用邻二氮菲分光光度法测定铁

一、 实验目的

（1） 学习分光光度分析实验条件的选择。

（2） 掌握用邻二氮菲分光光度法测定铁的原理和方法。

（3） 掌握分光光度计的结构和正确的使用方法。

（4） 练习吸量管的基本操作。

二、 实验原理

在光度分析中， 若被测组分本身颜色很浅或者无色， 一般需先选择适当的显色剂与其反应使之生成有色化合物， 然后再进行测定。 为了使测定有较高的灵敏度、 选择性和准确度，必须选择适宜的显色反应条件和吸光度测量条件。 通常所研究的显色反应条件有溶液的酸度、 显色剂用量、 显色时间、 温度、 溶剂以及共存离子的干扰等； 吸光度测量的条件主要有测量波长、 吸光度范围和参比溶液的选择等。 本实验通过邻二氮菲测定铁， 介绍分光光度法分析实验条件的确定。

条件试验的简单方法是： 变动某实验条件， 固定其余条件， 测得一系列吸光度值， 绘制吸光度-某实验条件的曲线， 根据曲线确定某实验条件的适宜值或适宜范围。

用分光光度法测定铁时， 显色剂比较多， 有邻二氮菲及其衍生物、 磺基水杨酸、 硫氰酸

盐和5-Br-PADAP等。 邻二氮菲分光光度法由于灵敏度较高， 稳定性好， 干扰容易消除， 因而是目前普遍采用的一种测定方法。

图3－2 Fe2＋离子与邻二氮菲的反应式

在p H值2～9的范围内，Fe2＋离子与邻二氮菲反应生成稳定的橘红色配合物， 反应式如图3-2所示。

该配合物的最大吸收波长λmax＝508nm，摩尔吸光系数ε508＝1.1×104L·mol-1·cm-1，lg K稳＝21.3。

由于Fe3＋离子与邻二氮菲也生成3∶1淡蓝色配合物，因此，显色前应预先用盐酸羟胺将Fe3＋全部还原为Fe2＋，反应式如下：

2Fe3＋＋2NH2OH·HCl＝2Fe2＋＋N2＋4H＋＋2Cl-＋2H2O

测定时， 控制溶液酸度在p H值为5左右较为适宜。 酸度高时， 反应进行较慢； 酸度太低时，Fe2＋离子水解影响显色。

本测定方法不仅灵敏度高、 生成的配合物稳定性好， 选择性也很高， 相当于含铁量40倍的Sn2＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋、Zn2＋、Si O32-，含铁量20倍的Cr3＋、Mn2＋，含铁量5倍的Co2＋、Cu2＋等均不干扰测定，是测定铁的一种较好且灵敏的方法。

三、 仪器和试剂

1. 仪器

（1） 722（或721）型分光光度计；

（2） p H计或精密p H试纸；

（3） 50m L容量瓶8个（或比色管8支）。

2. 试剂

（1）100μg·m L-1的铁标准贮备液：准确称取0.8634g分析纯NH4Fe（SO4）2·12H2O，置于烧杯中，用20m L6mol·L-1的HCl溶液和适量水溶解后，定量转移至1L容量瓶中，以水稀释至刻度， 摇匀。

（2） 10μg·m L-1的铁标准溶液：由铁标准贮备液稀释配制， 用移液管吸取100μg· m L-1的铁标准贮备液10m L于100m L容量瓶中，加入2m L6mol·L-1的HCl溶液，以水稀释至刻度，摇匀。此溶液即含铁10μg·m L-1的工作溶液。

（3） 邻二氮菲水溶液：1.5g·L-1水溶液。

（4） 盐酸羟胺溶液（10g·L-1，用时现配）。

（5） 1mol·L-1的Na Ac溶液。

（6） 1mol·L-1的Na OH溶液。

四、 实验步骤

1. 条件试验

1） 吸收曲线的绘制

用吸量管吸取2m L1.00×10-3mol·L-1的标准铁溶液于50m L容量瓶（或比色管，下同）中，加入10m L10g·L-1的盐酸羟胺溶液，摇匀（原则上每加入一种试剂后都要摇匀）。再加入2m L1.5g·L-1的邻二氮菲溶液、5m L1mol·L-1的Na Ac溶液，以水稀释至刻度，摇匀。放置10min。在分光光度计上，用1cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，在波长450nm到550nm之间， 每隔10nm测量一次（接近吸收峰时可隔5nm测量一次）吸光度。 然后在坐标纸上以波长为横坐标， 以吸光度为纵坐标， 绘制A-λ吸收曲线， 从吸收曲线上选择测定铁的适宜波长。一般选用最大吸收波长λmax。

