铝（Ⅲ）和铁（Ⅱ）离子溶液中离子含量检测方案(紫外分光光度)

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两次双波长分光光度法同时测定铝（Ⅲ）和铁（Ⅱ）的研究 李天增 杨铭枢 （大庆职业学院化工系 大庆 163255） 摘要 本文研究了以MTB为显色剂、CTMAB为增溶增敏剂，利用系数补偿和双峰双波长的两次分光光度法，同时测定铝（Ⅲ）和铁（Ⅱ）的实验条件，线性范围Al:0～25μg/25mL、Fe:0～30μg/25mL，该法用于合成水样和硅石试样的测定，结果令人满意。 关键词 铝 铁 双波长分光光度法 铝（Ⅲ）和铁（Ⅱ）是两种常见的金属离子，在一些样品中往往同时存在。有些文献报道了两种离子不经分离同时测定的分光光度法，但是这些方法或是线性范围偏窄[1，2]，或是实验条件苛刻[3]。本文研究了以MTB为显色剂、CTMAB为增溶增敏剂，同时测定铝（Ⅲ）和铁（Ⅱ）的实验条件，Al在0～25μg/25mL、Fe在0～30μg/25mL范围内符合朗白-比尔定律，采用两次双波长分光光度法（一次系数补偿法，一次双峰双波长法）提高测定的灵敏度，该法用于合成水样和硅石试样的测定，结果令人满意。 1． 理论部分 有浓度为分别为CM和CN的M和N两组分，加入适量显色剂R后，分别形成配合物MRm和NRn（m、n为配合比），取1cm比色皿测定，设两配合物及显色剂的最大吸收波长分别为λ1、λ2和λ3，MRm和NRn在该三个波长处的吸光度分别为AM1、AM2、AM3和AN1、AN2、AN3，混合组分的吸光度分别为A1、A2、A3, 采用系数补偿法和双峰双波长法测定，公式推导参见文献[4]。 K1A2 + (1-K1KM)A1-A3 = (εM1-εM3)cM （1） K2A1 + (1-K2KN)A2-A3 = (εN2-εM3)cM （2） 式中K1、K2、KM、KN及各个ε均可由标准液准确测得，视为常数，只要在三个最大吸收波长处测得混合液的各个A值，代入公式（1）、（2），即可分别求得M、N的含量。 2．实验部分 2.1主要仪器与试剂 TU-1901型双光束紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；pHS-3C型酸度计（上海第二分析仪器厂） 标准储备液：取光谱纯铝粉和除去表面氧化物的高纯铁丝，分别溶于稀盐酸中，配成1.000mg/mL的铝（Ⅲ）和铁（Ⅲ）储备溶液，用时稀释至10μg/mL； 甲基百里酚蓝(MTB):0.1％水溶液； 溴化十六烷基三甲胺(CTMAB):0.01mol/L水溶液； 乙酸-乙酸钠缓冲溶液：用酸度计调节配制pH3.0～6.5的缓冲溶液。 2.2实验方法 移取适量铝（Ⅲ）或铁（Ⅲ）标准溶液于25.0mL容量瓶中，加入3.0mL0.1％MTB溶液，1.0 mL0.01mol/L CTMAB水溶液，3 mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液，用水稀释至刻度，摇匀，置于沸水浴上加热3min，流水冷至室温，用1cm比色皿在选定波长下测定吸光度。 3．结果与讨论 3.1配合物的吸收光谱 分别取15μg铝（Ⅲ）或铁（Ⅲ）标准溶液，按实验方法进行光谱扫描，得到吸收曲线，如图1，Al-MTB-CTMAB和Fe-MTB-CTMAB对试剂空白的最大吸收波长分别为526nm和539nm，Al-MTB和Fe-MTB对试剂空白的最大吸收波长分别为509nm和520nm，MTB-CTMAB对水的最大吸收波长为437nm。CTMAB不仅使铝、铁与显色剂的吸收峰产生红移，同时还能提高灵敏度。 图1 Al、Fe配合物的吸收光谱 3.2pH对配合物形成的影响 按实验方法，仅改变酸度测定，铝、铁配合物分别在pH3.0～5.5和pH2.5～6.0，乙酸-乙酸钠缓冲溶液用量均在2.0～2.5mL范围内的吸光度最大，且恒定，本实验选择pH4.0的乙酸-乙酸钠缓冲溶液3.0mL。 3.3MTB用量的选取 对于铝、铁配合物来说，0.1％MTB水溶液加入量分别在1.5～5.0mL和2.0～4.0mL为宜，实验中选用量为3.0mL。 3.4CTMAB用量的选取 实验结果表明，在两配合物分别加入0.01mol/L CTMAB0.8～3.0mL和0.5～1.2mL时A值最大，且恒定，本实验选用1.0 mL。 3.5配合物的稳定性 铝配合物在室温下显色不完全，置于水浴加热2min以上，流水冷至室温，吸光度提高约10％，1h内吸光度不变。