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实验七 邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁
[日期：2008-05-12] [字体：大 中 小]
一、实验目的
1.学习测定微量铁的通用方法.
2.学习绘制吸收曲线,选择测量波长.
3.熟悉用标准曲线法定量的实验技术.
4.学会正确使用分光光度计.
二、实验原理
邻二氮菲是测定微量铁的高灵敏性、高选择性试剂.邻二氮菲光度法是化工产品中微量铁测定的通用方法.在酸度为 pH=2 9 的溶液中,邻二氮菲和 Fe 2+ 生成稳定的桔红色配合物,λ max =508nm ,ε max =1.1 × 10 4 L /(mol · cm) ,在还原剂存在下,颜色可保持几个月不变.邻二氮菲与 Fe 3+ 也生成 3:1 配合物,呈淡蓝色.因此在显色之前,需要用盐酸羟胺 ( 或抗坏血酸 ) 将全部的 Fe 3+ 还原为 Fe 2+ .
2Fe 3+ + 2NH 2 OH = 2Fe 2+ + N 2 ↑ + 2H 2 O + 2H +
三、仪器和试剂
仪器：分光光度计 容量瓶（ 25mL ,9 个） 吸量管（ 5mL ,1 支,用于铁标准溶液的移取） 移液管（ 10mL ,1 支,用于未知试液的移取）
试剂：铁标准溶液 (40.0 μ g/mL ,用洁净干燥的 100mL 烧杯,准确称取 3.454g 硫酸铁铵 [NH 4 Fe(SO 4 ) 2 · 12H 2 O] ,加 30mL HCl 及 30mL 水,溶解后定量转移至 1L 容量瓶中,加 300mL HCl ,加水至刻线,摇匀,作为贮备液.用前移取 100.0mL 贮备液至 1L 容量瓶中,用水稀释至刻线 ) 盐酸羟胺（ 100g /LNH 2 OH · HCl 溶液,两周内有效）邻二氮菲溶液 ( 2.0g /L ,温水溶解,避光保存,两周内有效,出现红色时已不能使用 ) 乙酸钠溶液（ 1.0mol/L)
四、实验步骤
1.测绘吸收曲线
移取 2.00 mL 铁标准溶液,注入容量瓶,加 0.5mL 盐酸羟胺溶液,摇匀,放置 2min ,加 1.0mL 邻二氮菲溶液和 2.0mL 乙酸钠溶液,加水至刻线,摇匀.以水为参比,在不同波长 ( 从 450 550nm ,每隔 10nm 测量一次吸光度,其中在 500 520nm 每间隔 5nm 测量一次 ) 下测量相应的吸光度,将测量结果记入下表 :
λ /nm
450
460
470
480
490
500
505
510
515
520
530
540
550
A
在坐标纸上以波长为横坐标,吸光度为纵坐标绘出吸收曲线.根据吸收曲线确定进行测定的适宜波长.
此步实验也可不单独配制一份试液,而选用下步实验中的第四份溶液进行测定.
2.标准曲线的制作
洗净 5 只容量瓶,依次加入 0.50 、 1.00 、 1.50 、 2.00 、 2.50mL 铁标准溶液,各加入 0.5mL 盐酸羟胺溶液,混匀.放置 2min 后,各加入 1.0mL 邻二氮菲溶液和 2.0mL 乙酸钠溶液,加水至刻线,混匀.以水为参比,在选定的波长下测定各溶液的吸光度,将测得的数据记入下表：
序号
1
2
3
4
5
V(Fe 3+ )/mL
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
ρ (Fe 3+ )/ （μ g/mL ）
A
在坐标纸上以铁的质量浓度ρ (Fe 3+ ) 为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线.
3.试样中铁含量的测定
移取 10.00mL 试样溶液,按制作标准曲线相同的步骤显色、定容后,在相同的波长下测定吸光度,由标准曲线查出铁的质量浓度,然后再换算成原试样中微量铁的质量浓度.
五、思考题
1 ．实验中盐酸羟胺和乙酸钠的作用是什么?
