自主实验邻二氮菲测定微量铁的条件探索.docx
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自主实验邻二氮菲测定微量铁的条件探索
自主实验:
邻二氮菲测定微量铁的条件探索
【试验目的】
1.掌握紫外可见分光光度计的基本操作。
2.掌握邻二氮菲分光光度法测定微量铁的原理和方法。
3.掌握吸收曲线绘制及最大吸收波长的选择。
4.掌握标准曲线的绘制及应用。
5.掌握探索实验条件的基本方法步骤。
6.掌握各种试剂的配制和保存。
7.学习对一种检测方法进行评估。
【实验原理】
邻二氮菲(1,10-邻二氮杂菲)是一种有机配位剂,可与Fe离子形成红色配位离子:
在pH=3~9范围内,该反应迅速完成,生成的红色配位离子在510nm波长附近有一吸收峰,摩尔吸收系数为1.1*104,反应十分灵敏,Fe2+离子浓度与吸光度符合光吸收定律,适合于微量铁的测定。
实验中,采用pH=4.5~5的缓冲溶液保持标准系列溶液与样品溶液的酸度,采用盐酸羟胺还原标准液及样品溶液中的Fe3+离子并防止测定过程中二价铁离子被空气氧化。
研究一个变量对实验的影响,必须先固定其他的变量,保证单一变量进行对实验最佳条件的探索。
【实验仪器与试剂】
仪器:
V-1100D型可见分光光度计,分析天平pHS-3C型酸度计、E-201-CpH复合电极一只、磁力搅拌器一台;
试剂:
邻二氮菲[邻二氮菲溶液(0.15%,新鲜配制)]
盐酸羟胺[盐酸羟胺溶液(10%,新鲜配制)]
NaOH、冰醋酸,醋酸钠[pH=3.6醋酸盐缓冲液,pH=4.6醋酸盐缓冲液,pH=5.6醋酸盐缓冲液]
(NH4)2Fe(SO4)2
6H2O[标准铁储备溶液(1.00×10-3mol/L)]甲醇,H2SO4。
(均为分析纯)
铁样品溶液
用品:
50ml容量瓶7个,100ml容量瓶1个,500ml容量瓶1个,5ml移液管2只,10ml移液管2只,1cm玻璃比色皿2个,50ml烧杯一个,100ml烧杯1个,250ml烧杯2个,500ml烧杯1个,玻璃棒2根,500ml试剂瓶4个,250ml棕色试剂瓶1个,500ml试剂瓶1个。
【实验步骤】
1、探索合适的缓冲溶液的pH:
1.
(1)pH=3.6、4.6、5.6的醋酸盐缓冲液的配制:
将2.9026g分析纯的NaAc加入烧杯,移取2.85ml冰醋酸溶解,500ml容量瓶定容,用酸度计调节至pH=3.6、4.6、5.6,分别装入不同的试剂瓶,待用。
(2)邻二氮菲溶液配制(0.15%,新鲜配制):
分析天平称量0.15g邻二氮菲,溶于2ml甲醇中,加热量蒸馏水,转入100ml容量瓶定容,棕色试剂瓶保存,待用。
(3)盐酸羟胺溶液配制(10%,新鲜配制):
分析天平称取10g盐酸羟胺,和少量蒸馏水加以溶解吗,然后转入100ml容量瓶中,定容,装入试剂瓶,待用。
(4)标准铁储备溶液配制(1.00×10-3mol/L):
分析天平准确称取0.1961g(NH4)2Fe(SO4)2
6H2O于100ml烧杯中,用5ml水与硫酸1:
1混合的溶液中溶解,待达常温后,转入500ml的容量瓶中定容,保存于试剂瓶中,待用。
2.按下表分别用不同的酸度的缓冲液配制溶液,寻找最大吸收波长。
标号
1(PH与待测溶液ph相同)
2(PH=3.6)
3(PH=4.6)
4(PH=5.6)
标准铁溶液
0.00ml
3.00ml
3.00ml
3.00ml
盐酸羟胺溶液
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
邻二氮菲溶液
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
醋酸盐缓冲液
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
说明
以上溶液移至50ml容量瓶,蒸馏水定容至50ml
2.吸收曲线绘制:
用1cm的比色皿,以1号溶液作为参比溶液,测定不同ph缓冲溶液在不同波长下的吸光度,以吸光度为纵坐标,波长为横坐标制图,绘制吸收曲线,并从吸收曲线上找出最大吸收波长。
(1)pH=3.6时:
波长
480nm
482nm
484nm
486nm
488nm
490nm
492nm
494nm
496nm
498nm
吸光度
0.815
0.821
0.825
0.83
0.839
0.845
0.856
0.86
0.869
0.883
波长
500nm
502nm
