实验二 邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁

实验二  邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁

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722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2-9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 = 1.1×104 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+，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，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：

1.        实验仪器

722型分光光度计、酸度计、容量瓶（50mL、100 mL、500 mL、 1000 mL）、吸量管（2mL、5mL、10 mL）、比色皿、洗耳球。

2.        试剂

硫酸铁铵(A.R.)、盐酸、盐酸羟胺(A.R.)、醋酸钠(A.R.)、醋酸(A.R.)、邻二氮菲(A.R.)。

四、         实验步骤

1.标准溶液配制

1) 100μg·mL-1铁标准溶液配制

准确称取0.8634g铁盐NH4Fe(SO4)2·12H2O(A.R)，置于烧杯中，加入20mL 6 mol·L-1 HCl溶液和少量水，溶解后，定量转移至1000mL容量瓶中，加水稀释至刻度，充分摇匀，得100μg·mL-1储备液。

2) 10μg·mL-1铁标准溶液配制

用移液管吸取上述100μg·mL-1铁标准溶液10.00mL，置于100mL容量瓶中，加入2.0mL 6mol·L-1HCl溶液，用水稀释至刻度，充分摇匀。

3)盐酸羟胺溶液（10%）：新鲜配制。

4)邻二氮菲溶液（0.15%）：新鲜配制。

5)HAc-NaAc缓冲溶液（pH≈5.0）：称取136g醋酸钠，加水使之溶解，在其中加入120 mL冰醋酸，加水稀释至500mL。

6)HCl溶液（1+1）。

2. 邻二氮菲-Fe2+吸收曲线的绘制

用吸量管吸取铁标准溶液（10μg·mL-1）6.0mL，放入50mL容量瓶中，加入1mL 10%盐酸羟胺溶液，2mL 0.15%邻二氮菲溶液和5mL HAc-NaAc缓冲溶液，加水稀释至刻度，充分摇匀。放置10min，选用1cm比色皿，以试剂空白（即在0.0mL铁标准溶液中加入相同试剂）为参比溶液，选择440~560nm波长，每隔10nm测一次吸光度，其中500~520nm之间，每隔5nm测定一次吸光度。以所得吸光度A为纵坐标，以相应波长λ为横坐标，在坐标纸上绘制A与λ的吸收曲线。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为测定波长。

3.标准曲线(工作曲线)的绘制

用吸量管分别移取铁标准溶液（10μg·mL-1）0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0，10.0mL分别放入7个50mL容量瓶中，分别依次加入1mL 10%盐酸羟胺溶液，稍摇动；加入2.0mL 0.15%邻二氮菲溶液及5mL HAc-NaAc缓冲溶液，加水稀释至刻度，充分摇匀。放置10min，用1cm比色皿，以试剂空白（即在0.0mL铁标准溶液中加入相同试剂）为参比溶液，选择λmax为测定波长，测量各溶液的吸光度。在坐标纸上(亦可利用计算机软件绘图)，以含铁量为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制标准曲线。

4.试样中铁含量的测定

从实验教师处领取含铁未知液一份，放入50mL容量瓶中，按以上方法显色，并测其吸光度。此步操作应与系列标准溶液显色、测定同时进行。

依据试液的A值，从标准曲线上即可查得其浓度，最后计算出原试液中含铁量(以μg·mL-1表示)。并选择相应的回归分析软件，将所得的各次测定结果输入计算机，得出相应的分析结果。

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

（2）作吸收曲线图，确定最大吸收波长λmax=        nm

2．标准曲线的制作和铁含量的测定

（1）数据记录（0号为参比溶液）

（2）作标准曲线图

（3）从标准曲线上查得或由曲线方程为：                            

（4）计算未知溶液中CFe2+ =     μg·mL－1

六、         分光光度计(722型)的使用方法(仅供参考)

分光光度计是根据物质对光的选择性吸收来测量微量物质浓度的。722型光栅分光光度计是数字显示的单光束、可见分光光度计。它具有灵敏度和准确度高、操作简便、快速等优点，允许测量的波长范围为330~800nm，吸光度的显示范围为0~1.999，是在可见光区进行吸光光度分析的常用仪器。

