磺基水楊酸分光光度法測定鐵的質量控制

張 蘭 陳俊賢

(洋浦高級技工學校,海南 洋浦 578101)

測定未知樣中鐵含量的方法有很多,常用的有滴定法和分光光度法。對于含鐵量不太高的未知樣,用磺基水楊酸作顯色劑進行分光光度法測定是一種準確可靠而又簡便快捷的分析方法[1]。該方法在工業上有著廣泛的應用,因此,也成為了各職業院校化學分析檢驗實訓課中的重點訓練項目。近年來,在各級職業院校技能競賽中也出現了“磺基水楊酸分光光度法測定鐵”的賽題。作者在對海南省職業院校技能大賽(化學實驗室技術)的賽后分析和多次試驗的基礎上,確定了顯色劑用量、鐵標準溶液濃度、溶液酸堿度、最大吸收波長等參數,鐵離子濃度與溶液顯色后的吸光度呈線性關系,相關系數R2=0.999 997 37,以標準物質溶液作為待測樣品,測量所得的溶液濃度與其真實值對比,驗證方法的精確度,結果令人滿意。

1 方法原理

磺基水楊酸是分光光度法測定鐵的有機顯色劑之一。磺基水楊酸與Fe3+可以形成穩定的配合物,因溶液pH的不同,所形成的配合物的組成也不同。在pH為9～11.5的NH3·H2O-NH4Cl緩沖溶液中,Fe3+與磺基水楊酸反應生成穩定的三磺基水楊酸鐵黃色配合物[2],顏色深淺與鐵含量呈正比關系,符合朗伯比爾定律。因此,可根據已知濃度系列Fe3+標準溶液的吸光度繪制出的標準曲線,在最大波長處測定未知Fe3+溶液吸光度,從而從標準曲線上查出未知試樣的鐵含量。

2 實驗

2.1 儀器

UV-1800PC-DS2紫外-可見分光光度計。

2.2 試劑的配制

2.2.1 鐵標準工作儲備溶液配制

稱取(12.05±0.005)g硫酸高鐵銨高純試劑,精確至0.000 1 g,加適量純凈水溶解,定量轉移至500 mL 容量瓶中,加10 mL硫酸溶液(1∶1),稀釋至刻度,搖勻。經計算得鐵標準原始溶液的濃度為2.792 g·L-1。

因朗伯比爾定律是一個有限的定律,只適用于濃度小于0.01 mol·L-1的稀溶液[3],因此需要對上述配制的鐵標準原始溶液進行稀釋。

具體方法是:用移液管吸取6 mL濃度為2.792 g·L-1鐵標準原始溶液,定量轉移至250 mL容量瓶內并稀釋。根據質量守恒定律,計算出鐵標準工作儲備溶液的濃度為67.01 μg·mL-1。

2.2.2 鐵標準系列工作溶液配制

在7個100 mL容量瓶中,用移液管分別加入0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL濃度為67.01 μg·L-1的鐵標準工作儲備溶液, 再各加2 mL 2%磺基水楊酸溶液, 后滴加pH=9～11.5的NH3·H2O-NH4Cl 緩沖溶液,直到溶液變成黃色,定容,搖勻后靜置5 min。各標準工作溶液實際濃度如表1所示。

表1 鐵標準系列工作溶液配制數據

2.2.3 鐵樣品溶液的配制

稱取(0.4±0.001)g硫酸高鐵銨高純試劑,精確至0.000 1 g,加適量純凈水溶解,定量轉移至500 mL容量瓶中,加10 mL硫酸溶液(1∶1),稀釋至刻度,搖勻。經計算得鐵樣品溶液的濃度為90.02 μg·mL-1,即待測樣品真實值為90.02 μg·mL-1。

移取鐵樣品溶液2 mL定量轉移至100 mL容量瓶中(稀釋50倍),再各加2 mL 2%磺基水楊酸溶液, 后滴加pH=9～11.5的NH3·H2O-NH4Cl 緩沖溶液,直到溶液變成黃色,稀釋至刻度定容,搖勻后靜置5 min。

2.3 儀器分析

2.3.1 儀器檢查

檢查分光光度計并預熱20 min以上;進行比色皿配套性檢驗。

2.3.2 確定最大吸收波長

磺基水楊酸鐵配合物在堿性溶液中的最大吸收波長經驗值為420 nm[4],據此,用1 cm吸收池,以試劑空白作參比,從波長390～450 nm,每隔10 nm測定一次吸光度。再以波長為橫坐標,以吸光度為縱坐標,繪制吸收光譜曲線,得到最大吸收波長為424 nm。

2.3.3 繪制工作曲線

于最大吸收波長424 nm處,測出鐵系列標準工作溶液的吸光度。以吸光度為縱坐標、鐵濃度為橫坐標, 繪制工作曲線,如圖1所示。

圖1 鐵的標準工作曲線

2.3.4 鐵樣品溶液濃度的測定

同等條件下,測出鐵樣品溶液的吸光度。根據鐵樣品溶液吸光度,從工作曲線中查出其對應的濃度,見表2。為消除偶然誤差,做平行試驗3次。

表2 鐵樣品溶液濃度測定結果

通過對3次平行試驗數據分析得出,實驗所得鐵樣品溶液的平均濃度為90.21 μg·mL-1,與真值90.02 μg·mL-1之間的相對誤差為0.2%。

3 過程控制

3.1 溶液酸度

Fe3+離子與磺基水楊酸在不同酸度下,可能生成1∶1、1∶2和1∶3 3種顏色不同的配合物,故測定時應控制溶液pH 9～11.5。

3.2 試劑用量

配制鐵標準溶液時鐵離子必須準確加入,過量的磺基水楊酸和氨水對溶液的吸光度影響不是很大,不必嚴格準確加入。

3.3 參比溶液

使用試劑空白作參比溶液可以消除溶液中其他有色物質的影響,所得工作曲線通過原點。

3.4 吸光度曲線

配制鐵標準系列工作溶液時應考慮標準曲線系列點分布合理;吸光度在合理范圍內;鐵樣品溶液的吸光度在工作曲線范圍內,標準工作曲線線性較好。

4 結論

磺基水楊酸分光光度法用于測定樣品中鐵含量的定量分析,快速、簡便,且分析結果準確度和精密度較好。最佳實驗條件是:最大吸收波長為424 nm,過量的磺基水楊酸和氨水對溶液的吸光度影響不是很大,在最佳條件下,相對誤差為0.2%,標準曲線的線性R2可達0.999 997 37,結果令人滿意。