分光光度法测定饮用水中铁的含量

2022-09-10

铁作为生活饮用水水质常规检验一般化学限量指标 (限值:铁<0.3mg/L) 。但含铁量太高的水易于产生一些特殊气味、饮用时很不可口, 也对人的健康有一定的影响。根据生活饮用水卫生标准, 饮用水中铁的允许量不能超过0.3mg/L水中铁含量超过0.3mg/L时会产生一定颜色和气味。水中含铁量高, 会使洗过的衣服和卫生用品 (瓷器) 发生斑点。含量达 (1~2) mg/L时, 有些人会感觉到苦甜涩味。因此, 有关铁的分析方法非常之多。目前常用的测定铁的光度法有邻菲罗啉法、磺基水杨酸法、荧光分光光度法、催化动力学光度法等等。二氮杂菲分光光度法是常用的生活饮用水中铁测定方法之一。为此, 我们对二氮杂菲分光光度法进行了试验验证。试验中发现该法测定的标准工作曲线相关系数在0.99以下, 测定结果重现性不好。为提高测定结果精密度和准确度, 我们进行了以下改进。

1 实验材料与方法

1.1 原理

根据朗伯-比尔定律, 物质的浓度可通过测量吸光度的方法测定。光度分析时, 分别将空白溶液和待测溶液装入厚度为b的两个吸收池中, 让一束一定波长的平行光分别照射空白溶液和待测溶液, 以通过空白溶液的透过光强为I0, 通过待测溶液的透过光强为I, 又仪器直接给出吸光度。当吸收池及入射光的波长和强度一定时, 吸光度正比于被测物的浓度, 因此可根据测得的吸光度值求出待测溶液的浓度。

条件实验的一般步骤为改变其中一个因素, 暂时固定其他因素, 显色后测量相应溶液的吸光度, 通过时间-显色曲线确定显色反应的适宜时间范围。其他因素的适宜值, 也可按这一方式分别确定。本实验以邻二氮菲为显色剂, 选择测定微量铁的适宜显色条件和测量条件, 并用于黑河学院学生用水的测定。

邻二氮菲是光度法测定铁的优良试剂, 在p H=2~9的溶液中, Fe2+与邻二氮菲 (简写为phen) 生成稳定的桔红色配合物[Fe (phen) 3]2+:此配合物的lg K稳=21.3, 摩尔吸光系数ε510=1.1×104 L·mol-1·cm-1, 而Fe3+能与邻二氮菲生成3∶1配合物, 呈淡蓝色, lg K稳=14.1。所以在加入显色剂之前, 应用盐酸羟胺 (NH2OH·HCl) 将Fe3+还原为Fe2+, 其反应式如下:

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

测定时控制溶液的酸度为p H≈5较为适宜。用邻二氮菲可测定试样中铁的总量。本实验选择性高, 相当于铁含量40倍的Sn (Ⅱ) Al (Ⅲ) Ca (Ⅱ) Mg (Ⅱ) Zn (Ⅱ) Si (Ⅱ) , 2 0倍的Cr (Ⅵ) V (Ⅴ) P (Ⅴ) ;5倍的Co (Ⅱ) Ni (Ⅱ) Cu (Ⅱ) 均不干扰测定。

1.2 主要仪器和试剂

试剂:

冰醋酸分析纯齐齐哈尔轻工学院试剂厂六水合硫酸铁 (Ⅱ) 铵分析纯天津石英钟厂霸州市化工分厂乙酸钠分析纯天津化学试剂一厂盐酸分析纯天津瑞金特化学品有限公司硫酸分析纯天津瑞金特化学品有限公司邻菲罗啉分析纯沈阳市试剂三厂盐酸羟胺分析纯汕头市化学试剂厂乙酸铵二级北京化工厂

仪器:

22分光光度计, 电热恒温水浴锅, 光学读数分析天平试管, 烧杯, 锥形瓶, 量筒, 移液管 (5 m L) , 比色皿 (2 cm) , 容量瓶 (5 0 m L) 。

1.3 试剂配制

铁标准贮备液 (0.100mg/m L) :称取0.7022g硫酸亚铁铵溶于70m L硫酸 (1+l0) 溶液中, 滴加0.02mol/L高锰酸钾溶液至溶液出现粉红色不变, 用纯水定容到100m L。

