《鄰菲羅啉分光光度法測定水中微量鐵》實(shí)訓(xùn)改進(jìn)研究

張悅君，何旭倫，黎喜云，劉文敏

(廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，廣東 佛山 528216)

1 引言

目前學(xué)院《儀器分析技術(shù)》課程中《鄰菲羅啉分光光度法測定水中微量鐵》這一實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的方案是參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 345—2007《水質(zhì) 鐵的測定鄰菲羅啉分光光度法》制定的，但實(shí)際實(shí)訓(xùn)中不涉及水樣預(yù)處理的過程并且實(shí)踐教學(xué)方案中鐵標(biāo)準(zhǔn)使用液的濃度低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此實(shí)驗(yàn)條件存在優(yōu)化改進(jìn)的空間。為更好地開展實(shí)踐教學(xué)，節(jié)約化學(xué)試劑，保護(hù)環(huán)境，本文探討了《鄰菲羅啉分光光度法測定微量鐵》實(shí)驗(yàn)的波長、鹽酸羥胺溶液的濃度、鄰菲羅啉溶液的濃度、緩沖溶液的用量對實(shí)驗(yàn)的影響，進(jìn)而得出了最佳的實(shí)驗(yàn)條件。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 主要儀器和試劑

儀器：721(數(shù)顯)分光光度計(jì)(上海菁華科技儀器有限公司)，10 mm比色皿，pHS-25酸度計(jì)(成都世紀(jì)方舟科技有限公司)。

試劑：鐵貯備液(100 μg/mL)：準(zhǔn)確稱取0.7020 g分析純((NH4)2Fe(SO4)2)·6H2O)，溶于50 mL(1+1)H2SO4，轉(zhuǎn)移至1000 mL的容量瓶中，并用水稀釋到刻度，搖勻。

鐵標(biāo)準(zhǔn)使用液(20 μg/mL)：準(zhǔn)確移取鐵貯備液20.00 mL于100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

醋酸-醋酸銨緩沖溶液：40 g乙酸銨加50 mL冰乙酸用水稀釋至100 mL；0.5%(m/V)鄰菲羅啉水溶液(臨用現(xiàn)配)；10%(m/V)鹽酸羥胺溶液(臨用現(xiàn)配)。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

鄰菲羅啉分光光度法以鹽酸羥胺作為還原劑將三價鐵還原為二價鐵，在一定酸度條件下二價鐵進(jìn)一步和鄰菲羅啉生成穩(wěn)定的橙紅色絡(luò)合物，用分光光度計(jì)測定其吸光度，溶液鐵含量與吸光度呈正比。

3 結(jié)果與討論

3.1 最優(yōu)波長的選擇

通過測定不同波長下溶液的吸光度值，以確定《鄰菲羅啉分光光度法測定微量鐵》實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)波長。移取鐵標(biāo)準(zhǔn)使用液(20 μg/mL)10.00 mL置于50 mL比色管中，加入10%鹽酸羥胺1 mL，搖勻，加入緩沖溶液5 mL，搖勻，加入0.5%鄰菲羅啉2 mL，加去離子水至刻度線，搖勻。顯色15 min后，用10 mm比色皿，以去離子水為參比，在480～530 nm之間每隔10 nm測定一次吸光度，結(jié)果如圖1所示。

圖1 波長對吸光度的影響

由圖1可知，在480～530 nm之間溶液吸光度呈先上升后下降的趨勢，并在510 nm處有最大的吸光度，因此確定本實(shí)驗(yàn)最優(yōu)波長為510 nm。

3.2 還原劑濃度選擇

該實(shí)驗(yàn)一般以鹽酸羥胺作為還原劑將三價鐵還原為二價鐵。由于鹽酸羥胺屬于有毒試劑[1]，為減少化學(xué)試劑的使用，降低環(huán)境污染，本實(shí)驗(yàn)擬研究鹽酸羥胺濃度對吸光度的影響。

采用單一變量原則，移取鐵標(biāo)準(zhǔn)使用液10.00 mL于6支50 mL比色管中，分別加入0%、1%、2.5%、5%、7.5%、10%不同濃度的鹽酸羥胺1 mL，再依次加入緩沖溶液5 mL，0.5%鄰菲羅啉2 mL，加水定容至刻度線，測得相應(yīng)吸光度，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，溶液吸光度隨著鹽酸羥胺濃度增高而增大，當(dāng)鹽酸羥胺濃度達(dá)2.5%以后，吸光度趨于平穩(wěn)。因此，改用2.5%鹽酸羥胺于鄰菲羅啉分光光度法測定微量鐵實(shí)驗(yàn)中是可行的。