1.测量原理

一束单色光通过有色溶液时，一部分光线通过，一部分被吸收，一部分被器皿的表面反射。设I0为入射光的强度，I为透过光的强度，则I/I0称为透光度，用T表示。透光度越大，光被吸收越少。把lgI0/I定义为吸光度，用A表示。吸光度越大，溶液对光的吸收越多。吸光度A与待测溶液的浓度c(mol·L-1)和液层的厚度b(cm)成正比，即：A=εbc。这是光的吸收定律，亦称朗伯-比耳(Lambert-Beer)定律。式中ε为比例常数，叫摩尔吸收系数，它与入射光的波长、溶液的性质、温度等因素有关。当入射光波长一定，溶液的温度和比色皿(溶液的厚度)均一定时，则吸光度A只与溶液浓度c成正比。将单色光通过待测溶液，并使通过光射在光电管上变为电讯号，在数字显示器上可直接读出吸光度A或浓度c。

2.仪器构造

722型分光光度计由光源室、单色器、试样室、光电管暗盒、电子系统及数字显示器等部件组成。

3.使用方法

(1)取下防尘罩，将灵敏度调节旋钮13置于“1”档(信号放大倍率最小)。

(2)接通电源，按下仪器上的电源开关7，指示灯即亮。将选择开关3置于“T”

档(即透光度)。调节波长手轮8使波长刻度盘9中标线对准的波长为所需波长。仪器预热20min。

(3)打开试样室盖(光门自动关闭)，调节0%T旋钮12，使显示“00.0”。

(4)把盛参比溶液的比色皿放入试样架的第一格内，盛试样的比色皿放入第二、

三、四格内，然后盖上试样室盖(光门打开，光电管受光)。推动试样架拉手10把参比溶液推入光路，调节100%T旋钮11，使之显示为“100.0”，若显示不到“100.0”，应增大灵敏度档，但尽可能倍率置低档使用，这样仪器将有更高的稳定性。改变灵敏度后，应按(3)重新调“0”后再调节100%T旋钮，直至显示为“100.0”。

(5)重复(3)和(4)操作，显示稳定后即可进行测定工作。

(6)吸光度A的测量：稳定地显示“100.0”透光度后，将选择开关置于“A”

档(即吸光度)，此时吸光度显示应为“00.0”，若不是，则调节吸光度调零旋钮2，使显示为“00.0”，然后将试样推入光路，这时的显示值即为试样的吸光度。

(7)浓度C的测量：选择开关由“A”旋置“C”，将已标定浓度的样品放入光路，

调节浓度旋钮5，使得数字显示为标定值，将被测样品放入光路，即可读出被测样品的浓度值。

(8)测定完毕，关闭仪器电源开关(短时间不用，不必关闭电源，可打开试样室

盖，即可停止照射光电管)，将比色皿取出，洗干净，擦干，放回原处。拔下电源插头，待仪器冷却10min后盖上防尘罩。

4.注意事项

(1)   测定过程中，不要将参比溶液拿出试样室，应将其随时推入光路以检查吸光度零点是否变化。如不为“00.0”，则不要先调节旋钮2，而应将选择开关3置于“T”档，用100%旋钮调至“100.0”，再将选择开关置于“A”，这时如不为“00.0”，才可调节旋钮2。

(2)   为了避免光电管长时间受光照射引起的疲劳现象，应尽可能减少光电管受光照射的时间，不测定时应打开暗室盖，特别应避免光电管受强光照射。

(3)使用前若发现仪器上所附硅胶管已变红应及时更换硅胶。

(3)   比色皿盛取溶液时只需装至比色皿的3/4即可，不要过满，避免在测定的拉动过程中溅出，使仪器受湿、被腐蚀。

(5)若大幅度调整波长，应稍等一段时间再测定，让光电管有一定的适应时间。(6)每台仪器所配套的比色皿，不能与其它仪器上的比色皿单个调换。

(7)仪器上各旋钮应细心操作，不要用劲拧动，以免损坏机件。若发现仪器工作异常，应及时报告指导教师，不得自行处理。

思考题

1．用本法测出的铁含量是否为试样中Fe2+含量？

2．邻二氮杂菲分光光度法测定铁时，为何要加入盐酸羟胺溶液？

3．吸收曲线与标准曲线有何区别？在实际应用中有何意义？

4．制作标准曲线和试样测定时，加入试剂的顺序能否任意改变？为什么？

 

