实验3水中微量铁的测定

实验三水中微量铁的测定——邻菲啰啉分光光度法
一、实验目的
1．学习选择分光光度法实验条件的方法；
2．掌握分光光度法测定铁的基本原理及方法；
3．掌握分光光度计的使用方法。

二、实验原理
应用可见光分光光度法测定物质含量时，通常将被测物质与显色剂反应，使之生成有色物质，然后测量其吸光度，进而求得被测物质的含量。

因此，显色反应的完全程度和吸光度的物理测量条件都影响到测定结果的准确性。

显色反应的完全程度取决于介质的酸度、显色剂的用量、反应的温度和时间等因素。

在建立分析方法时，需要通过实验确定最佳反应条件。

为此，可改变其中一个因素（例如介质的pH值），暂时固定其他因素，显色后测量相应溶液的吸光度，通过吸光度－pH曲线确定显色反应的适宜酸度范围。

其它几个影响因素的适宜值，也可按这一方式分别确定。

此外，加入试剂的顺序，离子价态，干扰物质的影响等都应加以研究，以便拟定合适的分析步骤，使实验快捷、准确。

本实验通过对Fe2+-邻菲啰啉反应的几个基本条件实验，学习分光光度法测定条件的选择。

邻菲啰啉法是测定微量铁的一种常用的方法。

一般情况下，铁以Fe3+状态存在时，盐酸羟胺可将其还原为Fe2+，反应如下：
2 Fe3+＋2 NH2OH·HCl═2 Fe2+ +N2 ↑+4 H+ +2 H2O+2 Cl-
在pH=2 9的溶液中，试剂与Fe2+生成稳定的1:3橘红色配合物，其lgK稳=21.3，在510 nm有最大吸收，ε＝1.1×104 L·cm-1 mol-1。

测定时，控制溶液酸度在pH=5左右为宜。

酸度高时反应较慢；酸度太低，离子则容易水解，影响显色。

Cu2＋、Co2＋、Ni2＋、Cd2＋、Hg2＋、Mn2＋、Zn2＋等离子也能与邻菲啰啉生成稳定配合物，这些离子含量较低时不影响测定，含量较高时可用EDTA掩蔽或经分离除去。

本实验通过绘制吸收曲线选择最大吸收波长或选择适宜的测量波长；通过变动某实验条件，固定其余条件，确定测定最佳酸度和显色剂用量。

三、仪器和试剂
仪器：Unico 2100型分光光度计（配1 cm比色皿）、酸度计（或精密pH试纸）、容量瓶、刻度吸量管等。

试剂
1. 铁标准溶液：100 μg·mL－1（准确称取0.2159 g分析纯硫酸铁铵（NH4Fe (SO4)2·12H2O）于小烧杯中，加水溶解，加入6 mol·L－1 HCl溶液5 mL，定量转移至250 mL容量瓶中，用水定容后摇匀，所得溶液每毫升含铁0.100 mg）
2. 邻菲啰啉溶液：0.2％（称取1g邻菲啰啉，先用5～10 mL 95％乙醇溶解，再用蒸馏水稀释到500 mL，临用前新配）
3. 盐酸羟胺水溶：10％液（称取10 g盐酸羟胺溶于100 mL水中，临用前新配）
4. HAc-NaAc缓冲溶液：pH＝4.6（称取136 g醋酸钠（CH3COONa·3H2O），加60 mL冰醋酸，加水溶解后，稀释到1000 mL）
5. NaOH溶液：0.5 mol·L－1
6. HCl溶液：1.0 mol·L－1
四、实验步骤
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0.00 mL和1.00 mL100 μg·mL －1的铁标准溶液于2个50 mL容量瓶中，各加入1 mL盐酸羟胺溶液，摇匀，再加入1.5 mL 0.2％邻菲啰啉溶液、5 mL HAc-NaAc缓冲溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

放置10 min 后，用1cm比色皿，以试剂空白（即加入0.00 mL铁标准溶液）作参比溶液，分别测定波长为480、490、500、505、510、515、520、530、550、580 nm时的吸光度。

