化学学士学位毕业论文导师修改完毕邻菲啰啉分光光度法测定海水中总铁.docx

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化学学士学位毕业论文导师修改完毕邻菲啰啉分光光度法测定海水中总铁

学士学位论文

题目：

邻菲啰啉分光光度法测定海水中总铁

邻菲啰啉分光光度法测海水中的总铁

摘要：

本文主要研究了用分光光度法测定海水中的总铁，采用了邻菲啰啉作显色剂，盐酸羟胺作还原剂。

该方法线性范围在0mg/L—3.00mg/L，检出限为0.03mg/L，相对标准偏差为0.046%。

该方法用于测定海水样品，结果令人满意。

关键词：

铁；邻菲啰啉分光光度法；海水

ANovelPhenanthrolineSpectrophotometryMethodfortheDeterminationofIroninSeaWater

CongPengyun

（SchoolofchemistryandMaterialsScience,LudongUniversity,Yantai264025）

Abstract:

.Thisarticlediscussesthemeasurementofironinseawaterviaspectrophotoment.Themethodadoptsphenanthrolineaschromogenicagent,hydroxylaminehydrochlorideasreducingagent.Therangofdeterminationis0mg/L—3.00mg/L,thedetectionlimitationis0.03mg/L,the relativestandarddeviationis0.046%.Themethodhasbeenappliedtothedeterminationofironinseawatersampleswithsatisfactoryresults.

KeyWords:

Iron;PhenanthrolineSpectrophotometry;SeaWater

目录

1引言1

1.1海水中铁的存在形式及处理1

1.2海水中铁的测定方法1

1.3铁的分光光度分析法2

1.3.1邻菲啰啉法2

1.3.2磺基水杨酸法3

1.3.3催化动力学光度法测定铁3

1.3.4萃取催化动力学光度法3

1.3.5荧光分光光度法3

2实验部分4

2.1主要试剂和仪器4

2.2试验步骤4

2.2.1标准曲线的绘制4

2.2.2样品测定5

3结果与讨论5

3.1测定波长的选择5

3.2酸度的选择6

3.3显色时间的选择6

3.4标准曲线7

3.5某些金属离子的干扰8

3.6样品测定8

4结论9

参考文献10

致谢11

1引言

铁在地壳中的丰度为5.6%[1]，但是在海水中的浓度却很低，特别是大洋中只有0.05～2nmol/L[2]。

在整个海水体系的生物地球化学过程中，铁是一种举足轻重的元素。

特别是对浮游植物，铁的重要性远远超过了其它微量元素[3]。

铁是生物生长所必须的微量营养元素。

铁在浮游植物对氮的吸收、固氮菌对N2的固定、叶绿素的合成、卟啉生物合成、光合作用电子的传输等生物过程发挥着非常重要的作用[4]。

海水中铁的浓度很低，是许多海域浮游植物生长的限制因子[5]。

因此测定海水中铁的含量具有重大实际意义。

1.1海水中铁的存在形式及处理

在海水中，铁以不同的物理化学形态存在，为了研究方便，多将水样中的铁分为颗粒态和溶解态[6]。

溶解态铁是能通过0.45μm滤膜的简单离子、络合离子和微小的胶体粒子态等，通不过0.45μm滤膜的部分称为颗粒态，这两部分铁的总和称为水样中总铁。

人们也已经开展了定量测定胶体铁的研究，Wu和Luther[7]采用两次过滤的方法来定义直径在0.2—0.4μm之间的铁的形态为“胶体铁”。

正是由于海水中铁的存在形态的多样性，采样、样品保存和与处理方法需区别不同的情况进行。

（1）总铁:

指水体中各种形态铁的总和。

采样后应立刻加入HNO3酸化至pH＜1。

在分析前一定要充分振摇，使之形成一个比较均匀的混合水样，分取的水样经强酸消解后测定。

（2）溶解态铁:

在采样现场进行过滤，其滤液立刻酸化至pH＜1后进行测定。

（3）颗粒态铁:

从总铁中减去可滤态铁即为颗粒态铁，也可将过滤一定量水样后收集在滤膜上的颗粒铁消解后直接测定。

（4）二价铁:

