紫外-可见分光光度法测铁含量实验报告

紫外-可见分光光度法测铁含量实验报告

紫外-可见分光光度法是一种常用的定量分析方法，广泛应用于化学、生物等领域的物质含量测定。本文将详细介绍使用紫外-可见分光光度法测定铁含量的实验过程，包括实验原理、所需仪器及试剂、实验步骤、数据记录及处理等内容。

实验目的

1. 了解朗伯-比尔定律的应用，掌握邻二氮菲法测定铁的原理；
2. 了解TU1901分光光度计的构造；
3. 掌握TU1901分光光度计的正确使用；
4. 学会吸收曲线的绘制和样品的测定原理。

实验原理

邻菲啰啉是测定微量铁的较好试剂。在pH＝2～9 的条件下，邻菲啰啉与Fe2+生成稳定的橙红色配合物，其lgK形＝21.3，摩尔吸光系数ε510= 1.1×104，其反应式如下：

本方法的选择性很高，相当于含铁量40倍的Sn2+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、SiO32-，20倍Cr3+、Mn2+、V(V)、PO43-，5倍Co2+、Cu2+等均不干扰测定。

显色前首先用盐酸羟胺把Fe3+还原为Fe2+。

4 Fe3++ 2NH2OH = 4 Fe2++ N2O + H2O + 4H+

仪器及试剂

1. TU1901紫外可见分光光度计
2. 铁标准溶液：含铁0.01mg/mL。
3. 0.1%邻菲罗啉水溶液；
4. 1%盐酸羟胺水溶液；
5. 醋酸-醋酸钠缓冲溶液（pH4.6）：

实验步骤

1. 吸收曲线的绘制和测量波长的选择
   吸取0.0mL和6.0mL 铁标准溶液分别注入两个50 mL容量瓶中，依次加入5ml醋酸-醋酸钠缓冲溶液，2.5ml盐酸羟胺溶液，5ml邻菲罗啉溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。用1cm比色皿，以试剂空白为参比，在440~560nm之间，每隔0.5nm测吸光度。然后以波长为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制吸收曲线，找出最大吸收波长。

2. 标准曲线的绘制
   分别吸取铁的标准溶液0.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0ml于6只50ml容量瓶中，依次分别加入5ml醋酸－醋酸钠缓冲溶液，2.5ml盐酸羟胺溶液，5ml邻菲罗啉溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，放置10分钟，在其最大吸收波长下，用1cm比色皿，以试剂溶液为空白，测定各溶液的吸光度，以铁含量(mg/50ml)为横坐标，溶液相应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

3. 试样中铁含量的测定
   吸取试样溶液10ml于50ml容量瓶中，按绘制标准曲线的操作，加入各种试剂使之显色，用水稀释至刻度，摇匀。以不加铁的试剂溶液作参比，于分光光度计上测得吸光度Ａ，由标准曲线查得相应的铁含量，计算出试样的含铁浓度。

实验记录及数据处理

分光光度计型号： 最大吸收波长：51nm1

（1）绘制邻菲啰啉铁标准曲线图。

（2） 拟合得到的邻菲啰啉铁标准曲线方程为y=1.9686x-0.0031，x=(y+0.0031)/1.9686=(0.068+0.0031)/1.9686=0.036(mg/ml)，则自来水的浓度为0.036(mg/ml)。

实验报告

实验名称：物质的吸收光谱——分光光度法测定铁

实验目的：

1. 了解物质的分子吸收光谱及其测定方法。初步了解比尔定理所反映的物质吸光度与浓度的关系。
2. 学习分光光度计的使用和分光光度法测定的基本操作，测量溶液在不同波长处的吸光度。
3. 学习实验数据的列表与绘图方法，绘制吸收曲线。

实验原理：

1. 各种物质分子各自对某些特定波长的光发生强的选择性吸收，形成各有特征的吸收光谱。测量物质对不同波长光的选择性吸收，可以绘出其吸收程度随波长变化的关系曲线，称作吸收曲线或吸收光谱。吸收光谱反映了被测物质的分子特性，可用以鉴别物质。
2. 在特定波长下测量物质对光吸收的程度（吸光度A）与物质浓度之间的关系，可以进行定量测定。这一吸光度与浓度的关系可用光的吸收定律即比尔（Beer）定律来表述：

A=lg(1/T)=lg(I0/I)=εbc

式中A为吸光度，T为透光率，I0为入射光的强度，I为物质吸收后的透射光强度，ε为摩尔吸光系数，b为吸光光程（透光液层的厚度），c为溶液中物质的物质的量浓度。当实验在同一条件下进行，入射光、吸光系数和液层厚度不变时，吸光度只随溶液的浓度变化，从而可以简单表达为A=KC。

3. 邻二氮菲是测定微量铁的良好试剂，它与Fe2+反应，生成稳定的橙红色络合物铁—邻二氮菲配合物。此反应很灵敏，反应平衡常数lgK稳=21.3，摩尔吸光系数ε为1.1*104。在Ph2-9范围内，颜色深度与酸度无关而且很稳定。