2 ．根据自己的实验结果,计算最大吸收波长下的摩尔吸光系数.
3 ．朗伯比耳定律的物理意义是什么?什么叫吸收曲线,什么叫标准曲线?
水中微量铁的测定如下：
1.测定波长的确定
显色溶液的配制在序号为1~6的6只25mL容量瓶中，用吸量管分别准确加入10.0 ugmL-1铁标准溶液0.0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL，再分别加入10%盐酸羟胺溶液1mL。摇匀后放置2min，再各加入1molL-1NaAc溶液2.5mL及0.15%邻二氮菲溶液1mL，每加一种试剂后，均摇匀(不要加盖)容量瓶中的溶液，再加另一种试剂，最后用以水稀释至刻度，加盖摇匀。
吸收曲线的测量在分光光度计上，用1em吸收池，以不含铁的试剂空白溶液(1)为参比，在450-550nm之间，每隔10nm测定4铁标准溶液的吸光度A(读数准确至+0.001)。
以波长为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸收曲线，从而选择测定铁的最大吸收波长Amax。[注意]每次改变波长之后，都要校准仪器并用参比溶液调节仪器的吸光度值。
2.标准曲线的绘制
以试剂空白溶液为参比，用1cm吸收池，在选定波长下测定2~6号各显色标准溶液的吸光度。在坐标纸上，以铁的浓 度为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。
3. 试样铁溶液的测定
吸取未知液2.5mL，按上述标准曲线相同条件和步骤测定其吸光度。根据未知液吸光度Ax，在标准曲线上查出未知液相对应铁的量，然后计算试样中微量铁的含量，以每升未知液中含铁多少克表示(gL-1)。
1：分光光度计，这个误差很小。
2：加碱形成沉淀，要么直接称重换算，要么加热分解为氧化物再称重换算，但有较大误差。
3：有铁离子或亚铁离子的液体体系会有一定的旋光性，因此可以仿照旋光量糖术，来测定含铁量。
4：因为铁离子有较强氧化性，因此可以用氧化还原滴法发完成测定。
5：用离子交换膜，将铁离子或亚铁离子换为其他容易测定的离子再行测定。
水中铅测定方法详解（1）
在中性和碱性溶液中，双硫腙与铅反应生成单取代双硫腙络合物，溶于有机溶剂而呈洋红色。反应灵敏，最大吸收波长为520nm，摩尔吸光系数(ε)6．86×104L／(mol·cm)。
有机溶剂通常使用三氯甲烷或四氯化碳，四氯化碳可比三氯甲烷在较低pH值萃取铅，不形成二铅酸盐，且四氯化碳不溶于水，挥发性较低，比重较大。另一方面，铅一双硫腙络合物在三氯甲烷中溶解度较大，可萃取较大量的铅。由于双硫腙在三氯甲烷中溶解度比四氯化碳为大，因此，当需要从三氯甲烷中完全除去双硫腙时，必须保持较高的pH值。
当使用三氯甲烷作溶剂时，铅可在pH8～11．5被定量萃取。，通常采用百里酚蓝(pH8．O～9．6)作指示剂，调节水相由绿变蓝(pH～9．5)，然后进行萃取。亦有建议在高pH值进行萃取，如SnydercsJ提出，在含柠檬酸铵和氰化钾的pH9．5～10．0水溶液中，用双硫腙一三氯甲烷溶液萃取铅，继用稀硝酸反萃取，最后用氨性氰化物溶液调节至pH11.5，以双硫腙三氯甲烷溶液萃取，在pHll．5的高pH值下，使过量双硫腙成为铵盐而进入水层。
