选择测定Fe的适宜波长，一般选用最大吸收波长λmax。 (二) 溶液酸度(显色酸度)的选择 1) 确定了入射波长后，固定其它条件不变，仅改变溶液酸度（NaOH溶液用量）。取8支50 mL比色管，各加入1.0 mL铁标准溶液和盐酸羟胺溶液，摇匀，滴加2.0 mL 邻二氮菲溶液，分别加入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 mL NaOH溶液，以水稀释至刻度，摇匀，放置10 min。 2) 在光度计上用1 cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，依次在选定的波长下测定各溶液的吸光度，同时用酸度计测量各溶液的pH值。 3) 在坐标纸上以溶液的pH值为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制A-pH关系曲线，得出测定铁时的适宜酸度范围。 (三) 显色剂用量的选择 1) 确定了入射波长后，固定其它条件不变，仅改变显色剂邻二氮菲的用量。在7支50 mL比色管中，各加入1.0 mL铁标准溶液和盐酸羟胺溶液，摇匀，分别加入0.1、0.3、0.5、0.8、1.0、2.0、4.0 mL邻二氮菲溶液，滴加5.0 mL NaAc溶液，以水稀释至刻度，摇匀，放置10 min。 2) 在光度计上用1 cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，依次在选定的波长下测定各溶液的吸光度。 3) 以邻二氮菲的体积为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制A-V关系曲线，得出测定铁时邻二氮菲显色剂的最适宜用量。 (四) 标准曲线的制作 1) 用移液管吸取100 μg·mL-1铁标准溶液10 mL于100 mL容量瓶中，加入2 mL 2mol·L-1的HCl，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液每毫升含Fe3+ 10 μg。 2) 在6个50 mL比色管中，用吸量管分别加入0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0 mL 10 μg·mL-1铁标准溶液，分别加入1 mL盐酸羟胺、2 mL Phen、5 mL NaAc，每加一种试剂后摇匀。然后用水稀释至刻度，摇匀，放置10 min。 3) 在光度计上用1 cm比色皿，以试剂为空白（即0.0 mL铁标准溶液），在所选择的波长下依次测量各溶液的吸光度。 4) 以含铁量为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制标准曲线。 5) 用绘制的标准曲线，重新查出相应铁浓度的吸光度，计算Fe2+-Phen络合物的摩尔吸光系数κ。 (五) 试样中铁含量的测定 1) 准确吸取适量试液5 mL(代替铁标准溶液)于50 mL比色管(或50 mL容量瓶)中，依次加入1 mL盐酸羟胺、2 mL Phen、1 mL NaAc，加水稀释至刻度，摇匀。平行测定三次其测量吸光度A。 2) 根据标准曲线求出试样中铁的含量（μg·mL-1）。 五、实验记录与处理 1. Phen-Fe2+ 吸收曲线的绘制 测得波长范围460-520 nm内溶液的吸光度如下表所示： 波长λ / nm 吸光度 A 波长λ / nm 吸光度 A 460 0.005 500 0.012 470 0.007 505 0.015 480 0.009 510 0.017 490 0.010 515 0.016 495 0.011 520 0.015 根据以上数据，作吸收曲线图如下： 图 1 Phen-Fe2+ 的吸收曲线 由图可知，最大吸收波长λmax = 510 nm 2. 溶液酸度与吸光度的关系 选定波长：λ = 510 nm 编号 铁标液/mL 盐酸羟胺/mL 邻二氮菲/mL NaOH/mL 吸光度A 10# 1.00 1.0 2.0 0.5 0.012 11# 1.00 1.0 2.0 1.0 0.047 12# 1.00 1.0 2.0 1.5 0.012 13# 1.00 1.0 2.0 2.0 0.006 14# 1.00 1.0 2.0 2.5 0.014 15# 1.00 1.0 2.0 3.0 0.013 16# 1.00 1.0 2.0 3.5 0.011 17# 1.00 1.0 2.0 4.0 0.010 根据以上数据，作得标准曲线图如下： 3. 显色剂用量与吸光度的关系 选定波长：λ = 510 nm 编号 铁标液/mL 盐酸羟胺/mL 邻二氮菲/mL NaAc/mL 吸光度A 3# 1.00 1.0 0.1 5.0 0.017 4# 1.00 1.0 0.3 5.0 0.016 5# 1.00 1.0 0.5 5.0 0.018 6# 1.00 1.0 0.8 5.0 0.019 7# 1.00 1.0 1.0 5.0 0.019 8# 1.00 1.0 2.0 5.0 0.020 9# 1.00 1.0 4.0 5.0 0.023 图 2 溶液酸度的选择 由图可知，NaOH溶液的最佳用量为1.0 mL 根据以上数据，作得标准曲线图如下： 图 3 显色剂用量的选择 由图可知，邻二氮菲的最佳用量为0.8 ~ 1.0 mL 判断方法：一般选择吸光度较大且稳定的区间对应在横坐标上的截距。 4. 试液中铁含量与吸光度的关系 选定波长：λ = 510 nm 编号 铁稀释液/mL 铁含量/μg 盐酸羟胺/mL 邻二氮菲/mL NaAc/mL 吸光度A 18# 0.0 0 1.0 2.0 5.0 0.000 19# 1.0 10 1.0 2.0 5.0 0.015 20# 2.0 20 1.0 2.0 5.0 0.049 21# 4.0 40 1.0 2.0 5.0 0.127 22# 6.0 60 1.0 2.0 5.0 0.205 23# 8.0 80 1.0 2.0 5.0 0.280 根据以上数据，作得标准曲线图（经拟合后）如下： Ax mx 图 4 光度法测定Fe的标准曲线
邻二氮菲吸光光度法测定微量铁 实验报告 - 图文