实验用品：

U-5100分光光度计（1cm比色皿一对）、50ml容量瓶4个、50ml烧杯2个、5ml移液管1支、10ml量杯3个、吸球1个、胶头滴管3支、塑料洗瓶1个、废液缸1个、铁标准溶液 20μg/ml、盐酸羟胺 10%、邻二氮菲 0.15%、醋酸钠溶液 1mol/L

实验步骤及现象：

1. 将4个容量瓶分别标记为1、2、3、4号，然后用20μg/ml铁标准溶液润洗一个烧杯和移液管各3次，用移液管分别取1.00ml、2.00ml和4.00ml 20μg/ml的铁标准溶液于2、3、4号烧杯中。
2. 于4个容量瓶中分别加入10%盐酸羟胺溶液1ml，0.15%邻二氮菲2ml，1mol/L醋酸钠溶液5ml，加水稀释至刻度线，摇匀——当溶液都加入容量瓶中后，2、3、4号容量瓶中的无色透明溶液均变成橙红色，且颜色依次加深。
3. 将1号容量瓶和3号容量瓶中的溶液分别倒入一对润洗过的1cm比色皿中，以1号容量瓶中的溶液作参比，将两个比色皿放到分光光度计上，在波长450nm-540nm之间测定吸光度——数据记录如下表1，其中，吸收曲线的峰值波长为510nm。
4. 将1号容量瓶中的溶液分别倒入一对润洗过的1cm比色皿中，以其中一份溶液作参比，将两个比色皿放到分光光度计上，参比溶液在AUTO ZERO栏，另一份溶液放在1号栏，在510nm波长条件下测定吸光度——测得1号栏溶液的吸光度A的值为-0.013，表明两个比色皿自身的差异造成的吸光度误差为-0.013。
5. 参比溶液不动，将2、3、4号容量瓶中的溶液分别加到润洗过的另一个比色皿中，重复步骤4，在510nm条件下测得其余3份溶液的比色度——数据记录如下表2。
6. 整理仪器，根据实验数据绘制曲线。

实验数据：

1. 铁-邻二氮菲配合物吸收曲线的测定
   仪器：U-5100分光光度仪 参比：1号样品 比色皿：1cm玻璃比色皿
   不同波长处铁-邻二氮菲配合物溶液的吸光度：
   
   表1
   据表列数据，以波长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制吸收曲线图1。
   图
   1
   从吸收曲线可见，铁-邻二氮菲配合物的最大吸收波长为510nm。

2. 不同浓度铁-邻二氮菲配合物的吸光度比较
   从吸收曲线，选择最大吸收波长510nm为测量波长。
   测定不同浓度铁-邻二氮菲溶液的吸光度：
   
   表2
   
   据表列数据，以浓度为横坐标，吸光度A校正值为纵坐标，绘制曲线图2。
   图2

3. 据此，对于溶液浓度和吸光度的关系，可得结论：
   吸光度与溶液浓度成正比。

讨论与感想：

1. 本次实验可以说是物理方法在化学上的一次应用，利用物质的物理性质进行物质的定性定量分析在化学研究中起着越来越重要的作用。通过这次实验，体会到了多学科交叉应用的重要性，及时应用其他学科其他领域的先进成果，可以有效提升研究能力和研究效率，这将是未来科学研究的发展方向。
2. 本次实验中，能够影响最终实验结果的数据是铁标准溶液的体积，因而必须用移液管取液，取液体积应精确到0.01ml。而盐酸羟胺溶液的作用是作为还原剂，防止Fe2+被氧化，所以要在加入铁标准溶液之后就加入盐酸羟胺溶液。之后，应加入邻二氮菲，使之与Fe2+反应生成橙红色络合物。最后，加入醋酸钠溶液，使溶液中形成醋酸/醋酸根缓冲体系，用来稳定pH。后三种溶液的体积并不需要精确量取，所以只需用量杯量取即可。
3. 为了减少实验误差，使用移液管和用来盛放铁标准溶液的烧杯之前，都要用铁标准溶液分别润洗3次，而且移液管每次都应该从零刻度处开始取液。而比色皿在使用之前，也应该用相应的溶液润洗3次，并赶走内壁的气泡，用纸擦净透光的外壁。
4. 由于两个比色皿的透光程度存在差异，所以在测量不同浓度铁-邻二氮菲溶液的吸光度之前，需要先将两个比色皿中都装入不含铁的参比溶液，从而测定两个比色皿吸光度的差值，并根据此差值对后续的吸光度测量值进行校正，以此减少实验误差。
5. 在本次实验中，移液管作为一个首次使用的仪器，有它特别的注意事项。首先，移液管使用之前必须用要量取的溶液润洗；其次，要注意看清移液管是否需要“吹”，这在量取体积等于移液管量程的溶液的时候必须注意。
6. 先进仪器的使用是保证实验精确度和正确性的重要手段。移液管的使用，使得能够量取精确度为0.01ml的溶液，而分光光度仪的使用，使得能够简单、快速地测定溶液在不同波长下的吸光度。尤其是本次实验中使用的U-5100型分光光度仪，比课本上的分光光度仪更为先进，可以自动在给定量程中以1nm为间隔测量溶液吸光度，并自动做出图像，极大地提升了实验的准确程度并节省了人力物力。所以，先进技术的应用对化学实验也起到了很关键的作用。