分光光度计测定水中微量铁离子的含量
邻二氮菲、吸光度、盐酸羟胺
1 前言
随着城市化、工业化的迅速发展,尽管人民生活水平的有着很大的提高,但是环境问题却日趋严重。在众多的环境问题中,水污染问题尤为突出,因此水污染问题成为当今人们关注的一个焦点。
2 实验理论分析
2.1 实验分析:
一般情况下,铁以Fe3+状态存在,盐酸羟胺可将其还原为Fe2+:
2Fe3+ + 2NH2OH·HCl = 2 Fe2+ + N2 + 4H+ 2H2O + 2Cl-
Fe2+与邻二氮菲在pH为2~9的条件下生成稳定的1:3橘红色络合物,在508n处有最大吸收,ε508=101 104L/(mol·cm),lgK=21.3。
测定时,控制溶液酸度在pH=5左右为宜。酸度高时反应慢;酸度太低,离子则容易水解,影响显色。
实验计算公式:
吸光度A=εmaxLC
εmax——摩尔吸光系数(表示1mol/L的溶液,在液层厚度为1cm时的吸光度,其单位为L/(mol·cm)
C——溶液中铁的浓度,单位为mol/L
——溶液中铁的含量,单位为μg/mL
L——溶液的厚度,单位cm
铁的含量(μg/mL)
3 实验部分
3.1 仪器与试剂:
仪 器 |
名称 |
规格 |
数量 |
药 品 |
名称 |
规格 |
分光光度计 |
V-1200型 |
1台 |
邻二氮菲 |
分析纯(AR) |
||
pH计 |
pHS-25型 |
1台 |
盐酸羟胺 |
分析纯(AR) |
||
量筒 |
5mL |
1个 |
NaAc |
分析纯(AR) |
||
容量瓶 |
100mL |
4个 |
NaOH |
分析纯(AR) |
||
250mL |
4个 |
NH4Fe(SO4)2▪12H2O |
分析纯(AR) |
|||
胶头滴管 |
1个 |
浓HCl |
||||
吸量管 |
1mL |
1支 |
pH缓冲溶剂 |
|||
2mL |
1支 |
|||||
5mL |
1支 |
|||||
10mL |
1支 |
|||||
洗瓶 |
1个 |
|||||
比色管 |
50mL |
8支 |
||||
烧杯 |
100mL |
2个 |
||||
200mL |
1个 |
|||||
吸耳球 |
1个 |
|||||
玻璃棒 |
1支 |
|||||
台秤 |
0.1g |
1台 |
||||
分析天平 |
0.0000g |
1台 |
||||
滤纸 |
一包 |
|||||
pH试纸 |
若干 |
3.2 溶液的配制
3.2.1 100g/L盐酸羟胺溶液的配制
称取10g盐酸羟胺晶体【盐酸羟胺(又名氯化羟胺)分子式:NH2OH·HCL物化性能:本品为白色结晶体,吸湿性较强,溶于水醇,遇潮易分解,常温下较稳定,不易 燃】溶于100mL蒸馏水中。若不好溶先溶于乙醇再稀释。
3.2.2 1.5g/L邻二氮菲溶液的配制
称取邻二氮菲(AR)0.3750g于烧杯中,加少量蒸馏水和浓盐酸4滴溶解后,移至250mL容量瓶中,加蒸馏水定容。
3.2.3 NaAc(1mol/L)
称取8.2g NaAc固体于烧杯中加少量蒸馏水溶解,移至100mL容量瓶中,加水稀释。
3.2.4 NaOH(1mol/L)
称取4.0g NaOH固体于烧杯中加少量蒸馏水溶解,移至100mL容量瓶中,加水稀释。
3.2.5 HCl(6mol/L)
取浓盐酸(1+1)稀释
3.2.6 100μg/mL或1.791mmol/L的铁标准溶液
【称取0.2059g分析纯NH4Fe(SO4)2▪12H2O于100mL烧杯中,加入6mol/LHCl溶液20mL和少量水,溶解后转移至1L容量瓶中,稀释至刻度并摇匀】,10μg/mL的铁标准工作溶液(准确吸取100μg/mL的铁标准溶液10mL于100mL容量瓶中,加入6mol/LHCl溶液2mL,用水稀释至刻度并摇匀
掩蔽剂:AI/Fe(三乙醇胺)Mg(PH值12.5/加NaOH)Cu Zn(KCN\Na2S掩蔽)Mn(盐酸羟胺掩蔽)
3.3实验过程
3.3.1条件试验
(1) 吸收曲线的绘制和测量波长的确定
用吸量管吸取0、1.0mL铁标准工作溶液于两个50mL容量瓶中,各加1mL盐酸羟胺溶液并摇匀,再加入2mL邻二氮菲、5mLNaAc溶液,用水稀释至刻度并摇匀。放置10min后,用1cm比色皿,以试剂空白为参比,在波长440~560nm之间,每隔10nm测定一次吸光度,在最大吸收波长附近(490~520),每隔5nm测定一次吸光度。以波长λ为横坐标、吸光度A为纵坐标绘制吸收曲线,从吸收曲线上选择测定铁的适宜波长,一般选择最大吸收波长。
波长/nm |
440 |
450 |
460 |
470 |
480 |
490 |
495 |
500 |
A |
0.185 |
0.194 |
0.204 |
0.225 |
0.236 |
0.239 |
0.246 |
0.252 |
波长/nm |
505 |
510 |
515 |
520 |
530 |
540 |
550 |
560 |
A |
0.257 |
0.258 |
0.246 |
0.226 |
0.164 |
0.106 |
0.054 |
0.026 |
(2) 溶液酸度的选择
