吸光光度法测定铁

^＊实验7　吸光光度法测定铁

一、目的

通过吸光光度法测定铁的基本条件试验，学习如何选择吸光光度分析的实验条件，并掌握吸光光度测量的基本方法和S22PC型分光光度计的使用方法。

二、内容提要

物质分子对光辐射的吸收，是可以用一个连续改变波长的单色光来进行测量的，方法是用单色光照射某一吸光物质，测量单色光照射前后的强度，即入射光强度I₀，以及透过吸光物质后的透射光强度I，并定义透光度T为

定义吸光度A为

用测量仪器记录该物质在每一波长处的吸光度（A）或透光度（T），便可以得到该物质的吸收光谱或透射光谱。

根据朗伯（Lambert）和比尔（Beer）等人对物质吸收辐射的定量关系的研究，描述辐射强度和吸收物的吸收光程及浓度的关系式就称之为光吸收定律，其表示式为

式中ε为摩尔吸光系数［L·（mol·cm）^－1］，b为吸收光程（cm），c为吸收物质的摩尔浓度（mol·L^－1）。

光吸收定律确定了吸光度和吸收物质浓度之间的定量关系，因此它是紫外可见吸光光度法（或称分光光度法）进行定量分析的依据。应用此公式时应注意：①入射辐射必须是单色光；②光辐射与物质的作用仅限于吸收，若同时有散射、荧光和光化学反应产生将会引进较大误差；③吸收时，吸收体系中的各物质之间应无相互作用；④光吸收定律的线性关系只有在吸光物质低含量或稀溶液时才能成立。

实际定量测定时，吸收光程为定值，式（4－3）可写作

式中k为与被测组分内在的相关性质因素以及实验测量条件有关的常数。它通过标准溶液测得的A值来求出。实际采用的办法是，在某一浓度范围内，制备一系列不同浓度的被测物质的标准溶液c_s，在控制相同的实验条件下，测出它们的相应信号A_s，用线性拟合方法得到A_s与c_s之间的线性关系式，也可用作图法以一条A_s～c_s直线来表达，其斜率便是k值。然后再测定被测物质的未知试液的信号A_x，即可从拟合方程或作图所得的直线上获得被测物质在未知试液中的浓度c_x。这条A_s～c_s直线就是实验的校准曲线，也称工作曲线或标准曲线。拟合方程称为校准函数。这是一种间接的定量方法。

吸光度的实际测量方法是用同一强度的单色光通过相同光程测量溶液和参比溶液，获得I、I₀由式（4－2）计算得到。盛放测量溶液和参比溶液的液槽（又称比色皿）应配对，即液槽的厚度及透光窗面应完全一致。这样可消除盛放溶液的容器、溶剂对光吸收的影响，以及溶液中被测物质以外的影响吸光度测量的因素。一般来说，参比溶液可选用溶剂、或除被测组分以外的试剂溶液，视测试体系的具体情况而定。

在可见区的吸光光度测量中，若被测组分本身有色，则可直接测量。若被测组分本身无色或颜色很浅，则可用显色剂与其反应（即显色反应），生成有色化合物，再进行吸光度的测量。大多数显色反应是络合反应。对显色反应有以下要求。

1）灵敏度足够高，一般选择反应生成物的摩尔吸光系数大的显色反应，以适合于微量组分的测定。

2）选择性好，干扰少或容易消除。

3）生成的有色化合物组成恒定，化学性质稳定，与显色剂有较大的颜色差别。

在建立一个新的吸光光度方法时，为了获得较高的灵敏度和准确度，应从显色反应和测量条件两个方面，考虑下列因素。

1）研究被测离子、显色剂和有色化合物的吸收光谱，一般选择吸收光谱峰值波长为测量波长。

2）溶液pH值对吸光度的影响。

3）显色剂用量、显色时间、颜色的稳定性及温度对吸光度的影响。

4）被测离子符合比尔定律的浓度范围。

5）干扰离子的影响及其排除的方法。

6）参比溶液的选择。

此外，对方法的精密度和准确度，也需进行试验。

铁的显色试剂很多，例如硫氰酸铵、巯基乙酸、磺基水杨酸钠等。邻二氮菲是测定微量铁的一种较好的试剂，它与二价铁离子反应，生成稳定的橙红色络合物（lg K_稳＝21.3）

