一、实验目的

①掌握研究显色反应的一般方法;

②测定未知式样的铁含量。

二、实验原理

用分光光度法测定无机离子时,通常需用显色剂生成有色络合物,然后进行分光光度测定。 在此过程中,应当考虑以下因素:

①显色剂和有机络合物的吸收光谱能否满足分光光度测定的要求。 一般二者的吸收光谱λmax应相距60 nm 以上。

②为使显色反应进行完全,必须确定合适的显色剂用量。 不同的显色反应,有机络合物达到稳定的时间和维持稳定的时间各不相同。 因此,需研究显色剂用量、显色时间、有色络合物稳定时间的影响。

③研究溶液的pH 值对显色反应的影响。 显色剂一般为有机弱酸,溶液酸度大小影响显色剂的离解和金属离子的状态,进而影响有色络合物的生成及其稳定性,显色反应一般在室温下就能进行完全,但有时则需要加热,这时就需要研究温度的影响。

④溶液中存在多种金属离子时,需要研究干扰离子的影响和消除方法。

用于铁的显色剂很多,其中邻二氮菲(又称邻菲罗啉)是测定微量铁的一种较好的显色剂,它是测定Fe2+的一种高灵敏度和高选择性试剂,与Fe2+生成稳定的橙色络合物,络合物的摩尔吸收系数ε 为1.1 ×104L/(mol·cm),pH 值为2 ~9,颜色深度与酸度无关。 在还原剂存在下,颜色可保持几个月不变。 Fe3+与邻二氮菲生成淡蓝色络合物,在进行分光光度测定之前,需用盐酸羟胺将Fe3+还原成Fe2+。 该方法选择性好,应用广泛。

三、仪器与试剂

1)仪器

TU-1901 紫外-可见分光光度计(北京普析);pH 计。

2)试剂与材料

NH4Fe(SO4)2·12H2O、HCl、盐酸羟胺、邻二氮菲、无水乙醇、醋酸钠、氢氧化钠均为分析纯;实验用水均为去离子水;1 cm 玻璃比色皿。

3)样品

未知浓度的铁溶液。

四、实验步骤

1)溶液的配制

(1)铁标准溶液(100.0 μg/ mL)

准确称取0.863 4 g NH4Fe(SO4)2·12H2O,置于烧杯中,加入20 mL HCl (1 +1)和少量水,溶解后转移至1 L 容量瓶中用水稀至刻度,摇匀。

(2)10%盐酸羟胺溶液

准确称取10.0 g 盐酸羟胺于小烧杯中,用去离子水溶解,移至试剂瓶中用蒸馏水稀释至100 mL,加盖,摇匀(两周内有效)。

(3)0.15%邻二氮菲溶液

准确称取0.375 g 邻二氮菲,先用少量乙醇溶解,移至试剂瓶中用蒸馏水稀释至250 mL,加盖,摇匀(需避光保存,两周内有效)。

(4)1.0 mol/L 醋酸钠溶液

准确称取41.0 g 醋酸钠于小烧杯中加水溶解,移至试剂瓶中用蒸馏水稀释至500 mL,摇匀。

(5)0.1 mol/L 氢氧化钠溶液(www.daowen.com)

准确称取0.4 g 氢氧化钠,溶解于100 mL 水中,摇匀。

2)绘制吸收曲线

取两个25 mL 容量瓶,其中1 个加入0.3 mL 铁标准溶液,然后在两个容量瓶中各加入0.5 mL盐酸羟胺溶液,摇匀,放置2 min。 之后分别加入1.0 mL 邻二氮菲溶液和2.5 mL 醋酸钠溶液,用水稀释至刻度,摇匀。 以蒸馏水作为参比溶液,分别绘制上述两种溶液的吸收曲线。再用不含铁的试剂溶液作为参比溶液,绘制有色络合物的吸收光谱。 选择合适的测定波长,比较3 种吸收光谱。

3)稳定性试验

在25 mL 容量瓶中,用上述方法配置含铁有机络合物溶液和试剂溶液,迅速摇匀,放置约2 min,用1 cm 吸收池,以不含铁的试剂溶液作参比溶液,在选定的λmax下测定吸光度,记下吸光度和时间。 间隔2,5,10,30,60,120 min 测定一次记下相应的吸光度数值。

4)显色剂用量试验

在8 个25 mL 容量瓶中,加入0.30 mL 铁标准溶液,0.5 mL 盐酸羟胺溶液,然后分别加入邻二氮菲溶液0,0.1,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5 和2.0 mL。 最后在各瓶中加入2.5 mL 醋酸钠溶液,用水稀释至刻度,摇匀。 用1 cm 吸收池,以不含显色剂的溶液作参比溶液,在选定的λmax下测定吸光度,记下各吸光度值。

5)pH 值的影响

在7 个25 mL 容量瓶中,加入0.3 mL 铁标准溶液,0.5 mL 盐酸羟胺溶液,1.0 mL 邻二氮菲溶液,然后用滴定管依次加入0,2.5,5.0,7.5,10.0,12.5,15.0 mL 氢氧化钠溶液,用水稀释至刻度,摇匀。 用pH 计测定以上溶液的pH 值,记录数值。 再以蒸馏水作参比溶液,在选定的波长下测定吸光度,记录吸光值。

6)测定不同浓度铁的吸光度

在6 个容量瓶中,分别加入0.5 mL 盐酸羟胺溶液,1.0 mL 邻二氮菲溶液,然后依次加入铁标准溶液0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mL,用水稀释至刻度,摇匀。 再以不含铁的试剂溶液作参比溶液,在选定波长下测定各瓶的吸光度,记录各吸光值。

7)未知试样溶液的测定

在3 个25 mL 容量瓶中,分别加入2.5 mL 未知浓度的含铁溶液,按实验步骤6)的方法配置溶液,测定吸光度,记录其数值。

五、数据处理

①从吸收曲线中,选取测定有色络合物的λmax。

②绘制有色络合物的显色剂的用量曲线、稳定曲线和pH 值影响曲线,并讨论。

③绘制铁的工作曲线,计算回归方程并做相关性检验。

④计算未知样的原始浓度及置信范围。

⑤计算铁-邻二氮菲络合物的摩尔吸收系数。

六、注意事项

①盐酸羟胺与铁离子反应放置时间不少于2 min;

②当考察同一因素对显色反应的影响时,保持仪器的光谱带通、扫描速度等测定条件不变。

七、思考题

①根据本实验的内容,讨论参比溶液的选择。

②本实验中,醋酸钠的作用是什么? 若用氢氧化钠代替,有什么区别?

③根据实验,说明测定Fe2+的浓度范围。