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。

（2）溶液酸度的选择（本实验暂不做此项）：于8个50 mL容量瓶中，用吸量管各加入1.00 mL 100 μg·mL－1的铁标准溶液，加入1 mL盐酸羟胺溶液，摇匀，再加入1.5 mL 0.2％邻菲啰啉溶液，摇匀。

然后用吸量管在此8个容量瓶中分别加入1.0 mol·L－1 HCl溶液：5.0 mL、0.3 mL ，0.0 mL，0.5 mol·L－1 NaOH溶液：0.2 mL、1.5 mL、3.8 mL、3.9 mL、4.0 mL。

用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

放置10 min后，用1 cm比色皿，蒸馏水作参比，在选择的波长下分别测定各溶液的吸光度，同时用pH计或精密pH试纸测量各溶液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。

（3）显色剂用量的确定：取6个50 mL容量瓶，用吸量管分别加入1.00 mL 100 μg·mL-1的铁标准溶液，1mL盐酸羟胺溶液，摇匀，再分别加入0.2％邻菲啰啉溶液0.1 mL、0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、4.0 mL和5mL HAc-NaAc缓冲溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

放置10 min后，用1cm比色皿，蒸馏水作参比，在选择的波长下，分别测定各溶液的吸光度，以显色剂的体积为横坐标, 吸光度A为纵坐标，绘制吸光度A与显色剂用量曲线，确定显色剂的最适宜用量。

2．铁含量的测定
（1）标准系列溶液的配制及测定
取6个50 mL容量瓶，用吸量管分别加入100 μg·mL－1的铁标准工作溶液0.00、0.30、0.60、0.90、1.20、1.50ml，均加入1 mL盐酸羟胺溶液，摇匀，再分别加入0.2％邻菲啰啉溶液的最适宜用量和5 mL HAc-NaAc缓冲溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

放置10 min 后，用1cm比色皿，以试剂空白（即加入0.00 ml铁标准溶液）为参比溶液，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为纵坐标作图绘制标准曲线，
并求出标准曲线的回归方程。

（2）未知水样中铁的测定
准确移取1.00 mL未知水样于2个50 mL容量瓶中，按照标准曲线的绘制步骤（可以和标准系列溶液同时进行配制）加入各种试剂，然后测定吸光度A。

利用标准曲线的回归方程求出待测水样中铁的含量，用μg·mL－1表示。

五、数据处理
1. 绘制吸收曲线；
2. 绘制吸光度A与pH值关系的酸度影响曲线；
3. 绘制吸光度A与显色剂用量关系曲线；
4. 根据上面三曲线确定测定的适宜波长、显色反应的最适宜的pH值范围、显色剂用量范围。

5. 绘制标准曲线，求标准曲线的回归方程、相关系数，并计算摩尔吸光系数εmax。

6. 根据回归方程计算出未知水样中铁的含量用μg·mL－1表示。

六、思考题
1．采用邻菲啰啉分光光度法测定微量铁，该法测得的为什么是水中亚铁和高铁的总量？2．用邻菲啰啉分光光度法测定铁时，为什么测定前需加入还原剂盐酸羟胺？
3．本实验中，各试剂的加入，哪些必须很准确？哪些不必很准确？为什么？
附：UNICO2100型分光光度计操作方法
1. 打开电源，至仪器自检完毕，显示器显示“100.0 546nm”即可进行测试；
2. 用<MODE>键设置测试方式：透射比（T），吸光度（A），已知标准样品浓度值方式（C）或已知标准样品斜率（F）方式；
3. 用波长设置键设置测试波长；（注意：每当分析波长改变时，必须重新调整0A/100%T
4. 分别将装有参比样品溶液和被测样品溶液的比色皿插入样品室的比色皿槽中，盖上样品室盖；（通常参比样品放在第一槽位）
5. 将参比样品推入光路中，按“0A/100%T”键调0A/100%T，此时显示器显示的“BLA——”直至显示“100.0”或“0.000”为止；
6. 当显示器显示出“100.0”或“0.000”后，将被测样品推入光路，得到被测样品的吸光度值。