此反应很灵敏，络合物的摩尔吸光系数ε为1.1×10⁴ L·（mol·cm）^－1。在pH 2～9之间，颜色深度与酸度无关，而且很稳定，在有还原剂存在的条件下，颜色深度可以保持几个月不变。本方法的选择性很高，相当于铁含量40倍的Sn^2＋、Al ^3＋、Ca^2＋、Mg^2＋、Zn^2＋、SiO₃^2－；20倍的Cr^3＋、Mn^2＋、VO^3－、PO₄^3－；5倍的Co^2＋、Cu^2＋等均不干扰测定，所以此法应用很广。

三、仪器和试剂

1.仪器

S22PC型分光光度计（附1cm液槽2个）

容量瓶　50mL 20个

滴定管　50mL 1支

吸量管　1mL 1支，2mL 1支，6mL 1支

量杯　10mL 1个

2.试剂

铁标准溶液　100μg·mL^－1：准确称取0.8634g NH₄Fe（SO₄）·12H₂O，置于烧杯中，加入20mL　1∶1（体积）的盐酸和少量水。溶解后，转移至1L容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀

盐酸羟胺溶液　10％（临用时配制）

邻二氮菲溶液　0.15％（临用时配制）：应先用少许酒精溶解，再用水稀释

醋酸钠溶液　1mol·L^－1

氢氧化钠溶液　0.1mol·L^－1

精密pH试纸

四、实验步骤

1.绘制吸收曲线并选择测量波长

取2个50mL容量瓶，其中一个加入0.60mL 100μg·mL^－1铁标准溶液。然后，在2个容量瓶中各加入1mL 10％盐酸羟胺溶液，2mL 0.15％邻二氮菲溶液及5mL 1mol·L^－1醋酸钠溶液，用水稀释至刻度，摇匀。

在S22PC型分光光度计上，用1cm液槽，以不含铁的试剂溶液作参比溶液，在波长为450～540nm间，每隔5nm测一次吸光度。操作方法见所附录S22PC型分光光度计及液槽的使用。以波长为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸收曲线。选择吸收曲线的峰值波长为本实验测量波长。

2.显色剂用量的确定

取10个50mL容量瓶，每个瓶中都加入0.60mL 100μg·mL^－1铁标准溶液，1mL 10％盐酸羟胺溶液，然后分别加入0、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.50、2.50及4.00 mL 0.15％邻二氮菲溶液。最后都加入5mL 1mol·L^－1醋酸钠溶液，用水稀释至刻度，摇匀。以不含显色剂的溶液作为参比溶液，使用1cm液槽，在选定波长下测量。以显色剂浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘图。确定显色剂的用量。

3.pH值的影响

取9个50mL容量瓶，每个瓶中都加入0.60mL 100μg·mL^－1铁标准溶液，1mL 10％盐酸羟胺溶液，2mL 0.15％邻二氮菲溶液。然后，用滴定管依次加入0、2.00、5.00、8.00、10.00、20.00、22.00、25.00及30.00mL 0.1mol·L^－1氢氧化钠液溶，用水稀释至刻度，摇匀。用精密pH试纸测定上列溶液的pH值。（也可用pH计测量溶液的pH值。）再用1cm液槽，以不含铁的各自相应的试剂溶液作参比溶液，在所选定的波长下测量吸光度。以pH值为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制曲线。找出合适的pH值范围。

4.绘制吸光度对铁的浓度曲线

取9个50mL容量瓶，分别加入0、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.60及2.00mL 100μg·mL^－1铁标准溶液，每个容量瓶再加入1mL 10％盐酸羟胺溶液，2mL 0.15％邻二氮菲溶液，以及5mL 1mol·L^－1醋酸钠溶液，用水稀释至刻度，摇匀，得一系列标准溶液。在选定的波长下，用1cm液槽，以不含铁的试剂溶液作参比溶液，测量各个溶液的吸光度。以吸光度对铁的浓度作图。

