流动注射光度分析法测定饮用水中氯化物

实验17　流动注射光度分析法测定饮用水中氯化物

一、目的

学习流动注射分析法的原理及操作，了解该方法及装置的特点。

二、内容提要

流动注射分析（Flow Injection Analysis，FIA）是一种新的湿法分析技术，它是丹麦科学家Ruzicka和Hansen于1974年创建的。经许多分析化学工作者多年努力，该法日渐完善。它具有快速、试剂用量少，重现性好，仪器结构简单且价廉等优点。目前，在化学、生物、临床、冶金等领域得到迅速发展和广泛应用。

FIA是连续流动的动态分析方法。它的基本操作是把分析所需的各种试剂和样品，按一定的顺序和比例，用蠕动泵及连接管道，输送到特定的反应区域，进行混合和反应。然后，再流经检测器，检测反应产物浓度相应信息。并用标准曲线法或其他方法，求出样品中待测组分含量。

本实验用FIA法测定饮用水中氯化物（即氯离子）。其装置见图4－21。用Hg（CNS）₂ 和Fe^3＋配成的载体液由蠕动泵恒速地输入细管道（内径0.5mm的聚苯乙烯管），当含Cl^－的试样由进样阀定体积地进样，并由载体液携带试样一起流经反应管时，发生了如下化学反应

生成的红色络合物流入流通池，在480nm处测吸光度，记下吸光度随时间变化的曲线。Cl^－浓度与峰高（吸光度）在一定范围内符合比尔定律，成正比关系。作标准曲线，便可测定饮用水中Cl^－的含量。

亦可用记录仪连续记录光度计透射光转换的电信号，然后根据透光度（T）换算出吸光度（A）。

流动注射法中一个重要的控制因素是对试样分散的控制。由于试样域在载体液中流动时，受到了分子扩散、对流和化学反应等因素的影响，引起试样域浓度发生变化，这一变化可用分散度来表达。分散度（D）定义为

式中c⁰为试样的原始浓度，c_max为试样经分散后在峰值处的浓度。对于上述反应，分散度应控制在3～10之间。影响分散度的因素有试样的体积、管径、管长和泵速等等，各因素之间又相互影响。因此在选择最佳实验条件时要照顾到上述各因素。本实验还将测定分散度，观察是否符合要求。

用光度法测分散度可使用某一染料进入流动注射的液流系统，选择合适的染料浓度范围，使其吸光度与浓度关系符合比尔定律。因此，有分散时，最大吸光度A_max与对应的浓度c_max成正比

式中K为常数。同样，当无分散时，其原始浓度c⁰与对应的吸光度A⁰亦有

故

将上述测定的染料液吸光度值代入，即可求出分散度D值。

本实验还测定“分析频率”。仪器测定一个试样所需的时间定义为从进样到吸光度达到峰值的时间。分析频率用“样/h”表示。

三、仪器和试剂

1.仪器

流动注射光度测量仪（也可用蠕动泵、进样阀、分光光度计及台式记录仪组装，见图4－21。）

秒表

容量瓶　50mL 9个，1000mL 1个

移液管　25mL 1支

吸量管　5mL 1支

2.试剂

载体液（Hg（CNS）₂－Fe^3＋）：称0.2g Hg（CNS）₂，加10g Fe（NO₃）₃，加2mL浓HNO₃及0.7g甲醇，用水稀释至0.5L，脱气备用

氯标准储备液　含1000μg·mL^－1的Cl^－：称1.648g经干燥的分析纯NaCl，用水稀释至一升。用时稀释1倍

硼砂液　10^－2 mol·L^－1：称1.0g硼砂，用水稀释至0.5L

染料液：称0.2g溴百里酚兰，加25mL乙醇，用水稀释至100mL，取上述溶液1mL，用10^－2 mol·L^－1硼砂溶液稀释至100mL

四、实验步骤

1.标准曲线的绘制

准确吸取25.00mL浓度为1000μg·mL^－1的Cl^－标准储备液于50mL容量瓶中，用去离子水定容后，再分别吸取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00及5.00mL于6只50mL容量瓶中，各用去离子水定容。其Cl^－浓度分别为0、10.0、20.0、30.0、40.0及50.0μg·mL^－1。

开启仪器，吸入载体液。调节泵速，使流量为0.8mL·min^－1，反应管长50cm，管径0.5mm，测定波长480nm。排尽系统内空气后，将流通池装入分光光度计，校正零点及满度。然后，每份标准溶液进样4次，记录各次吸光度最大值。

