《鄰菲羅啉分光光度法測定水中微量鐵》實訓改進研究

張悅君，何旭倫，黎喜云，劉文敏

(廣東環境保護工程職業學院，廣東 佛山 528216)

1 引言

目前學院《儀器分析技術》課程中《鄰菲羅啉分光光度法測定水中微量鐵》這一實訓項目的方案是參考行業標準HJ/T 345—2007《水質 鐵的測定鄰菲羅啉分光光度法》制定的，但實際實訓中不涉及水樣預處理的過程并且實踐教學方案中鐵標準使用液的濃度低于行業標準，因此實驗條件存在優化改進的空間。為更好地開展實踐教學，節約化學試劑，保護環境，本文探討了《鄰菲羅啉分光光度法測定微量鐵》實驗的波長、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驗的影響，進而得出了最佳的實驗條件。

2 實驗

2.1 主要儀器和試劑

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

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

鐵標準使用液(20 μg/mL)：準確移取鐵貯備液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(臨用現配)；10%(m/V)鹽酸羥胺溶液(臨用現配)。

2.2 實驗原理

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一步和鄰菲羅啉生成穩定的橙紅色絡合物，用分光光度計測定其吸光度，溶液鐵含量與吸光度呈正比。

3 結果與討論

3.1 最優波長的選擇

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》實驗的最優波長。移取鐵標準使用液(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，因此確定本實驗最優波長為510 nm。

3.2 還原劑濃度選擇

該實驗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]，為減少化學試劑的使用，降低環境污染，本實驗擬研究鹽酸羥胺濃度對吸光度的影響。

采用單一變量原則，移取鐵標準使用液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，測得相應吸光度，結果如圖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，當鹽酸羥胺濃度達2.5%以后，吸光度趨于平穩。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驗中是可行的。

圖2 鹽酸羥胺對吸光度的影響

3.3 顯色劑濃度選擇

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

采用單一變量原則，移取鐵標準使用液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，測得相應吸光度。結果如圖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，當鄰菲羅啉濃度達0.1%以后，吸光度呈平穩趨勢。理論上，1 mol的Fe2+與3 mol的鄰菲羅啉完全反應，本實驗最高取10 mL濃度為20 μg/mL的鐵標準使用液，即Fe2+約為3.57×10-3mmol，對應所需鄰菲羅啉為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，可能導致水體環境的長期不良影響，所以為了節約試劑用量和保護環境，同時保證實驗效果，選擇0.2%鄰菲羅啉溶液為最優條件。

3.4 緩沖溶液加入量選擇

為了研究緩沖溶液用量對本實驗的影響，移取鐵標準使用液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，測定相應吸光度及pH值。測定結果如圖4所示。

圖4 緩沖溶液加入量對吸光度的影響

根據圖4得知，溶液吸光度隨著緩沖溶液加入量的增加而增大，當緩沖溶液加入量達2 mL以后，吸光度趨于平穩。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+發生絡合反應所需pH3～9之間的酸度條件。pH值過高或過低都會對實驗造成影響，當pH<2時鄰菲羅啉會發生副反應，當pH<3時鄰菲羅啉與Fe2+顯色速度變慢，當pH>9時二價鐵會被鹽酸羥胺還原為鐵單質，無法與鄰菲羅啉絡合顯色，進而使溶液褪色[3]。為保證實驗條件并節約教學實際成本，減少緩沖溶液的使用體積，可選擇2 mL的緩沖溶液進行測定微量鐵實驗。

3.5 加標回收率實驗

在四次優化實驗探究后，選擇510 nm作為實驗的最優波長，2.5%鹽酸羥胺1 mL，0.2%鄰菲羅啉2 mL，緩沖溶液2 mL作為改進方法的實驗試劑。通過繪制標準曲線并選擇一個濃度的樣品進行加標回收率實驗。實驗結果見表1～2。

表1 改進方法的標準曲線

表2 改進方法的加標回收率

改進方法的標準曲線線性良好，相關系數為0.99994，加標回收率為96.5%～97.0%，準確度較高。

3.6 精密度實驗

移取鐵標準使用液2.00 mL、4.00 mL、8.00 mL各6次于比色管中，進行精密度實驗，結果見表3。

由表3得知,優化后3種不同濃度鐵濃度實驗的RSD值均小于1%，證明優化后的實驗具有良好的精密度。

表3 改進方法的精密度

4 結語

對鄰菲羅啉分光光度法測定水中微量鐵的實驗試劑進行優化，改進后的方法具有良好的準確度和精密度，克服了傳統方法有毒試劑用量大的不足，可應用于儀器分析等課程的日常實踐教學中。