水样中的Fe（Ⅱ）很不稳定，易被氧化为Fe（Ⅲ），一般是在采样现场酸化后密封保存，并尽可能在取样后快速测定。

1.2海水中铁的测定方法

海水中铁的常用测定方法主要包括分光光度法、原子吸收法、电感偶合等离子发射光谱及质谱法、溶出伏安法和化学发光法。

原子吸收分析法（AAS）是测定海水中痕量金属总量的常用方法，但在分析之前必须对样品进行预富集和脱盐处理。

最后用火焰原子吸收法（FAAS）或者石墨炉原子吸收法（GFAAS）进行分析[8]。

常用的预富集方法有溶剂萃取法、螯合树脂离子交换法、共沉淀法等。

只适用于测定铁浓度较高的海水，如入海口及近岸海水。

但是其预富集过程往往十分繁琐耗时，而且只能测出总溶解态的铁，不能对不同氧化态铁的浓度进行测定。

电感偶合等离子发射光谱及质谱法[9]（ICP-AES、ICP-MS），ICP-AES法是近年来在发射光谱法基础上发展起来的一种新技术，其灵敏度比发射光谱法大为提高，但由于海水中铁含量很低，仍需要做预富集处理。

Wu和Boyle[10]采用一种新的氢氧化镁共沉淀同位素稀释高效ICP-MS法，采用极少量的试剂（氨和盐酸），试剂空白很低，基体干扰小，是一种测量绝对浓度而不是基于标准溶液的方法，具有较高的精确性。

但是由于其仪器设备比较昂贵，限制了使用范围。

溶出伏安法（StrippingVoltammetric）该法可以直接在海水介质中进行测定，其原理是，向样品中加络合剂将铁络合后，在特定的电势下，该络合物被吸附在工作电极上，通过测定溶出电流大小来确定其浓度。

海水中铁的测定中常用的是阴极溶出伏安法（AdCSV），采用悬汞电极为工作电极。

这种电化学分析的方法测定成本较低，仪器设备简单，检出限低。

但是，该方法的测定过程比较费时，多种因素可能会影响到扫描速度以及峰高，条件比较难于控制和掌握，不适于船载。

化学发光法（Chemiluminescence）化学发光是指由化学反应激发物质产生的光辐射。

化学发光法与流动注射分析（FIA）相结合的方法（FI-CL）是海水中测定铁比较新的方法，化学发光法具有很高的灵敏度，特别是FI-CL法具有仪器轻便、低成本、样品不易被污染及可测定还原态铁的优点，但是测定之前的试剂纯化过程比较困难且难以测定海水中有机络合态的铁。

分光光度法（Spectrophotometry）该法采用可选择性络合铁的某种氧化还原态并能形成具有较高吸光度的有色络合物的络合剂络合水样中的铁后进行分光光度测定。

对于总铁，先将样品作消化处理转化成游离态并用还原剂将三价铁还原为二价铁后测定[11]。

该方法仪器价廉、操作简单，分析成本低，并且不需要做预富集处理，正好弥补了原子吸收法、电感偶合等离子发射光谱及质谱法的缺陷，因此本文采用分光光度法测定海水中的铁。

1.3铁的分光光度分析法

铁是自然界重要的金属元素，也是生命体不可缺少的一种重要微量元素。

因此，有关铁的分析方法非常之多。

目前常用的测定铁的光度法有邻菲啰啉法、磺基水杨酸法、催化动力学光度法、萃取催化动力学光度法、荧光分光光度法等等。

以下分别对这些方法简单介绍。

1.3.1邻菲啰啉法

邻菲啰啉法[12]的基本原理是用抗坏血酸把三价铁还原成二价铁，在pH4.0～5.5的缓冲溶液体系中，Fe2+同邻菲啰啉生成摩尔比为3∶1橘红色二元络合物，用分光光度法测定。