取7个50mL容量瓶,分别加入1ml铁标准工作溶液,用吸量管再分别加入1mL盐酸羟胺,摇匀,再加入2mL邻二氮菲,摇匀。用5mL吸量管分别加入1mol/LNaOH溶液0mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、2.5ml和3.0mL,用水稀释至刻度,摇匀。放置10min后,用1cm比色皿,以蒸馏水为参比,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值。以pH值为横坐标、吸光度A为纵坐标绘制吸光度A与pH值关系的酸度影响曲线图,确定测定铁的适宜酸度范围。
编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
V(NaOH)/mL |
0 |
0.5 |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
pH |
3.46 |
5.35 |
6.17 |
6.88 |
11.8 |
12.06 |
12.30 |
A |
0.173 |
0.327 |
0.175 |
0.175 |
0.151 |
0.141 |
0.095 |
(3)显色剂用量的确定
在7个50mL容量瓶中,各准确加入1mL铁标准工作溶液、1mL盐酸羟胺溶液,摇匀 。再分别加入0.2mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL、1.0mL、1.5mL和2.0mL邻二氮菲和5mLNaAc溶液,用水稀释至刻度并摇匀。放置10min后,用1cm比色皿,以蒸馏水为参比,在选择的波长下测定各溶液的吸光度。以邻二氮菲的体积为横坐标、吸光度A为纵坐标绘图,并在曲线拐点处用切线法找到交点,确定显色剂的最适宜用量及其络合比。
编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
V邻二氮菲/mL |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
A |
0.046 |
0.117 |
0.158 |
0.159 |
0.161 |
0.155 |
0.158 |
(4)显色时间的选择
用吸量管移取1mL铁标准工作溶液,置于50mL容量瓶中,1mL盐酸羟胺溶液,摇匀,再加入2.0mL邻二氮菲和5mLNaAc溶液,用水稀释至刻度并摇匀。立即用1cm比色皿,以蒸馏水为参比,在选择的波长下测定各溶液的吸光度。然后依次测量放置5min、10min、30min、60min、120min甚至更长时间的分光度。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,确定铁与邻二氮菲显色反应完全所需要的适宜时间。
显色时间 t/min |
5 |
10 |
30 |
60 |
120 |
A |
0.152 |
0.157 |
0.156 |
0.155 |
0.155 |
3.3.2铁含量的测定
(1)标准系列溶液的配置及测定
在6个50mL容量瓶中,用吸量管分别准确加入0、2.0mL、4.0mL、6.0mL、8.0mL、10.0mL铁标准溶液(10μg/mL),各加入1mL盐酸羟胺溶液,摇匀。再加入2mL邻二氮菲、5mLNaAc溶液,用水稀释至刻度,摇匀。放置10min,用1cm比色皿,以试剂空白为参比,在所选择的波长下测定各溶液的吸光度。以铁的浓度c为横坐标,吸光度A为纵坐标绘制标准曲线并计算摩尔吸光系数εmax
编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
铁标准溶液体积/mL |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
铁的浓度/µg/mL |
0 |
0.4 |
0.8 |
1.2 |
1.6 |
2.0 |
A |
0 |
0.121 |
0.221 |
0.273 |
0.405 |
0.484 |
(2)试样中铁的含量的测定
准确吸取适量待测水样于50mL容量瓶中,按照标准曲线的绘制步骤(可以和绘制标准曲线同时进行)加入各种试剂,然后测定吸光度A。记录各试液的A值,在标准曲线上查出试液中铁的含量(单位用μg/mL)。可用计算机绘制和计算。
A |
0 |
0.011 |
0.012 |
0.014 |
平均值 |
c(fe)/μg/ml |
0 |
0.045 |
0.049 |
0.057 |
0.050 |
4 结论
(1)根据(图一)吸收曲线:因铁离子在该波长下有最大吸光度,可得最适宜吸收波长(即最大波长)为510nm。
(2)根据(图二)酸度影响曲线:因在pH=5.4铁离子有最大吸光度,可得溶液pH值应控制在5.4左右。
(3)根据(图三)显色剂用量曲线:当铁离子体积为1mL显色剂的最适宜用量为0.6mL,其络合比为铁离子/邻二氮菲=0.36(约为1:3)。
(4)根据(图四)显色时间的选择曲线:在显色时间为10min时,吸光度最大,因此显色剂完全反应所需要的适宜时间为10min。
(5)根据(图五)铁离子含量标准曲线:吸光度A=0.246C(Fe3+)
(6)根据铁量标准曲线的得出:该饮用水中铁离子含量平均值为0.050µg/mL根据国标GB 5749-2006生活饮用水卫生标准铁限值为0.3mg/L,该生活饮用水铁含量小于该值,因此该饮用水符合国家标准。