实验三 邻二氮菲分光光度法测定铁的含量
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722S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,可选用的显色剂有邻二氮菲(又称邻菲罗啉)及其衍生物、磺基水杨酸、硫氰酸盐等。而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。
在pH=2~9的溶液中,Fe2+与邻二氮菲(phen)生成稳定的桔红色配合物Fe(phen)32+,
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-
测定时控制溶液的酸度为pH≈5较为适宜。
三、仪器与试剂
722S型或721型分光光度计、容量瓶(100mL,50mL)、吸量管
1、铁标准溶液:含铁0.1mg/ml。
准确称取0.8634g的NH4Fe(SO4)2·12H2O,置于烧杯中,加入20ml1:1HCl和少量水,溶解后,定量地转移至1升容量瓶中,以水稀释之刻度,摇匀。
2、邻二氮菲:0.15%(10-3mol/L)新配制的水溶液。
3、盐酸羟胺: 10%水溶液(临用时配制)
4、醋酸钠溶液 1mol/L
四、实验步骤
1.标准溶液配制
1) 10μg·mL-1铁标准溶液配制 准确称取0.8634g硫酸铁铵NH4Fe(SO4)2·12H2O于100mL烧杯中,加60mL 3mol·L-1 H2SO4溶液,溶解后定容至1L,摇匀,得100μg·mL-1储备液(可由实验室提供)。用时吸取10.00mL稀释至100mL,得10μg·mL-1工作液。
2) 系列标准溶液配制 取6个50mL容量瓶,分别加入铁标准溶液0.00,2.00,4.00,6.00,8.00,10.00mL,然后加入1mL盐酸羟胺,2.00mL邻二氮菲,5mLNaAc溶液(为什么?),每加入一种试剂都应初步混匀。用去离子水定容至刻度,充分摇匀,放置10min。
2.吸收曲线的绘制
选用1cm比色皿,以试剂空白为参比溶液(为什么?),取4号容量瓶试液,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1cm比色皿,以试剂空白为参比溶液,在选定波长下,测定各溶液的吸光度。在坐标纸上,以铁含量为横坐标,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.数据
分光光度计型号 ,比色皿厚 ,光源电压
(1)吸收曲线的绘制
(2)标准曲线的绘制与铁含量的测定
2.绘制以下曲线
(1)吸收曲线 (2)标准曲线
3.计算未知液中铁的含量
C铁=Cx/5×10-3(g/L)
式中:Cx—未知液吸光度在标准曲线上对应的含铁总量μg/25mL
六.思考题
1.本实验中哪些试剂应准确加入,哪些不必严格准确加入?为什么?
2.加入盐酸羟胺的目的是什么?
3.配制NH4Fe(SO4)2·12H2O溶液时,能否直接用水溶解?为什么?
4.如何正确使用比色皿?
5.何谓“吸收曲线”、“工作曲线”? 绘制及目的各有什么不同?
七.分光光度计(722S型)的使用方法
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。722S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与透光度T之间的关系为A=lg[SX()1[]T[SX]]。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
722S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。其结构如图3-3所示,外形如教材P104页图3-3所示。
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。
实验八邻二氮菲吸光光度法测定铁的条件试验
一、目的与要求
1、 掌握分光光度法的条件试验及测定方案的拟定方法c
2、了解分光光度计的构造、性能及使用方法。
二、方法原理
邻二氮菲(又称邻菲罗啉)是测定微量铁的较好试剂,在pH=2-9的条件下,二价铁离子与试剂生成极稳定的橙红色配合物。配合物的lgk稳=21.3,摩尔吸光系数ε510=11000。
在显色前,用盐酸羟胺把三价铁离子还原为二价铁离子:
4Fe3+ 十2NH2OH———4Fe3+ 十N2O十4H+十H 2O
测定时,控制溶液pH=3较为适宜,酸度高时,反应进行较慢,酸度太低,则二价铁离子水解,影响显色。