504nm
506nm
508nm
510nm
512nm
514nm
516nm
518nm
吸光度
0.885
0.89
0.892
0.887
0.885
0.874
0.852
0.838
0.814
0.772
波长
520nm
522nm
524nm
526nm
528nm
530nm
532nm
534nm
536nm
538nm
吸光度
0.744
0.688
0.658
0.621
0.562
0.525
0.477
0.428
0.391
0.353
最大吸
收波长
选择最大吸收波长λmax=504nm
(2)pH=4.6时:
波长
480nm
482nm
484nm
486nm
488nm
490nm
492nm
494nm
496nm
498nm
吸光度
0.814
0.818
0.822
0.827
0.836
0.842
0.853
0.857
0.865
0.876
波长
500nm
502nm
504nm
506nm
508nm
510nm
512nm
514nm
516nm
518nm
吸光度
0.884
0.888
0.89
0.885
0.881
0.866
0.854
0.83
0.815
0.776
波长
520nm
522nm
524nm
526nm
528nm
530nm
532nm
534nm
536nm
538nm
吸光度
0.725
0.701
0.665
0.619
0.569
0.521
0.463
0.446
0.382
0.356
最大吸
收波长
选择最大吸收波长λmax=504nm
(3)pH=5.6时:
波长
480nm
482nm
484nm
486nm
488nm
490nm
492nm
494nm
496nm
498nm
吸光度
0.803
0.806
0.809
0.816
0.819
0.831
0.837
0.845
0.854
0.861
波长
500nm
502nm
504nm
506nm
508nm
510nm
512nm
514nm
516nm
518nm
吸光度
0.865
0.87
0.871
0.866
0.86
0.848
0.832
0.819
0.79
0.75
波长
520nm
522nm
524nm
526nm
528nm
530nm
532nm
534nm
536nm
538nm
吸光度
0.731
0.68
0.641
0.596
0.563
0.507
0.471
0.435
0.383
0.334
最大吸
收波长
选择最大吸收波长λmax=504nm
三者的吸收曲线比较如下:
如图所示,选择吸收峰的吸光度相对较大且波峰峰形相对平滑的吸收曲线收对应的pH,即适当的缓冲液酸度选择pH=4.6。
2、显色剂邻二氮菲的用量选择:
1.按下表计入显色剂邻二氮菲的量,在最大吸收波长处测得各自的吸光度,探究加入量何时可让显色反应完全,即显色剂饱和。
标号
1
2
3
4
5
6
标准铁溶液
0.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
盐酸羟胺溶液
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
邻二氮菲溶液
同待测液加入量
2.00ml
4.00ml
6.00ml
8.00ml
10.00ml
醋酸盐缓冲液
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
说明
以上溶液移至50ml容量瓶,蒸馏水定容至50ml
2.找最大吸收波长:
波长
480nm
482nm
484nm
486nm
488nm
490nm
492nm
494nm
496nm
498nm
吸光度
0.669
0.673
0.68
0.686
0.691
0.7
0.704
0.713
0.719
0.73
波长
500nm
502nm
504nm
506nm
508nm
510nm
512nm
514nm
516nm
518nm
吸光度
0.736
0.74
0.742
0.74
0.74
0.725
0.716
0.7
0.691
0.646
波长
520nm
522nm
524nm
526nm
528nm
530nm
532nm
534nm
536nm
538nm
吸光度
0.617
0.589
0.55
0.521
0.477
0.467
0.414
0.356
0.333
0.294
最大吸
收波长