第二篇：实验二十 水中微量铁的测定—邻菲啰啉分光光度法

实验二十 水中微量铁的测定—邻菲啰啉分光光度法

一、实验目的

1. 学习如何选择吸光光度分析的实验条件；

2. 掌握用吸光光度法测定铁的原理及方法；

3. 掌握分光光度计和吸量管的使用方法。

二、实验原理

铁的吸光光度法所用的显色剂较多，有邻二氮菲（又称邻菲啰啉，菲绕林）及其衍生物、磺基水杨酸、硫氰酸盐、5－Br－PADAP等。其中邻二氮菲分光光度法的灵敏度高，稳定性好，干扰容易消除，因而是目前普遍采用的一种方法。

在pH为2～9的溶液中，Fe2＋与邻二氮菲（Phen）生成稳定的橘红色络合物

Fe（Phen）32＋：

其中lgβ3＝21.3，摩尔吸光系数ε508＝1.1×104 L·mol-1·cm-1。当铁为＋3价时，可用盐酸羟胺还原：

Cu2＋、Co2＋、Ni2＋、Cd2＋、Hg2＋、Mn2＋、Zn2+等离子也能与Phen生成稳定络合物，在少量情况下，不影响Fe2＋的测定，量大时可用EDTA

隐蔽或预先分离。

吸光光度法的实验条件，如测量波长，溶液酸度、显色剂用量、显色时间、温度、溶剂以及共存离子干扰及其消除等，都是通过实验来确定的。本实验在测定试样中铁含量之前，先做部分条件试验，以便初学者掌握确定实验条件的方法。

条件试验的简单方法是：变动某实验条件，固定其余条件，测得一系列吸光度值，绘制吸光度－某实验条件的曲线，根据曲线确定某实验条件的适宜值或适宜范围。

三、仪器与药品

1. 分光光度计，pH计，50mL容量瓶8个（或比色管8支）

2. 100 μg·mL-1铁标准溶液：准确称取0.8634 g 分析纯 NH4Fe（SO4）2·12H2O于200mL烧杯中，加入20mL 6mol·L-1 HCl溶液和少量水，溶解后转移至1L容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

3. 邻二氮菲 1.5 g·L-1。（新配制）；

4. 盐酸羟胺 100 g·L-1（用时配制）。

5. NaAc 1mol·L-1。

6. NaOH 1 mol·L-1。

7. HCl 6 mol·L-1。

四、实验步骤

1. 条件试验

⑴ 吸收曲线的制作和测量波长的选择

用吸量管吸取0.0mL和1.0mL铁标准溶液分别注入两个50mL容量瓶（或比色管）中，各加入1mL盐酸羟胺溶液，摇匀。再加入2mL Phen，5mL NaAc，用水稀释至刻度，摇匀。放置10min后，用1cm比色皿，以试剂空白（即0.0mL铁标准溶液）为参比溶液，在440～560nm之间，每隔10nm测一次吸光度，在最大吸收峰附近，每隔5nm测量一次吸光度。在坐标纸上，以波长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制A与λ关系的吸收曲线。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。 ⑵ 溶液酸度的选择

取8个50mL容量瓶（或比色管），用吸量管分别加入1mL铁标准溶液，1mL盐酸羟胺，摇匀，再加入2mL Phen，摇匀。用5mL吸量管分别加入0.0mL，0.2 mL，0.5mL，1.0mL，1.5mL，2.0mL，2.5mL和3.0mL 1mol·L-1NaOH溶液，用水稀释至刻度，摇匀。放置10min。用1cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，在选择的波长下测定各溶液的吸光度。同时，用pH计测量各溶液的pH。以pH为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制A与pH关系的酸度影响曲线，得出测定铁的适宜酸度范围。 ⑶ 显色剂用量的选择

