紫外分光光度法測水總硬度顯色條件的選擇

2013-07-19 09:31:58李紅霞周立清

實驗室研究與探索 2013年1期

李紅霞，周立清

(海軍工程大學理學院，湖北武漢430033)

0 引言

水中鈣鎂總含量的測定方法通常用EDTA 絡合滴定法，但該方法靈敏度較低，且操作麻煩、費時［1］。而用紫外分光光度法測定單一離子的含量具有靈敏度較高、操作簡便快速的優點［2］。進行光度分析時，首先要把待測組分轉變成有色化合物，然后測定吸光度或吸收曲線。將待測組分轉變成有色化合物的反應叫顯色反應，與待測組分形成有色化合物的試劑稱為顯色劑。在光度分析中選擇合適的顯色劑并控制反應條件是十分重要的，其中鉻黑T 在EDTA 絡合滴定法測水硬度測定中作為指示劑應用非常廣泛。同時，這種物質在分光光度法中可作為顯色劑測定Ca2+的含量［3-6］。當需要測定Ca2+、Mg2+混合離子的總含量時，一般的方法是將Ca2+、Mg2+當成單一組分［7］，或是取Ca2+、Mg2+與顯色劑形成配合物的一等摩爾吸收點的波長進行測定［8］。以鉻黑T 為顯色劑，本文通過對顯色時間、顯色條件進行研究分析，找出最佳的顯色條件和最大吸收波長λmax。為紫外分光光度法測水樣中Ca2+、Mg2+混合離子的總含量提供了一種有效的方法。

1 試驗部分

1.1 主要試劑和儀器

(1)Mg2+標準溶液。準確稱取MgO (基準物)0.100 g 于燒杯中，用過量的鹽酸(1 ∶1)使其溶解，用電爐加熱至沸騰，定量移入250 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液濃度為0.01 mol/L，使用時稀釋成4 ×10－5，8 ×10－5，1.2 ×10－4，1.6 ×10－4mol/L。

(2)Ca2+標準溶液。準確稱取經烘箱110 °C烘干2 h 的CaCO30.25 g 于燒杯中，用過量的鹽酸(1 ∶1)使其溶解，用電爐加熱至沸騰，定量移入250 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液濃度為0. 01 mol/L，使用時稀釋成4 ×10－5，8 ×10－5，1.2 ×10－4，1.6 ×10－4mol/L。

(3)1 mmol/L 鉻黑T 水溶液。準確稱取0.05 g鉻黑T 于小燒杯中，加少量去離子水溶解，移入100 mL 容量瓶中，用移液管量取2 mL 三乙醇胺加入該容量瓶中，用去離子水稀釋至刻度線。

(4)1 mmol/L 鉻黑T-聚乙二醇水溶液。取2 mmol/L 鉻黑T 水溶液與1%聚乙二醇水溶液按體積比1 ∶1 混合搖勻。

(5)1 mmol/L 鉻黑T-十二烷基苯磺酸鈉水溶液。取2 mmol/L 鉻黑T 水溶液與1%十二烷基苯磺酸鈉水溶液按體積比1 ∶1 混合搖勻。

(6)儀器。UV-6 系列紫外可見分光光度計(上海美譜達儀器有限公司)。

1.2 試驗方法

用移液管移取一定量的鈣、鎂(1 ∶1)標準溶液于25 mL 比色管中［7］，依次加入1 mmol/L 鉻黑T 溶液1 mL，加入pH 11.60 氨性緩沖溶液5 mL，用去離子水稀釋至刻度線，搖勻［9］。反應2 h 后，以試劑空白作參比，于紫外分光光度計波長531 nm 處測量溶液的吸光度。

2 結果與討論

2.1 反應時間

按實驗方法測該溶液的吸光度與反應時間的關系如圖1 所示。從圖1 可以看出:鉻黑T 與Ca2+的顯色時間在120 min 時吸光度達到最大，且反應進行到200 min 時，吸光度基本不變。因此，鉻黑T 與Ca2+顯色時間至少需要120 min。

2.2 顯色條件的選擇

鉻黑T 水溶液、鉻黑T-聚乙二醇水溶液、鉻黑T-十二烷基水溶液在加入不同pH 值緩沖溶液的條件下(參照文獻一般的處理方法，取緩沖溶液pH 10.52 和11.60 兩種情況［8，10］)，針對Ca2+、Mg2+吸收曲線進行了對比分析。

圖1 顯色時間與吸光度的關系圖

測得實驗數據見表1，得到的典型吸收曲線見圖2(圖中紅線為鎂標準溶液的吸收曲線圖、黑線為鈣標準溶液的吸收曲線圖)。由圖可知，Ca2+、Mg2+的λmax相差不大，且吸光度具有加和性。

表1 不同條件下的λmax以及λmax對應的吸光度A

圖2 緩沖溶液pH 11.60 時鉻黑T 水溶液吸收曲線

根據朗伯-比爾定律可計算出鈣、鎂的摩爾吸收系數ε(L/mol·cm)

由表1 實驗數據可知，緩沖溶液pH 10.52 時，不加乳化劑的情況下，Ca2+、Mg2+有共同的λmax，其量值為524 nm，對應的εMg2+≈7εCa2+。加入乳化劑聚乙二醇或十二烷基苯磺酸鈉后Ca2+離子的λmax發生紅移，Mg2+離子的λmax未發生紅移，Ca2+、Mg2+兩種離子的λmax對應的吸光度A 都增大。

緩沖溶液pH 11. 60 時，不加乳化劑時，Ca2+、Mg2+的λmax相差不大。Ca2+的λmax為531 nm 且εCa2+量值為3.4 ×104，Mg2+的λmax為527 nm 且εMg2+量值為5.68 ×104;同時，在531 nm 處εMg2+量值為5.63 ×104，與εCa2+相差不大，且都大于104，靈敏度高［11-13］。故λ 取531 nm 適合于水樣中的Ca2+、Mg2+總含量的測定。加入乳化劑聚乙二醇或十二烷基苯磺酸鈉后，Ca2+、Mg2+兩種離子的λmax對應的吸光度A 反而下降。添加乳化劑聚乙二醇Ca2+、Mg2+兩種離子的λmax未發生紅移，而添加乳化劑十二烷基苯磺酸鈉，Ca2+、Mg2+兩種離子的λmax都發生了紅移。

由實驗數據對比分析可知，緩沖溶液pH 11.60，不加乳化劑條件下，λ 取531 nm 適合于水樣中的Ca2+、Mg2+總含量的測定。

2.3 標準曲線

在優化的實驗條件下，對鈣鎂溶液總濃度為8，12，16，24，32，64 μmol/L 的標準溶液進行測定，以鈣鎂總濃度對其吸光度繪制標準曲線，鈣鎂總濃度在64 μmol/L 范圍內呈線性，線性回歸方程A =0.545 1ρ +0.006 4，相關系數為0.996 6，表觀摩爾吸光率為4.52×104L/(mol·cm)。