选择最大吸收波长λmax=504nm
λmax=504nm
3.A-V曲线制作:
在选定的最大吸收波长504nm处,用1cm比色皿,以1号溶液作为参比溶液,分别测定2~6号溶液的吸光度,以吸光度值为纵坐标,邻二氮菲的加入体积为横坐标绘制A-V曲线。
编号
2
3
4
5
6
吸光度
0.773
0.896
0.89
0.895
0.899
(1)A-V曲线1:
同理:
邻二氮菲分别加入3ml、4ml、5ml、6ml、7ml、8ml时:
编号
2
3
4
5
6
7
吸光度
0.818
1.229
1.479
1.484
1.49
1.498
(2)A-V曲线2:
由A-V曲线1、2可知,邻二氮菲的量在5ml左右就达到了饱和状态,为避免加入过量的造成干扰,因此确定邻二氮菲的加入量在5ml时为最佳值。
3、探个索测量微量铁的最佳范围,以更好的测量待测铁溶液的浓度:
1.按照下表分别配制加入不同体积的铁标准溶液的系列溶液。
标号
1
2
3
4
5
6
标准铁溶液
0.00ml
1.00ml
2.00ml
3.00ml
4.00ml
5.00ml
盐酸羟胺溶液
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
邻二氮菲溶液
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
醋酸盐缓冲液
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
说明
以上溶液移至50ml容量瓶,蒸馏水定容至50ml
系列标准溶液浓度
0mol/l
2×10-5mol/l
4×10-5mol/l
6×10-5mol/l
8×10-5mol/l
10×10-5mol/l
2.吸收曲线绘制:
用1cm的比色皿,以1号溶液作为参比溶液,测定4号溶液在不同波长下的吸光度,以吸光度为纵坐标,波长为横坐标制图,绘制吸收曲线,并从吸收曲线上找出最大吸收波长。
波长
480nm
482nm
484nm
486nm
488nm
490nm
492nm
494nm
496nm
498nm
吸光度
0.832
0.836
0.84
0.844
0.852
0.858
0.867
0.873
0.883
0.892
波长
500nm
502nm
504nm
506nm
508nm
510nm
512nm
514nm
516nm
518nm
吸光度
0.897
0.901
0.901
0.898
0.893
0.883
0.863
0.84
0.832
0.772
波长
520nm
522nm
524nm
526nm
528nm
530nm
532nm
534nm
536nm
538nm
吸光度
0.742
0.7
0.675
0.625
0.592
0.542
0.498
0.44
0.39
0.36
最大吸收波长
选择最大吸收波长λmax=504nm
得到吸收曲线如下:
3.标准曲线制作:
在选定的最大吸收波长处,用1cm比色皿,以1号溶液作为参比溶液,分别测定2~7号溶液的吸光度,以吸光度值为纵坐标,系列标准溶液的浓度为横坐标绘制标准曲线。
编号
2
3
4
5
6
吸光度
0.313
0.612
0.905
1.207
1.45
标准曲线1:
4.同理,将标准铁溶液稀释10倍,配制系列溶液。
标号
1
2
3
4
5
6
稀释10倍后的标准铁溶液
0.00ml
1.00ml
2.00ml
3.00ml
4.00ml
5.00ml
盐酸羟胺溶液
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
邻二氮菲溶液
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
醋酸盐缓冲液
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
说明
以上溶液移至50ml容量瓶,蒸馏水定容至50ml
系列标准溶液浓度
0mol/l
2×10-6mol/l
4×10-6mol/l
6×10-6mol/l
8×10-6mol/l
10×10-6mol/l
得到:
编号
2
3
4
5
6
吸光度
0.036
0.062
0.092
0.124
0.154
标准曲线2:
将标准铁溶液浓度增大10倍是所测值只有几个可以测出,其余已超出测量范围,线性无太大差异,标准铁溶液浓度较大,易保存,故线性选用铁标准储备液1至5ml配制标准系列溶液决定。