用邻二氮菲测定时,有很多元素干扰测定,须预先进行掩蔽或分离,如钴、镍、铜、铬与试剂形成有色配合物;钨、相、铜、汞与试剂生成沉淀,还有些金属离子如锡、铅、铋则在邻二氮菲铁配合物形成的pH范围内发生水解;因此当这些离子共存时,应注意消除它们的干扰作用。
三、仪器与试剂
1.醋酸钠:1mol·L-1;
2.氢氧化钠:0.4 mol·L-1;
3.盐酸:2 mol·L-1;
4.盐酸经胺;10%(临时配制);
5.邻二氮菲(0.02%):称取0.1g邻二氮菲溶解在100mL1+1乙醇溶液中,取0.1%溶液稀释5倍。
6.铁标准溶液
(1)10-4 mol·L-1 铁标准溶液:准确称取0.1961g(NH4)2Fe(SO4)2·6H20于烧杯中,用2 mol·L-1 的盐酸15mL溶解,移至500 mL容量瓶中,以水稀释至刻度,摇匀;再准确稀释10倍成为10-4mol·L-1标准溶液。
(2)10μg·mL-1铁标准溶液:准确称取 0.3511g(NH4)2Fe(SO4)2·6H20于烧杯中,用2 mol·L-1的盐酸15mL溶解,移入500mL容量瓶中.以水稀释至刻度,摇匀。再准确稀释10倍成
为含铁10μg·mL-1标推溶液。
如以硫酸铁铵NH4Fe(SO4)2·12H20配制铁标准溶液,则需标定。
7.仪器 分光光度计及1cm比色皿
四、内容与步骤
1.实验方法 用吸量管准确吸取10-4 mol·L-1铁标准溶液10 mL,置于50mL容量瓶中。加入10%盐酸羟胺溶液1mL,摇匀后加入1mol·L-1醋酸钠溶液5mL和0.1%邻二氮菲溶液3mL,以水稀释至刻度,摇匀。在分光光度计上,用1cm比色皿,以水为参比溶液,在510 nm处测定吸光度。
2.测定条件的选择
(1)邻二氮菲与铁的配合物的稳定性 用上面溶液继续进行测定,在最大吸收波长510 nm处,从加入显色剂后立即测定一次吸光度,经15min,30 min,45min,60min后,各测一次吸光度。以时间(t)为横坐标,吸光度(A)为纵坐标,绘制A—t曲线,从曲线上判断配合物稳定的情况。
(2)显色别浓度的影响 取25mL比色管7个,用吸量管准确吸取10-4 mol·L-1铁标准溶液5mL于各比色管中,加入10%盐酸经胺溶液3mL援匀,再加入1 mol·L-1醋酸钠5mL,然后分别加入0.1%邻二氯菲溶液0.3,0.6,1.0,1.5,2.0,3.0和4.0mL,以水稀释至刻度,摇匀。在分光光度汁上,用适宜波长(510nm),1cm比色皿,以水为参比测定不同用量显色剂溶液的吸光度。然后以邻二氮菲试剂加人毫升数为横坐标,吸光度为纵坐标、绘制A—v曲线,由曲线上确定显色剂最佳加入量。
(3)溶液酸度对配合物的影响 准确吸取10-4 mol·L-1铁标准溶液10 mL,置于100mL容量瓶中,加入2mol·L-1盐酸5mL和10%盐酸羟胺溶液10 mL,摇匀,经2min后,再加入0.1%邻二氮菲溶液30 mL,以水稀释至刻度,摇匀后备用。
取25mL比色管7个,用吸量管分别准确吸取上述溶液10mL于各比色管中,然后在各个比色管中,依次用吸量管准确吸取加入0.4 mol·L-1的氢氧化钠溶液1.0,2.0,3.0.4.0,6.0.8.0及10.0mL,以水稀释至刻度,摇匀,使各溶液的pH从小于等于2开始逐步增加至12以上,测定各溶液的PH值。先用pH l--14广泛试纸确定其粗赂pH值,然后进一步用精密pH试纸确定其较准确的pH值(最好采用pH计测量溶液的pH值,误差较小)。同时在分光光度计上,用适当的波长(510 nm),1cm比色皿,以水为参比测定各溶液的吸光度。最后以pH值为横坐标.吸光度为纵坐标,绘制A—pH曲线,由曲线上确定最适宜的pH范围。
五、数据记录与处理
1.数据
分光光度计型号 比色皿厚 光源电压
(1)邻二氮菲与铁的配合物的稳定性
表8-1 邻二氮菲与铁的配合物的稳定性
(2)显色剂浓度的影响
表8-2 显色剂浓度的影响
(3)酸度的影响
表8-3 酸度的影响
2.绘制以下曲线
(1) A-t曲线 (2)吸光度与显色剂用量曲线 (3) A-pH曲线
3.根据上面条件实验的结果,拟出邻二氮菲分光光度法测定铁的测定条件井讨论之。
六、问题与讨论
1.三价铁离子溶液在显色前加盐酸羟胺的目的是什么?为测定一般铁盐的总铁量,是否需要加盐酸羟胺?
2.在本实验的各项测定中,哪些试剂的加入量的体积要比较准确,而哪些试剂则可不必,为什么?
3.根据自己的实验结果数据,计算在最适宜波长下邻二氯菲与铁配合物的摩尔吸光系数。
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