萃取原子吸收分光光度法测定水样中铜

实验20　萃取原子吸收分光光度法测定水样中铜

一、目的

通过对水样中痕量铜的富集，学习用络合萃取技术对样品中无法直接测定的痕量组分进行预富集的方法与操作。了解萃取原子吸收分光光度法测定的特点。

二、内容提要

原子吸收分光光度法是目前应用最广泛的微量分析方法之一。该法灵敏度高、选择性好，精密度和准确度能满足一般微量分析要求，操作简便、快速，仪器价格适中。

在以火焰为原子化器的原子吸收光度法中，样品试液吸入雾化系统形成气溶胶后进入火焰，经蒸发、解离等步骤，形成待测元素的基态原子，它能吸收该元素的空心阴极灯发射出的特征光谱线。在一定条件下，其吸光度（A）与试液中待测元素浓度（c）符合比尔定律。当实验条件固定，在一定浓度范围内K为常数。因此，将样品与标准系列样的吸光度进行比较，即可进行定量分析。

若水样中的Cu^2＋含量很低，无法直接测定时，可用萃取法进行预富集。由于Cu^2＋在pH为2.8时能与吡咯二硫代氨基甲酸铵（简称APDC）生成稳定络合物，并易溶解于与水不互溶的甲基异丁基酮（简称MIBK）。因此，可用APDC－MIBK络合萃取法，将大体积水样中的痕量Cu^2＋富集于小体积的MIBK中，使其浓度大大提高，以便于测定。本实验正是基于此而设计的。

APDC－MIBK络合萃取时等离子浓度为70mg·L^－1，Ca^2＋、Mg^2＋、K^＋、Na^＋、As（III）等离子浓度为500mg·L^－1都无明显影响。但水样中如含有大量能与APDC络合的金属离子，会产生负干扰。此时可加大APDC用量，并用MIBK多次重复萃取，以消除干扰。水样中若含50mg·L^－1的Fe^2＋及亦有明显干扰。前者需预先氧化或分离，后者可加0.5g尿素消除。

三、仪器和试剂

1.仪器

WFX－110原子吸收分光光度计（附铜空心阴极灯）

空气钢瓶或WM－2B型无油气体压缩机

乙炔钢瓶

分液漏斗　250mL 8个

具塞试管　10mL 8个

移液管　50mL 1支

吸量管　5mL 1支

量筒　100mL 1个

量杯　10mL 1个

抽气瓶及玻璃砂芯漏斗 1套

2.试剂

优级纯的硝酸，盐酸及氨水

吡咯二硫代氨基甲酸铵（APDC）水溶液 2％：溶解1.0g（APDC）于去离子水中，滤去不溶物，用去离子水稀释至50mL。临用时配制

甲基异丁基酮（MIBK）：如含有微量待测元素，可用5倍体积的（1∶99）盐酸洗除，再用去离子水洗去过多的酸

酒石酸溶液　1mol·L^－1：溶解150.09g酒石酸于去离子水中，并稀释至1L

Cu^2＋标准贮备液　1.000g·L^－1：用高纯金属铜加优级纯HNO₃溶解。用时以去离子水逐级稀释至2.00mg·L^－1

精密pH试纸（0.5～5.0）

四、实验步骤

1.采样及水样的预处理

采取地下水样品，并当场按1L水样加10mL优级纯HNO₃的比例加酸，以固定Cu^2＋，防止其与玻璃器皿上的硅酸盐进行交换而被吸附。同时，也是为了防止地下水中Fe（Ⅲ）生成Fe（OH）₃而吸附Cu^2＋。

水样中有机物本身一般不干扰测定，不必将其彻底分解。但为了防止有机物在燃烧器缝口因燃烧不完全而结炭，堵塞缝隙，当有机物含量多时，需用（HNO₃＋HClO₄）或（HNO₃ ＋HCl）消解处理。

2.APDC－MIBK萃取

1）准确吸取水样适量（据水样含Cu^2＋量而定）两份，分别置于预先洗净的250mL分液漏斗中，并加去离子水稀释至200mL。

2）另取6个洗净的250mL分液漏斗，排列编号，各加入150mL去离子水，再依次分别加入2.00mg·L^－1标准Cu^2＋溶液0.00、0.30、0.60、1.00、3.00及5.00mL，均用去离子水补充至200mL。