2.样品中Cl^－浓度的测定

用烧杯取自来水样，准确吸取25.00mL水样两份，分放于50mL容量瓶中，用去离子水定容，待测。

仪器运转及操作条件同标准曲线绘制。每份水样进样4次，分别记录吸光度最大值。

3.分析频率的测定

在样品测定过程中，任选3次，分别用秒表记录从进样到吸光度达到最大值所需时间（s，即样品滞留时间），取平均值，计算分析频率（样/h）。

4.分散度的测定

将载体液更换为10^－2 mol·L^－1硼砂液，而泵速、进样量、管长、管内径等因素都保持不变，在620nm处校正零点和满度。然后，将染料液作为试样，进样5～6次，分别记录吸光度最大值。此为有分散时的吸光度。

再将载体液更换为染料液，直接吸入流通池中，记录吸光度最大值，此为无分散时的吸光度。

5.结束实验

实验结束后，继续用泵输送去离子水5～10min，以清洗管道及流通池。然后，停止送水、关机，做好清洁工作。

五、数据处理

1）绘制吸光度对Cl^－浓度的标准曲线。将每个标准溶液进样4次的最大吸光度取平均值，与对应的Cl^－浓度作图，即得标准曲线，或拟合线性方程。

2）水样中Cl^－浓度计算。将水样4次进样的最大吸光度取平均值，在标准曲线上查得或从拟合方程中计算出对应的Cl^－浓度，再乘以稀释倍数2，即得原来水样品Cl^－离子浓度，以“mg·L^－1”表示。

3）分析频率计算。由于分析一个样品所需时间为T秒，而每小时为3 600s，由此得

4）按式（4－19）计算分散度。

六、注意事项

1）系统管道连接必须牢靠，不能漏液或漏气。接头要尽量少，管径适度不要太大，以减小死体积。

2）进样时，转动进样阀要轻而快速，以使数据重现性好。

3）更换样品时，进样阀必须先转至“进样”位置，待毛细管插入新的样液后，再转至“装样”，以防气泡进入系统。

4）水样必须清净。若浑浊或含沉淀物，应过滤后再测定，以免影响吸光度或堵塞管道。

七、思考题

1.载体液有颜色会影响测定吗？为什么？

2.分散度过大或过小对测定有什么影响？

3.载体液配制好后为什么要脱气？系统中若有气泡会产生什么影响？

4.试比较作为动态分析的FIA法与一般静态分析法（如滴定、分光光度法等）的异同。

八、实验拓展

改变流动注射分析仪的管线连接，用去离子水作载体液，增加一路输送显色剂（即原载体液Hg（CNS）₂－Fe^3＋）直接至反应管的管道，用该系统同样做上述试验，看分散度及测定结果有何变化，并分析原因。以加深对流动注射分析法的理解。

九、附录

流动注射光度分析仪

（1）仪器的基本结构

流动注射光度分析仪，一般由蠕动泵、进样阀、反应管、流通池、分光光度计及记录仪等组成。单道流路系统的结构见图4－21。

图4-21　FIA测氯化物的仪器示意图（单道流路）

（2）蠕动泵

由6个或10个转轴与压板组成，中间装有泵管，调节转轴转速和泵管粗细，即可获得稳定流速的液流。

（3）进样阀

进样阀的种类很多，图4－22为自制的进样阀，阀芯可手动。装样时（图4－22所示位置）载体液经旁路输送。进样时，把阀芯转到样品定量管两端与载体流出入口通的位置，由于旁路的阻力比定量管大，载体液就把定量管中的试样带出，一起进入反应管路，完成进样动作。

图4-22　进样阀装样位置

图4-23　流通池

（4）流通池

一般的流通池外形像一个比色皿，内部用不透光材料封装一段弯成一定形状的光学玻璃管，见图4－23，并留有透光孔。光度计的单色光通过透光孔内一段有试液流过的水平玻璃管内部，产生光吸收。然后，透射光进入光电转换元件，进行检测。

流通池的光通道直径为2mm，光程为10mm。将其放在光度计的比色皿架上固定，试液流过时测吸光度，由记录仪记录光度的连续变化。

参考文献

［1］Ruzica J，Hansen E H著.徐淑坤等译.流动注射分析.北京：北京大学出版社，1991

［2］方肇伦等著.流动注射分析法.北京：科学出版社，1999

［3］高甲友，咸爱红.流动注射－吸光光度法测定自水中的余氯.理化检验———化学分册，1997，33 （5）：220～222