影响铅的萃取率，除pH外，还与所用溶剂、存在阴离子的种类和数量、两相的体积比、双硫腙在有机相中的浓度等参数有关。阴离子由于与铅形成络合物而影响萃取平衡，如在同样的pH，当含一定浓度的乙酸盐、酒石酸盐和柠檬酸盐时，可使萃取率降低。
双硫腙法测定铅，可采用单色法，亦可采用混色法，前者以氨性氰化物溶液洗去有机层中过量的双硫腙后，测量络合物的吸光度，后者则有机层中残留过量的双硫腙不经除去直接测量吸光度，操作简便。然而对铅含量极微的水样，由于受基体影响，当采用混色法测定，以无铅水制备的空白试验为参比时，往往会出现负值，而单色法则无此现象。
干扰及其消除
在最适pH萃取铅时，Ag+、Hg2+、Pd2+、Au3+、Cu2+、Zn2+、cd2+、Co2+和Ni2+亦可与双硫腙络合而被萃取，可加氰化物掩蔽之。如有大量的Ag+、Hg2+、Pd2+、Au3+和Cu2+存在(每一种金属离子超过1mg)，则最好是在强酸性溶液中，甩双硫腙一氯仿溶液预先将这些金属离子萃取除去。而后再测定铅。
Bi2+、In3+、Tl+和Sn2+不能为氰化物所掩蔽，铋在较低pH时比铅易于被双硫腙萃取，因此可将水层调节至一定pH(通常为2．O～3．5)，铋被萃取而铅仍在水液中，然后提高pH值而萃取
铅。亦可先在较高pH值，使铋和铅一起被萃取，然后用缓冲液洗有机层使铅进入水层(如用
C014作溶剂则pH为2．3～2．5，用CHCl3则为pH3．4)，或用碱性溶液(通常pH大于1l的0．5～
1％氰化钾溶液)洗有机层，使铋先行解离。
铋量很大时，可用溴和氢溴酸处理，使成三溴化铋使其挥发。
铟的干扰：铟萃取的最适pH为5．2～6．3(CCl4)和8．3～9．6(CHCl3)，因此可采用pH值大
于lO，以CCl4为溶剂，当铟存在100倍过量时，可进行铅的萃取。
铊的干扰严重：可调节pH至6．0～6．4，用双硫腙萃取铅，此时铊不被萃取。或将萃取物与
0．5％氰化钾溶液振摇，此时铊一双硫腙盐解离而铅一双硫腙盐则不解离。
大量的铊亦可以在2～4mol／L HCl中，用乙醚萃取除去。
Fe3+可由于氰化物的存在而形成高铁氰化物，使双硫腙氧化而干扰，如加盐酸羟胺、肼、亚硫酸钠或其他还原剂，使变成亚铁氰化物则不干扰。铜亦可能有类似的干扰。
含大量Fe3+时，可在1．2mol／L HCl介质中，加过量铜铁试剂，用CHCl3萃取之，此时铅不被沉淀亦不被萃取，而Cu3+、Bi3+、Tl3+和Sn2+亦被除去，过量铜铁试剂用CHCl3萃取除去。
Sn2+可引起干扰，而Sn4+则不干扰，含量大时，可形成溴化锡挥发除去。
在碱性介质中可产生沉淀的金属(氢氧化物)，以柠檬酸铵或酒石酸盐络合掩蔽之。
另外还有一些金属可妨碍铅的萃取，特别如钛(5mg或以上)可阻碍铅从pH7～11的氨性柠檬酸盐溶液中的完全萃取。含高浓度铝时，亦有类似情况。遇此场合，可先用硫化物沉淀分离，必要时加少量铜作为共沉淀剂。
阴离子的影响，硫化物是较重要的，试剂级的氰化钾中常发现含有硫化物。其他阴离子如柠檬酸盐、酒石酸盐。存在高浓度时，因络合作用而阻碍铅的萃取。高浓度的磷酸盐、胶体状的硅酸亦可使铅的萃取发生困难，必要时以较浓的双硫腙溶液反复萃取之。
铅一双硫腙络合物可被稀酸溶液所解离这一性质，有助于干扰物质的分离，即第一次用较浓的双硫腙溶液萃取分离之后，用稀酸液振摇，使铅返回水相，然后再调节至最适pH，第二次用双硫腙溶液从水相中萃取铅 。
水中铅测定方法详解（2）
（《生活饮用水检验规范》部分）