邻菲啰啉络合物稳定性很好，有色络合物不受外界因素及时间的影响，溶液的颜色也不随时间等因素的变化而改变，因而邻菲啰啉分光光度法是测定铁含量较好的方法。

1.3.2磺基水杨酸法

对于含铁量不高的水样，用磺基水杨酸[13]作显色进行光度测定也是一种准确、可靠而又简便快速的分析方法。

在pH8～11的氨性溶液中，三价铁与磺基水杨酸生成稳定的黄色络合物，可以进行比色测定。

1.3.3催化动力学光度法测定铁

铁对部分常用的有机酸碱指示剂显色、褪色具有一定的催化作用，可用于痕量铁的分析[14]。

这类试剂主要有二甲基黄、甲基红、金莲橙。

周坚勇[15]研究发现，在弱硫酸介质中及活化剂邻菲啰啉存在下，微量铁对溴酸钾氧化胭脂红的褪色反应有催化作用，由此建立了催化光度法测定微量铁的方法。

该方法的检出限为1.2×10-10g·mL-1。

测定范围为0—0.2μg/25mL，催化反应的表观活化能为152.7KJ·mol-1，最大吸收波长位于510nm处。

1.3.4萃取催化动力学光度法

把萃取手段与动力学指示反应相结合，建立了萃取动力学分析法。

这种方法不仅可以提高动力学反应进行的程度，为终止反应和研究反应机理提供了方便。

还可以通过萃取平衡控制指示反应进行的程度，为终止反应和研究反应机理提供了方便。

孙登明[16]等研究了在pH5.5的弱酸性介质中，利用铁催化过氧化氢氧化邻氨基酚显色的指示反应。

用萃取平衡控制反应时间和水相中邻氨基酚的浓度及反应程度，通过测量424nm下有机相的吸光度，建立了萃取催化动力学光度法测定痕量铁的新方法。

方法的线性范围为0.5—40μg/L，检出限为1.6×10-7g/L。

用HOAc-NaOAc缓冲溶液控制水相的pH值在5.0—6.0之间，吸光度最大，且变化范围小。

H2O2用量对非催化反应和催化反应速度影响较大。

用本方法测定了水、人发和食品中的痕量铁，结果满意。

1.3.5荧光分光光度法

在硫酸介质中，Fe3+与氨基酚的反应产物会发出较强荧光，其激发波长和发射波长分别为292nm和328nm。

对铁的检测限为0.5g/L，线形范围为0.005—0.04μg/L[17]。

硫酸浓度为8.0×10-4—0.2mol/L时，荧光粉强度较大，且较为平坦，该方法具有简单、灵敏、选择性好等优点，用于奶粉及人体样品微量铁的测定。

傅佩玉[18]等，在pH=4.5的HAc-NaAc介质中triton-x-100存在下，铁与二溴羟基苯基荧光酮（DBH-PF）形成1:

3紫色络合物使（DBH-PF）的荧光熄灭，由此建立了测定微量铁的新方法，络合物的最大激发光谱和发射光谱分别为λem=583nm，λem=584nm，加入triton-x-100后，由于活行剂的增敏作用，体系的荧光度增加，先行范围为0—160Kg/L，检出限0.6ng/L。

非离子表面活性的增敏增稳，效果较好。

其中以triton-x-100最佳，络合物的荧光熄灭值ΔF10min达到最大至少稳定4h。

方法用于硅质沙眼，石膏，石灰岩等硅酸盐中铁的测定，结果与标准值相符，又用于水中痕量铁的测定，回收率在97%—103%之间。

2实验部分

2.1主要试剂和仪器

仪器：

WFJ7200型可见分光光度计，尤尼柯（上海）仪器有限公司生产。

FC204型电子天平，上海精科天平出品。

KDM型调温电热套，山东省鄄城用刑仪器厂生产。

药品：

氯化钠（分析纯）氯化钾（分析纯）二水合氯化钙（分析纯）

六水合氯化镁（分析纯）六水合硫酸镁（分析纯）

硫酸亚铁铵（分析纯）乙酸钠（分析纯）盐酸羟胺（分析纯）乙酸铵（分析纯）冰乙酸（分析纯）邻菲啰啉试剂

硫酸（分析纯）盐酸（分析纯）刚果红试纸

试剂配制：

人工海水：

准确称取24.8982g氯化钠、0.6444g氯化钾、1.4720g二水合氯化钙、4.1126g六水合氯化镁、6.8420g六水合硫酸镁，溶解于蒸馏水中，定容至1000mL，此溶液盐度（1kg海