铁标准使用液 (10.0μg/m L) :吸取10m L铁标准贮备液 (0.100mg/m L) , 用纯水定容到100m L。

盐酸羟胺溶液 (100g/L) :称取10g盐酸羟胺, 溶于水并稀释到100m L, 新鲜配制。

二氮杂菲溶液 (1g/L) :称取0.1g二氮杂菲, 溶解于有2滴浓盐酸的纯水中, 并稀释到1 0 0 m L。

盐酸溶液:1+1盐酸, 1+3盐酸。

2 测定步骤和结果

2.1 显色时间的选择和显色曲线的绘制

分别取铁标准溶液, 按测定条件显色后, 在不同的显色时间对其按测量条件进行测定, 所测结果见表1。从图中可明显看出, 在显色时间为15min后为最佳。

2.2 最大吸收波长的确定和吸收曲线的绘制

取铁标准溶液进行显色反应, 按测量条件进行测定。分别在λ=480nm、490nm、510nm、520nm、530nm、540nm下测定其吸光度A值。从图2中可以看出铁标准溶液在λ=510nm处有最大值, 故取510nm。

2.3 实际水样的检测

由于7#楼水质长期遭到质疑, 现对7#楼学生经常使用的水样进行随机调查。

本次实验我选择了5个试样, 作为待测液, 采集地均为黑河学院内学生接触并使用的水资源, 分为3组实验每式样做3个平行样, 均值如下。

水样处理:量取50.0m L摇匀的水样于150ml锥型瓶中, 分别加入4m L盐酸 (1∶1) , 1m L盐酸羟胺, 水浴煮沸至约剩30m L, 有些难溶亚铁盐, 要在p H=2左右才能溶解, 如有未溶的铁继续煮沸浓缩至15m L, 以下方法同上。

试样1与3中铁含量均符合国家标准, 在补充人体所需要铁的含量方面已经达到要求, 但是由于这些水中还含有其他对人体有害的元素, 未经过处理, 所以不能直接饮用。试样2中含铁量过低, 人体长时间摄入这种水身体机能会受到影响, 不利于身体健康。试样5中的暖气水由于管道采用的是塑料制品, 所以无管道本身铁的存在, 再经过加热, 流体中铁的含量也会有所损失, 所以试样5中铁含量正常。但是这种水由于本身含有很多未经过处理的其他微量元素, 所以不适合人体饮用。

3 实验的质量保证与质量控制

地壳中的含铁量较高, 约为5.6%, 以各种形态广泛存在于水体、土壤中, 甚至漂浮于空中。实验室所用的“纯水”中可能有铁;各种试剂中可能有铁;实验室的环境中, 如空气中的飘尘, 香烟的烟雾, 操作人员的头发、所带的手表、戒指, 都可能有铁;所用的玻璃器皿, 可能沾污有铁。因此, 用分光光度法测铁, 空白值的存在是很难避免的, 在某些情况下还较高。

注:试样1——黑河自来水采自7#寝室楼试样2——黑河学院纯净水采自学生寝室试样3——7#寝室楼未通自来水时的地下水采自学生寝室试样4——康师傅矿物质水采自瓶装矿泉水试样5——黑河学院暖气水采自黑河学院锅炉房

4 结语

本实验简单、灵敏、可靠、易掌握、分析成本低, 其准确度、精密度均符合测试要求, 结果令人满意。符合饮用水检验的标准, 适用于日常检验重复性, 再现性均良好。在实验中, 对精确度的要求对实验结果的精益求精, 对数据结果的反复推算对曲线的绘制, 所有的努力终于得到了满意的结果, 在这当中的体会是什么都无法替代的。

摘要：本文主要研究了用分光光度计测定水中铁含量的分析方法。采用了722光栅分光光度计, 选取邻菲罗啉作显色剂, 盐酸羟胺作还原剂, 以工作曲线法测定水中铁的含量, 且讨论了测定的最佳条件。本法简单、灵敏、可靠、易掌握、分析成本低, 其准确度、精密度均符合测试要求, 结果令人满意。

关键词：铁,分光光度法