在地壳中，铅是一种相对少的元素，以低浓度广泛存在于未受污染的沉积岩与土壤中。未受污染的海水约含0．03μg/L，而接近表层与海岸则浓度可增高10倍。淡水的含量较高，约为1～50μg/L。
由于使用含铅汽油和冶炼厂的烟尘使大气中含有铅，从而使水中浓度增高。工业生产，采矿或冶炼厂废水均可污染水体。使用含铅高的管道或含铅化合物的塑料管作自来水管，可使饮水中铅含量增高。
铅可在人体内蓄积，主要毒性为引起贫血、神经机能失调和肾损伤。
27．1水中铅的测定方法有原子吸收分光光度法、分光光度法、示波极谱法、电位溶出法等。
与其它元素相比，铅测定方法的发展较慢。虽也有一些新方法的报导，但有实用价值的
不多。孙勤枢等报导的氧化电位溶出法是一种较好的方法，可以同时测定水中铜、铅、铁、
锌、镉。其中铅的线性范围为0．1～3400μg／L，用来测定水中铅与原子吸收法基本一致，但精
密度优于原子吸收法。
在报导的分光光度法中，比较好的有碘化钾-丁基罗丹明B-阿拉伯胶-曲拉通x-100体系分光光度法。该法灵敏度较高，摩尔吸光系数为6．2×105L·mol-1·cm-1，可以满足要求。水中常见的离子无干扰，少见的离子如Ag+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等，可用巯基棉预处理消除。它测定湖水中铅的结果与原子吸收法一致。
27．1原子吸收法测铅，灵敏度及精密度均不太理想。有文献报道同时应用高性能空心阴极灯，超声波雾化器和缝管式原子捕集器可使灵敏度大为提高，精密度明显改善。详细情况请参考第二篇第五节。
27．2无火焰原子吸收法测定铅时，经常使用次灵敏线283．3nmo虽然用灵敏线217．0nm测定铅的灵敏度比用次灵敏线283．3nm高约2倍，但在217．0nm处的能量很难与氘灯能量平衡。若用塞曼效应校正背景时可采用217．0nm分析线。
27．2参见25镉的注解25．2。
27．2．1有文献指出：用HGA-72型石墨炉测定铅时发现，K、Na、Al的氯化物不干扰铅的测定，ca、co、Fe、Mn的氯化物对铅的测定有干扰。浓度为1g／L的NiCl2能将铅的信号全部抑制。除了浓度为lg／L的NaNO3干扰铅的信号约为20％外，其余的硝酸盐对铅的测定没有影响。若使用经LaCl3处理过的石墨管测定，浓度高达500mg／L的氯化物也不干扰铅的测定。
27．2．2 当铅浓度为10μg／L时，10mg/L的K、Cd、Zn、Be、Fe、Mn无干扰，100mg／L的Na、Ca 无干扰，S042-、P043-有干扰，加入7．5g／L的La可降低干扰。
27．2．3．4可作为铅的基体改进剂的无机试剂还有：NH4NO3，(NH4)2HPO4，CaCl2，Pt和Pd等。有机试剂有：草酸、抗坏血酸和硫脲等。
27．3．2双硫腙分光光度法是一种比较古老的方法，但至今仍有一定的实用价值。双硫腙在弱碱性溶液中与铅形成红色络合物。
27．3．3．4有人作过试验，使用的双硫腙透光率为60％比70％的标准曲线线性关系好，试验结果见表27．1。
表27．1 双硫腙透光率对线性的影响
27．3．5．2．2水中钙、镁离子在碱性溶液中可形成沉淀析出，影响对铅的萃取，加入柠檬酸铵可防止析出沉淀，因柠檬酸铵可与钙、镁等离子形成稳定的络合物。
27．3．5．2．2铜、锌等金属离子也与双硫腙反应生成红色络合物，对铅的测定有干扰。加入 氰化钾可与这些离子形成稳定的络阴离子如 [Cu(CN)4]3-和[Zn(CN)4]2- ，故可消除它们的干扰。