3）向盛有水样及标准溶液的分液漏斗中各加入5mL 1mol·L^－1酒石酸并混匀，用（1∶3）的氨水调节pH至2.5～3.0，以精密pH试纸检测。

4）各个分液漏斗中均加入25mL 2％APDC水溶液，混匀，再各加入10.0mL MIBK剧烈摇振2min，静置分层，丢弃水相，将有机相放至10mL具塞干试管内，盖紧待测。

3.测量

1）打开WFX－110原子吸收光光度计的灯室，装上铜元素空心阴极灯，并记住灯座号。开启主机电源。按实验19附录WFX110原子吸收分光光度计的操作使用进行操作。

2）打开电脑，双击屏幕上的“Wfxstop”图标，进入仪器控制程序，则自动进行自检及连机。

3）设置参数。

光源为“火焰”，待测元素为“Cu”，分析线波长为缺省值，光谱通带宽为“0.5nm”，并输入灯座号。仪器参数设信号类型为“原子吸收”，测量方式为“时间平均”，阻尼为“2”。标准曲线设浓度单位为“mg·L^－1”，方程为“Linear”，重复次数为“3”，空白打“√”，标准溶液浓度值（STD Conc.）换算后填入。

选择灯类型为“HCL”（空心阴极灯），灯电流为3mA左右，负高压由仪器自控。点击“设置”、“寻峰”。

调节压缩空气流量为6L·min^－1。乙炔输出气压为0.05～0.06MPa。按一下“点火”键，则自动点燃火焰。进一步调节乙炔流量，直至呈现合适的火焰。测铜一般用贫燃火焰。

调节透光度为100左右。再点击显示屏上方的“Data”、“Calib”、“Signal”等图标，打开数据表、信号图及标准曲线图，并设置合适的坐标范围及有效数字位数。

4）进样。先进具塞试管内的空白溶液，接着将标准溶液（有机相）浓度由小到大进样，再进水样（有机相），依次测得吸光度。

4.结束工作

1）先后吸入乙醇及去离子水，清洗仪器的雾化系统。并将所有数据储存及打印。

2）关机。首先退出测量程序。接着，关掉乙炔钢瓶总阀，待火焰熄灭后，放松减压阀。再按“点火”键复位，并将主机上的燃气阀关至最小。最后，依次关空气压缩机、排风机、主机、计算机及电源开关。倒掉废液（若MIBK量大，应考虑分液及蒸馏回收）。

五、数据处理

1）根据打印的数据，检查标准曲线的线性是否良好，3次平行测定的数据精密度是否符合要求。必要时可按数据表中提供的数据，重作标准曲线，计算样品含铜量。

2）取两个平行样品的测定结果平均值，计算出原水样中Cu^2＋或指定铜盐的含量，以“mg·L^－1”单位表示。

六、注意事项

1）所有测定必须在萃取后5h内完成，避免因氧化、光照等而产生其他副反应而影响测定。

2）在摇振分液漏斗萃取操作过程中，应“放气”1～2次。操作时，应揿紧漏斗盖，将其倒置，慢慢转动活塞，向上放气。

3）MIBK易挥发，且有刺激气味，萃取操作过程应在通风橱内进行。上机测定动作要快，并随手盖好已测的样品，以减少挥发。

4）MIBK为可燃物质，进入火焰后，相当于燃气组分增加。因此，在点火后调节贫燃火焰时，乙炔的流量可适当减小。

七、思考题

1.本实验中，APDC和MIBK各起什么作用？能否用丙酮代替MIBK？

2.为什么要加酒石酸溶液，并用稀氨水将pH调至2.5～3.0？

八、实验拓展

地下水中的Cu^2＋含量亦可用标准加入法测定。请自行设计运用标准加入法的实验步骤。

参考文献

［1］朱明华编著.仪器分析.北京：高等教育出版社，2000

［2］邓勃等编.应用原子吸收与原子荧光光谱分析.北京：化学工业出版社，2003，585