圖2 鹽酸羥胺對吸光度的影響

3.3 顯色劑濃度選擇

該實(shí)驗(yàn)采用鄰菲羅啉作為顯色劑，為減少試劑浪費(fèi)同時保證亞鐵離子完全顯色，本實(shí)驗(yàn)擬研究鄰菲羅啉濃度對吸光度的影響。

采用單一變量原則，移取鐵標(biāo)準(zhǔn)使用液10.00 mL于7支50 mL比色管中，依次加入2.5%鹽酸羥胺1 mL，緩沖溶液5 mL，再分別加入0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%不同濃度的鄰菲羅啉溶液2 mL，加水定容至刻度線，測得相應(yīng)吸光度。結(jié)果如圖3所示。

圖3 鄰菲羅啉對吸光度的影響

由圖3可知，溶液吸光度隨著鄰菲羅啉濃度增高而增大，當(dāng)鄰菲羅啉濃度達(dá)0.1%以后，吸光度呈平穩(wěn)趨勢。理論上，1 mol的Fe2+與3 mol的鄰菲羅啉完全反應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)最高取10 mL濃度為20 μg/mL的鐵標(biāo)準(zhǔn)使用液，即Fe2+約為3.57×10-3mmol，對應(yīng)所需鄰菲羅啉為1.08×10-2mmol[2]。2 mL濃度為0.1%的鄰菲羅啉約為1.01×10-2mmol ，2 mL 濃度為0.2%的鄰菲羅啉約為2.02×10-2mmol，2 mL濃度為0.2%的鄰菲羅啉可以滿足Fe2+完全顯色時所需顯色劑的量，又因鄰菲羅啉對水生生物有極高毒性，可能導(dǎo)致水體環(huán)境的長期不良影響，所以為了節(jié)約試劑用量和保護(hù)環(huán)境，同時保證實(shí)驗(yàn)效果，選擇0.2%鄰菲羅啉溶液為最優(yōu)條件。

3.4 緩沖溶液加入量選擇

為了研究緩沖溶液用量對本實(shí)驗(yàn)的影響，移取鐵標(biāo)準(zhǔn)使用液10.00 mL于6支50 mL比色管中，依次加入2.5%鹽酸羥胺1 mL，再分別加入0 mL、1 mL、2 mL、3 mL、4 mL、5 mL不同體積的緩沖溶液，最后加入0.2%鄰菲羅啉2mL，加水定容至刻度線，測定相應(yīng)吸光度及pH值。測定結(jié)果如圖4所示。

圖4 緩沖溶液加入量對吸光度的影響

根據(jù)圖4得知，溶液吸光度隨著緩沖溶液加入量的增加而增大，當(dāng)緩沖溶液加入量達(dá)2 mL以后，吸光度趨于平穩(wěn)。加入2～5 mL緩沖溶液在溶液中的pH值近似相等，滿足鄰菲羅啉與Fe2+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)所需pH3～9之間的酸度條件。pH值過高或過低都會對實(shí)驗(yàn)造成影響，當(dāng)pH<2時鄰菲羅啉會發(fā)生副反應(yīng)，當(dāng)pH<3時鄰菲羅啉與Fe2+顯色速度變慢，當(dāng)pH>9時二價鐵會被鹽酸羥胺還原為鐵單質(zhì)，無法與鄰菲羅啉絡(luò)合顯色，進(jìn)而使溶液褪色[3]。為保證實(shí)驗(yàn)條件并節(jié)約教學(xué)實(shí)際成本，減少緩沖溶液的使用體積，可選擇2 mL的緩沖溶液進(jìn)行測定微量鐵實(shí)驗(yàn)。

3.5 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

在四次優(yōu)化實(shí)驗(yàn)探究后，選擇510 nm作為實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)波長，2.5%鹽酸羥胺1 mL，0.2%鄰菲羅啉2 mL，緩沖溶液2 mL作為改進(jìn)方法的實(shí)驗(yàn)試劑。通過繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并選擇一個濃度的樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1～2。

表1 改進(jìn)方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線

表2 改進(jìn)方法的加標(biāo)回收率

改進(jìn)方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性良好，相關(guān)系數(shù)為0.99994，加標(biāo)回收率為96.5%～97.0%，準(zhǔn)確度較高。

3.6 精密度實(shí)驗(yàn)

移取鐵標(biāo)準(zhǔn)使用液2.00 mL、4.00 mL、8.00 mL各6次于比色管中，進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。

由表3得知,優(yōu)化后3種不同濃度鐵濃度實(shí)驗(yàn)的RSD值均小于1%，證明優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)具有良好的精密度。

表3 改進(jìn)方法的精密度

4 結(jié)語

對鄰菲羅啉分光光度法測定水中微量鐵的實(shí)驗(yàn)試劑進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)后的方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度，克服了傳統(tǒng)方法有毒試劑用量大的不足，可應(yīng)用于儀器分析等課程的日常實(shí)踐教學(xué)中。