5.未知试样溶液的测定

取3个50mL容量瓶，分别移取5.00mL未知试样溶液，按实验步骤4的方法配制溶液，并测量吸光度。

五、数据处理

1）记录不同波长及相应吸光度，绘制吸收曲线，并确定最大吸收峰值波长。

2）记录显色剂用量与吸光度关系，绘制相应曲线，并确定实验应选择的显色剂用量。

3）记录不同pH值溶液的吸光度，绘制相应曲线，从中决定颜色不变的pH值范围。

4）记录系列标准溶液浓度及相应的吸光度，绘制吸光度对铁浓度的曲线，并确定其线性范围。从曲线求得未知试样溶液原始浓度的平均值，相对平均偏差。

六、思考题

1.实验中，盐酸羟胺、醋酸钠的作用是什么？若用氢氧化钠代替醋酸钠，有什么缺点？

2.以本实验为例，说明溶液的颜色和吸收曲线峰值波长有何关系？

3.试分析实验得到的吸光度对铁的浓度曲线。

4.根据实验结果，计算铁（Ⅱ）－邻二氮菲络合物的摩尔吸光系数。

七、实验拓展

1）用实验证实体系中不加还原剂盐酸羟胺，对测量吸光度的影响。

2）本实验体系生成的铁（Ⅱ）－邻二氮菲络合物非常稳定，请设计一个实验，测量该络合物的吸光度随时间的变化。发色后，多长时间达到稳定。

八、附录

1.S22PC型分光光度计

（1）结构

S22PC型分光光度计由上海棱光技术有限公司生产，用于可见－近紫外波段的测量，是化学实验室最基本的仪器，其光路与外形结构见图4－1。它具有波段范围宽、光度精度高、超低杂散光、操作简单、轻巧简洁、有自动调零自动调满度、浓度直读等特点。

图4-1　S22PC型分光光度计

S22PC型分光光度计是继721、722型分光光度计后，设计的新一代光度计。在光路系统、结构系统、接收和电子处理系统、人机接口、操作及通讯功能等方面都有很大改进。

（2）使用操作

1）开启仪器。打开仪器左侧电源开关，开启试样室盖（此时，光门关闭），可见“TRANS”指示灯。预热30min。

2）选择测量波长。调节波长旋钮，垂直观察显示窗中波长读数，直至标线对准所选波长。按“0％T”键，仪器即自动调节至透光度T＝0。

3）调节测量基准点。将两个装有参比溶液的比色皿插入比色皿架，拉动比色皿架拉杆，使其中一个置于光路。盖上试样室盖，按“l00％T”键，仪器即自动调节至透光度T＝100.0（若未至T＝100.0，再按“l00％T”键一次）。再开盖调“0”，并反复调节0和100。

4）校比色皿。将另一参比溶液推入光路测A值。（用该比色皿装参比溶液时，将所测得的A值对待测溶液的A值进行校正）。

5）待测溶液测量。参比溶液置于光路，调至T＝l00后按“MODE”键，选择“ABS”功能（ABS指示灯亮），显示吸光度A＝0.0。再将待测溶液推入光路，读取吸光度A。读后即打开试样室盖，并按“MODE”键3次，回至“TRARS”状态。

6）关闭仪器。使用完毕后，关闭电源。检查试样室内是否留有溶液，注意擦净。盖上试样室盖。洗净比色皿。

（3）注意事项

1）测量波长改变时，必须重新调节T＝0和T＝100。

2）拉动比色皿架拉杆要到位（到位时有定位感），可前后轻轻推拉一下，确保定位正确。以保证测量时比色皿处在光路的同一位置。

3）每次测定完毕，打开试样室盖，并按“MODE”键，使仪器处于“TRANS”状态。

4）注意比色皿的正确使用。

2.液槽的使用

液槽（比色皿）的操作正确与否，对测量结果有很大影响。为此，必须遵守下述规则。1）液槽必须十分干净，方可使用。

2）拿取液槽时，手指不能接触透光面。放入液槽架前，用擦镜纸或细软而吸水的纸轻轻擦干外部液滴，避免擦伤透光面。还需注意，液槽外部不能留有纤维，内部不得黏附细小气泡，以免影响透光度。

3）盛放溶液应充至液槽全部高度的4/5，不宜过满。注入被测溶液前，液槽要用被测溶液洗涤3次，以免影响溶液浓度。实验完毕，液槽用稀盐酸或合适的溶剂、蒸馏水洗净。切忌用碱或强氧化剂洗涤。

4）液槽应配对使用。通常一个盛放参比溶液，另一个盛放被测溶液。同一组测量中，两者不要互换。有的液槽侧面带有箭头标记，每次测量按同一方向的箭头标记放入光路，并使液槽紧靠光入射方向，透光面垂直于入射光。

参考文献

［1］E·B·谢德尔著.李连仲译.微跡金属比色测定.北京：地质出版社，1954，207

［2］Meloan C E，Kiser R W.Problems and Experiments in Instrumental Analysis.Columbus，Ohio：Charles E.Merill，1963，6

［3］武汉大学等三校编.分析化学实验.北京：人民教育出版社，1979，106

［4］上海棱光技术有限公司.S22PC型分光光度计使用说明书