4、根据找好的各种实验条件,最后进行对样品铁的测定:
1.标准系列溶液及样品溶液配制:
按照下表配制标准系列溶液及样品溶液。
标号
1
2
3
4
5
6
7铁样品
标准铁溶液
0.00ml
1.00ml
2.00ml
3.00ml
4.00ml
5.00ml
2.50ml
盐酸羟胺溶液
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
1.00ml
邻二氮菲溶液
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
醋酸盐缓冲液
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
5.00ml
说明
以上溶液移至50ml容量瓶,蒸馏水定容至50ml
系列标准溶液浓度
0mol/l
2×10-5mol/l
4×10-5mol/l
6×10-5mol/l
8×10-5mol/l
10×10-5mol/l
/
2.吸收曲线绘制:
用1cm的比色皿,以1号溶液作为参比溶液,测定5号溶液在不同波长下的吸光度,以吸光度为纵坐标,波长为横坐标制图,绘制吸收曲线,并从吸收曲线上找出最大吸收波长。
波长
480nm
482nm
484nm
486nm
488nm
490nm
492nm
494nm
496nm
498nm
吸光度
1.109
1.116
1.12
1.125
1.132
1.145
1.16
1.168
1.18
1.184
波长
500nm
502nm
504nm
506nm
508nm
510nm
512nm
514nm
516nm
518nm
吸光度
1.198
1.202
1.203
1.2
1.192
1.175
1.146
1.116
1.094
1.03
波长
520nm
522nm
524nm
526nm
528nm
530nm
532nm
534nm
536nm
538nm
吸光度
1.012
0.934
0.896
0.812
0.766
0.716
0.649
0.603
0.522
0.451
最大吸收波长
选择最大吸收波长λmax=504nm
3.标准曲线制作:
在选定的最大吸收波长处,用1cm比色皿,以1号溶液作为参比溶液,分别测定2~7号溶液的吸光度,以吸光度值为纵坐标,系列标准溶液的浓度为横坐标绘制标准曲线。
编号
2
3
4
5
6
7(样品)
吸光度
0.301
0.609
0.914
1.21
1.496
0.374
【实验据处理与结果】
1.吸收曲线
2.标准曲线:
样品铁溶液中铁含量计算:
Cx=C读取值×
=2.44×10-5mol/L
摩尔系数计算:
=
=1.4955×104
【实验思考与讨论】
1.红色配位物摩尔吸收系数1.219×104与文献值并不完全一致,导致它们不相同的原因可能是:
①实验和理论所选的最大吸收波长不一致②实验配制的溶液与标准理论所得值所用溶液不同,存在误差。
③不排除操作时溶液放置时间过久,导致部分物质被氧化,吸光能力改变,引起摩尔吸收系数测量值的改变。
2.醋酸钠溶液的pH探索,只选用了3.6、4.6、5.6三种梯度,更好地证明最适酸度可以将范围扩大到2-9,差值减小到更小,分别做出各自的吸收曲线,然后加以比较,进而更准确地找到合适的酸度。
3.在线性探索时,是分别在3个不同的浓度数量级的系列铁溶液进行的(10-4、10-5、10-6),10-4数量级已超出仪器的测量范围,故条件探索线性范围时只有两个标准曲线比较线性。
4.盐酸羟胺的量未进行条件实验,因为盐酸羟胺发挥的是还原三价铁离子的作用,实验中保证过量但不太多即可。
5.最后一次测吸光度找最大吸收波长时,度值比之前实验测得值要高出很多,原因可能是:
①配制溶液时有误差,成为系统误差被带入结果之中。
②应该用4号标准溶液找最大吸收波长,操作时用了5号,显色反映的产物增加,吸光度值增加。
6.确定邻二氮菲的用量时,最好每个用量下的最大吸收波长处测吸光度加以比较,单本实验中,最大吸收波长几乎都是504nm处吸收最大,故没有依次找出每个用量下的最大吸收波长。
7.对该实验方法与结果的评估只能看标准曲线的线性以及算出的样品铁溶液浓度是否与真实值接近。
深入评估还可以做回收实验。
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- 自主 实验 邻二氮菲 测定 微量 条件 探索