邻二氮菲分光光度法测定微量铁

实验19　邻二氮菲分光光度法测定微量铁

实验目的

(1)学习如何确定分光光度法的实验条件;

(2)掌握通过绘制吸收曲线确定λ_max和利用标准曲线进行定量的方法;

(3)熟悉可见分光光度计的结构和使用方法。

实验原理

可见分光光度法进行定量分析时，要经过取样、溶解、显色及测量等步骤。显色反应受多种因素的影响，例如:为了使反应进行完全，应当确定显色剂加入量的合适范围，溶液的酸度既影响显色剂各种形体的浓度(为什么?)，又影响金属离子的存在状态，从而影响了显色反应生成物的组成;不同的显色反应，生成稳定有色化合物所需的时间不同，达到稳定后能维持多久也不大相同;许多显色反应在室温下能很快完成，有的则需要加热才能较快进行;此外，加入试剂的顺序、离子的氧化态、干扰物质的影响等均需要一一研究，以便拟定合适的分析方案，使测定既准确又迅速。本实验通过确定Fe(Ⅱ)－邻二氮菲显色反应的条件，学习如何拟定一个分光光度分析实验的测定条件。

邻二氮菲作显色剂测定微量二价铁的灵敏度高，选择性好。在pH=2～9的溶液中，Fe²⁺与邻二氮菲生成极稳定的橙红色配合物，反应式如下:

该配合物lgK_稳=21.3(20℃)，在510nm波长下有最大吸收，其摩尔吸光系数ε₅₁₀为1.1×10⁴L·mol^－1·cm^－1。

邻二氮菲也能与Fe(Ⅲ)生成3∶1的淡蓝色配合物，其lgK_稳=14.10。因此在显色前应先用盐酸羟胺(NH₂OH·HCl)把Fe³⁺还原为Fe²⁺，反应为

测定时，控制溶液酸度在pH=2～9较为适宜。酸度较高时，反应进行较慢;酸度太低，则Fe²⁺水解，影响显色。

仪器与药品

仪器:722S型可见分光光度计、酸度计、玻璃电极、饱和甘汞电极。

药品:100μg·mL^－1铁标准溶液(准确称取0.8634g铁铵钒NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O于小烧杯中，加入20mL6mol·L^－1HCl和少量水，溶解后定量转移至1L容量瓶中，用水稀释定容，摇匀)、0.12%邻二氮菲水溶液(用前配制)、10%盐酸羟胺水溶液、pH=4.5的HOAc-NaOAc缓冲溶液(称取分析纯NaOAc·3H₂O32g溶于适量水中，加入6mol·L^－1HOAc68mL，稀释至500mL)、2mol·L^－1HCl溶液、0.4mol·L^－1NaOH溶液。

实验步骤

1．10.0μg·mL^－1铁标准溶液的配制

准确吸取10.00mL100μg·mL^－1铁标准溶液至100mL容量瓶中，用水稀释定容，摇匀。

2．条件实验

1)吸收曲线的绘制

吸取10.0μg·mL^－1铁标准溶液3.00mL于50mL容量瓶中，加入1mL10%盐酸羟胺溶液，摇匀。2min后，加入HOAc-NaOAc缓冲溶液5mL，0.12%邻二氮菲2mL，以水稀释定容。在分光光度计上用1cm比色皿，以空白溶液为参比，在波长470～550nm范围内每隔10nm测定一次吸光度^①。然后以吸光度为纵坐标、波长为横坐标绘制吸收曲线，在吸收曲线上找出进行测定的最适宜波长。以下条件实验和测定工作均在此选定波长下进行。

2)有色溶液的稳定性

按上一步骤配制邻二氮菲铁溶液后，用1cm比色皿，每隔一段时间(3min，30min，1h，1.5h，2h)测定一次吸光度值。绘制出吸光度－时间曲线，找出稳定值的时间范围。

3)显色剂浓度的影响

取7个50mL容量瓶，准确吸取10.0μg·mL^－1铁标准溶液3.00mL加入各容量瓶中，分别加入1mL10%盐酸羟胺溶液，放置2min后，加入HOAc-NaOAc缓冲溶液5mL，然后分别加入0.12%邻二氮菲0.20、0.40、0.60、1.00、1.50、2.00、3.00mL，用水稀释定容，摇匀。用1 cm比色皿，以水为参比，分别测定各溶液的吸光度。然后以加入邻二氮菲的体积为横坐标，相应的吸光度值为纵坐标，绘制出吸光度－显色剂用量曲线，从而确定显色剂最适宜的量。

4)溶液酸度的影响

准确吸取4.00mL10.0μg·mL^－1铁标准溶液于100mL容量瓶中，加入2mol·L^－1HCl溶液10mL，10%盐酸羟胺溶液10mL，放置2min后，加入0.12%邻二氮菲20mL，以水稀释定容，摇匀。

取7个50mL容量瓶，准确吸取上述溶液5.00mL置于各容量瓶中，各加入0.4mol·L^－1NaOH溶液0.00、1.00、2.00、4.00、5.00、7.00及9.00mL^②，以水稀释定容，摇匀。用1cm比色皿，以水为参比，测定各溶液的吸光度。然后用酸度计分别测定各溶液的pH值。绘制吸光度－pH值曲线，找出适宜的pH值范围。

3．铁含量的测定

1)制作标准曲线

取6个50mL容量瓶，分别加入0.00、1.00、2.00、3.00、4.00和5.00mL10.0μg·mL^－1铁标准溶液，各加入10%盐酸羟胺溶液1mL，摇匀后放置2min。再各加HOAc-NaOAc缓冲溶液5mL，0.12%邻二氮菲溶液2mL，以水稀释定容，摇匀。以空白溶液为参比^③，用1cm比色皿在选定波长下测定各溶液的吸光度。绘制标准曲线。

2)试液中含铁量的测定

准确吸取10.00mL未知试液于50mL容量瓶中，按上述操作进行显色^④，定容，并测定其吸光度。从标准曲线上查出试液铁含量^⑤，并计算原试液铁含量，以μg·mL^－1为单位表示测定结果。

注释

①每更换一次波长，均需要重新用参比溶液调节透光度至100%，再测定溶液的吸光度。

②加入NaOH的量，应使各溶液的pH值从小于2开始逐渐增加至12以上。如NaOH的加入量不合适，可以酌情调整到上述要求。

③试剂中往往含有极微量的铁，因此在绘制标准曲线时，以空白溶液作为参比。进行条件实验时，目的是比较某种条件对吸光度大小的影响，所以可直接用蒸馏水作参比。

④试液的显色应与标准系列显色同时进行，这样显色时间能够一致。

⑤标准曲线的横坐标以50mL溶液中所含标准铁溶液的体积数表示铁含量，这样处理数据较为方便。

数据记录

1)吸收曲线

2)标准曲线

思考题

(1)在显色之前，为什么要预先加入盐酸羟胺和HOAc-NaOAc缓冲溶液?

(2)测量吸光度时，为什么要选择参比溶液?选择参比溶液的原则是什么?

(3)实验中哪些试剂的加入量必须很准确?哪些可以不必很准确?

(4)为什么绘制工作曲线和测定试样应在相同条件下进行?这里主要指哪些条件?

(5)吸收曲线和标准曲线有何区别?各有何实际意义?

(6)分光光度法测定时，一般读取的吸光度值取什么范围好?为什么?如何控制被测溶液的吸光度值在此范围内?