加热与否对铁配合物没有影响，至少可以稳定3h。 3.6线性范围的确定和运算式的求得 在MTB-CTMAB显色体系中铝、铁吸光度具有加和性，可以单独测定它们在各波长下的吸光系数。分别取0、5、10、15、20、25、30、35μgAl（Ⅲ）和Fe（Ⅲ）标准溶液，按实验条件，各在526、539和437nm波长下测定A值，以A值对Al和Fe浓度作图，如图2和图3所示。 图2 三波长下Al配合物吸光度与浓度的关系 图2 三波长下Fe配合物吸光度与浓度的关系 （1、2、3分别为526、539和437nm波长处的曲线） 从图中可见，Al在0～25μg/25mL、Fe在0～30μg/25mL范围内符合比尔定律，所得直线斜率即为各波长的摩尔吸光系数，结果见表1。 表1 配合物在三个吸收峰处的摩尔吸光系数（ε×104） 配合物 ε526 ε539 Ε437 Al-MTB-CTMAB 1.081 1.624 1.035 Fe-MTB-CTMAB 2.520 2.753 0.965 将所得的数值代到各计算式中，求得KAl＝0.903，KFe＝0.915，K1＝-7.244，K2＝-8.481 7.541 A1-7.244 A2- A3 ＝2.836×104cAl -8.481 A1＋8.760 A2- A3 ＝3.718×104 cFe 由计算式可以得到，Al、Fe配合物的摩尔吸光系数分别为2.836×104和3.718×104L/mol•cm。 3.7共存离子的影响 在选定条件下，Al、Fe配合物不被大量的EGDA所破坏，Zn、Pb、Cu、Mn和稀土元素等离子的配合物可被EGDA分解[5]，对于15μg Al（Ⅲ）、Fe（Ⅲ）、20mgNa(Ⅰ)、K(Ⅰ)、2mgCa(Ⅱ)、1mgMg(Ⅱ)、200μgCo(Ⅱ)、50μgNi(Ⅱ)、100μgHg(Ⅱ)、200μgCd(Ⅱ)、300μgBi(Ⅲ)、50μg Ga（Ⅲ）、50μgSn（Ⅳ）、100μgCr(Ⅲ)以及50mg常见阴离子PO43-、SO42-、NO3-、HCO3-等均不影响测定。邻苯二甲酸根、草酸根、酒石酸根、柠檬酸根均干扰测定，不能选择这些离子作为缓冲溶液的成分，V(Ⅴ)干扰严重。 4．试样分析 4.1合成样品测定 对于合成不同含量的Al、Fe样品溶液，进行多次测定，结果列于表2，在线性范围内两者互不干扰，回收率较高。 表2 合成样品分析结果 序号 加入量/μg 测定结果/μg 回收率/％ Al Fe Al Fe Al Fe 1 10 10 9.9 9.8 99.0 98.0 2 15 20 13.8 20.3 92.0 101.5 3 20 25 20.0 24.2 100.0 96.8 4 15 30 14.8 18.5 98.7 95.0 5 20 15 19.9 14.4 99.5 96.0 6 20 0 19.7 0 98.5 100.0 7 5 5 5.2 4.8 104.0 96.0 8 0 10 0 9.9 100.0 99.0 9 25 30 23.3 29.6 93.2 95.3 10 10 15 9.4 14.0 94.0 93.3 5.2硅石试样测定 称取0.2000g硅石试样于坩锅中，以5mLHNO3(1+1)、10mLHCl(1+1)加热溶解，定容于200mL容量瓶中。准确取2.5mL试液于25.0mL容量瓶中，按照实验方法测定，结果见表3。 表3 硅石试样分析结果 含量/％[3] 测定结果/％ 标准偏差/％ Al2O3 0.89 0.87，0.89，0.87，0.88 0.0096 Fe2O3 0.71 0.70，0.68，0.69，0.69 0.0082 参考文献： 1． 陈亚华，林琳. 吸光光度法同时测定微量铝和铁——铬天青S乳化剂OP体系. 理化检验（化学分册）. 1987.9（1）：9，10 2． 葛宣宁，徐爱萍，顾建华. 双显色剂双波长系数补偿法同时测定铝和铁的研究. 理化检验（化学分册）. 1993.15（6）：332-334 3． 何锡文，何华瑞，史慧明.铁（铝）—铬天青S—十二烷基二聚氧乙烯基氨基甲酸多元络合物体系的双波长分光光度法. 分析化学. 1986.14（8）：565-568 4． 李天增，两次双波长分光光度法同时测定痕量钴和镍的研究. 大庆职工大学学报. 2000，10（3）:31-35 5．刘绮洪. 甲基百里酚蓝-CTMAB光度法测定铁. 分析试验室. 1986.5（6）：27-29