2） 显色剂用量的确定

取7个50m L容量瓶，各加入2m L1.00×10-3mol·L-1的标准铁溶液和1m L10g·L-1的盐酸羟胺溶液，摇匀。分别加入0.1m L、0.3m L、0.5m L、0.8m L、1.0m L、2.0m L及4.0m L1.5g·L-1的邻二氮菲溶液，然后加入5m L1.00×10-3mol·L-1的Na Ac溶液，用蒸馏水稀释至刻度， 摇匀。 放置10min， 在分光光度计上， 用1cm的比色皿， 选择适宜的波长， 以蒸馏水为参比， 分别测其吸光度。 在坐标纸上以加入的邻二氮菲毫升数为横坐标，以相应的吸光度为纵坐标，绘制A～V显色剂曲线，以确定测定过程中应加入的显色剂的最佳体积。

3） 溶液酸度的影响

取8个50m L容量瓶，各加入2m L1.00×10-3mol·L-1的标准溶液，及1m L10g· L-1的盐酸羟胺溶液，摇匀。再加2m L1.5g·L-1的邻二氮菲溶液，摇匀。用5m L吸量管分别加入0m L、0.2m L、0.5m L、1m L、1.5m L、2m L、2.5m L、3m L1mol·L-1的Na OH溶液， 以蒸馏水稀释至刻度， 摇匀。 放置10min， 在选定的波长， 用1cm的比色皿， 以蒸馏水为参比， 测其吸光度， 用精密p H试纸或p H计测量各溶液的p H值。 在坐标纸上以p H值为横坐标， 以相应的吸光度为纵坐标， 绘制A～p H曲线， 找出测定铁的适宜p H范围。

4） 显色时间及配合物的稳定性

取一个50m L容量瓶，加入2m L1.00×10-3mol·L-1的标准铁溶液、1m L10g·L-1的盐酸羟胺溶液，摇匀。加入2m L1.5g·L-1的邻二氮菲溶液、5m L1.00×10-3mol·L-1的Na Ac溶液， 以蒸馏水稀释至刻度， 摇匀。 立即在所选定的波长下， 用1cm的比色皿， 以蒸馏水为参比， 测定吸光度， 然后测量放置5min、10min、15min、20min、30min、1h、2h的相应吸光度。 以时间为横坐标， 以吸光度为纵坐标在坐标纸上绘制A～t曲线， 从曲线上观察显色反应完全所需的时间及其稳定性， 并确定合适的测量时间。

由上述各项条件的试验结果， 确定适宜样品测定的实验条件。

2. 铁含量的测定

1） 标准曲线的绘制

在6个50m L的容量瓶中， 用10m L吸量管分别加入0m L、2m L、4m L、6m L、8m L、10m L10μg·m L-1的铁标准溶液，各加入1m L10g·L-1的盐酸羟胺溶液，摇匀。再加入2m L1.5g·L-1的邻二氮菲溶液和5m L1mol·L-1的Na Ac溶液， 以蒸馏水稀释至刻度，摇匀。 放置10min。 以试剂空白为参比， 在510nm或所选波长下， 用1cm的比色皿， 测定各溶液的吸光度。 在坐标纸上以含铁量为横坐标， 以相应吸光度为纵坐标， 绘制标准曲线。

2） 试液含铁量的测定（可与标准曲线的制作同时进行）

准确吸取适量试样溶液代替标准溶液， 其他步骤同上， 测定其吸光度。 根据未知溶液的吸光度，在标准曲线上找出相应的铁含量，计算试液中铁的含量（以mg·L-1表示）。

思 考 题

1. 在本实验中， 各种试剂溶液的量取， 采用何种量器较为合适？ 为什么？

2. 在本实验中， 盐酸羟胺的作用是什么？ 醋酸钠的作用？

3. 根据条件试验， 用邻二氮菲分光光度法测定铁时， 需控制哪些反应条件？ 试对所做条件试验进行讨论并选择适宜的测量条件。

4. 为什么本实验可以采用蒸馏水作参比溶液？

5. 怎样用分光光度法测定水样中的全铁和亚铁的含量？