取7个50mL容量瓶（或比色管），用吸量管各加入1mL铁标准溶液，1 mL盐酸羟胺，摇匀，再分别加入0.1mL，0.3mL，0.5mL，0.8mL，1.0mL，2.0mL，4.0mL pHen和5mL NaAc溶液，以水稀释至刻度，摇匀。放置10min。用1cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，在选择的波长下测定各溶液的吸光度。以所取pHen溶液体积V为横坐标，吸光度A为纵坐标，

绘制A与V关系的显色剂用量影响曲线。得出测定铁时显色剂的最适宜用量。

⑷ 显色时间

在一个50mL容量瓶（或比色管）中，用吸量管加入1mL铁标准溶液，1mL盐酸羟胺，摇匀。再加入2mL Phen，5mL NaAc溶液，以水稀释至刻度，摇匀。立刻用1cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，在选定的波长下测量吸光度。然后依次测量放置5min，10min，30min，60min，120min，……后的吸光度。以时间t为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制A与t关系的显色时间影响曲线。得出铁与邻二氮菲显色反应完全所需要的适宜时间。

1. 铁含量的测定

⑴ 标准曲线的制作

用移液管吸取10mL 100μg·mL-1 铁标准溶液于100mL容量瓶中，加入2mL 6mol·mL-1 HCl溶液，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液Fe3＋的浓度为10μg·mL-1 。

在6个50mL容量瓶（或比色管）中，用吸量管分别加入0.00mL，2.00mL，4.00mL，6.00mL，8.00mL，10.00mL 10μg·mL-1 铁标准溶液，均加入1mL盐酸羟胺，摇匀。再加入2mL Phen，5mLNaAc溶液，摇匀。用水稀释至刻度，摇匀后放置10min。用1cm比色皿，以试剂空白（即0.00mL铁标准溶液）为参比溶液，在所选择的波长下，测量各溶液的吸光度。以含铁量为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制标准曲线。

由绘制的标准曲线，重新查出某一适中铁浓度相应的吸光度，计算Fe2＋－pHen络合物的摩尔吸光系数ε。

⑵ 试样中铁含量的测定 准确吸取适量试液于50mL容量瓶（或比色管）中，按标准曲线的制作步骤，加入各种试剂，测量吸光度。从标准曲线上查出和计算试液中铁的含量（单位为μg·mL-1）。

注意：⑴、⑵两项的溶液配制和吸光度测定宜同时进行

五、数据记录与处理

1. 记录：

比色皿 光源电压

2. 绘制曲线：

⑴ 吸收曲线；⑵ A-t曲线；⑶ A-c曲线；⑷ 标准曲线。

3. 对各项测定结果进行分析并作出结论：例如从吸收曲线可得出：邻二氮杂菲亚铁络合物在波长510nm 处吸光度最大，因此测定铁时宜选用的波长为510nm 等等。

⑴ 吸收曲线的测绘：

⑵ 邻二氮杂菲-亚铁铬合物的稳定性：

⑶ 显色剂浓度的试验：

⑷ 标准曲线的测绘与铁含量的测定：

六、实验讨论与思考

1. 邻二氮杂菲分光光度法测定铁的适宜条件是什么？

2. Fe3+离子标准溶液在显色前加盐酸羟胺的目的是什么？如测定一般铁盐的总铁量，是否需要加盐酸羟胺？

3. 如用配制已久的盐酸羟胺溶液，对分析结果将带来什么影响？

4. 怎样选择本实验 中各种测定的参比溶液？

5. 在本实验 的各项测定中，加入某种试剂的体积要比较准确，而某种试剂的加入量则不必准确量度，为什么？

6. 溶液的酸度对邻二氮杂菲铁的吸光度影响如何？为什么？

根据自己的实验数据，计算在最适宜波长下邻二氮杂菲亚铁络合物的摩尔吸光系数。

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