紫外分光光度法测水总硬度显色条件的选择

2013-07-19李红霞周立清

实验室研究与探索 2013年1期

李红霞，周立清

(海军工程大学理学院，湖北武汉430033)

0 引言

水中钙镁总含量的测定方法通常用EDTA 络合滴定法，但该方法灵敏度较低，且操作麻烦、费时［1］。而用紫外分光光度法测定单一离子的含量具有灵敏度较高、操作简便快速的优点［2］。进行光度分析时，首先要把待测组分转变成有色化合物，然后测定吸光度或吸收曲线。将待测组分转变成有色化合物的反应叫显色反应，与待测组分形成有色化合物的试剂称为显色剂。在光度分析中选择合适的显色剂并控制反应条件是十分重要的，其中铬黑T 在EDTA 络合滴定法测水硬度测定中作为指示剂应用非常广泛。同时，这种物质在分光光度法中可作为显色剂测定Ca2+的含量［3-6］。当需要测定Ca2+、Mg2+混合离子的总含量时，一般的方法是将Ca2+、Mg2+当成单一组分［7］，或是取Ca2+、Mg2+与显色剂形成配合物的一等摩尔吸收点的波长进行测定［8］。以铬黑T 为显色剂，本文通过对显色时间、显色条件进行研究分析，找出最佳的显色条件和最大吸收波长λmax。为紫外分光光度法测水样中Ca2+、Mg2+混合离子的总含量提供了一种有效的方法。

1 试验部分

1.1 主要试剂和仪器

(1)Mg2+标准溶液。准确称取MgO (基准物)0.100 g 于烧杯中，用过量的盐酸(1 ∶1)使其溶解，用电炉加热至沸腾，定量移入250 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液浓度为0.01 mol/L，使用时稀释成4 ×10－5，8 ×10－5，1.2 ×10－4，1.6 ×10－4mol/L。

(2)Ca2+标准溶液。准确称取经烘箱110 °C烘干2 h 的CaCO30.25 g 于烧杯中，用过量的盐酸(1 ∶1)使其溶解，用电炉加热至沸腾，定量移入250 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液浓度为0. 01 mol/L，使用时稀释成4 ×10－5，8 ×10－5，1.2 ×10－4，1.6 ×10－4mol/L。

(3)1 mmol/L 铬黑T 水溶液。准确称取0.05 g铬黑T 于小烧杯中，加少量去离子水溶解，移入100 mL 容量瓶中，用移液管量取2 mL 三乙醇胺加入该容量瓶中，用去离子水稀释至刻度线。

(4)1 mmol/L 铬黑T-聚乙二醇水溶液。取2 mmol/L 铬黑T 水溶液与1%聚乙二醇水溶液按体积比1 ∶1 混合摇匀。

(5)1 mmol/L 铬黑T-十二烷基苯磺酸钠水溶液。取2 mmol/L 铬黑T 水溶液与1%十二烷基苯磺酸钠水溶液按体积比1 ∶1 混合摇匀。

(6)仪器。UV-6 系列紫外可见分光光度计(上海美谱达仪器有限公司)。

1.2 试验方法

用移液管移取一定量的钙、镁(1 ∶1)标准溶液于25 mL 比色管中［7］，依次加入1 mmol/L 铬黑T 溶液1 mL，加入pH 11.60 氨性缓冲溶液5 mL，用去离子水稀释至刻度线，摇匀［9］。反应2 h 后，以试剂空白作参比，于紫外分光光度计波长531 nm 处测量溶液的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 反应时间

按实验方法测该溶液的吸光度与反应时间的关系如图1 所示。从图1 可以看出:铬黑T 与Ca2+的显色时间在120 min 时吸光度达到最大，且反应进行到200 min 时，吸光度基本不变。因此，铬黑T 与Ca2+显色时间至少需要120 min。

2.2 显色条件的选择

铬黑T 水溶液、铬黑T-聚乙二醇水溶液、铬黑T-十二烷基水溶液在加入不同pH 值缓冲溶液的条件下(参照文献一般的处理方法，取缓冲溶液pH 10.52 和11.60 两种情况［8，10］)，针对Ca2+、Mg2+吸收曲线进行了对比分析。

图1 显色时间与吸光度的关系图

测得实验数据见表1，得到的典型吸收曲线见图2(图中红线为镁标准溶液的吸收曲线图、黑线为钙标准溶液的吸收曲线图)。由图可知，Ca2+、Mg2+的λmax相差不大，且吸光度具有加和性。

表1 不同条件下的λmax以及λmax对应的吸光度A

图2 缓冲溶液pH 11.60 时铬黑T 水溶液吸收曲线

根据朗伯-比尔定律可计算出钙、镁的摩尔吸收系数ε(L/mol·cm)

由表1 实验数据可知，缓冲溶液pH 10.52 时，不加乳化剂的情况下，Ca2+、Mg2+有共同的λmax，其量值为524 nm，对应的εMg2+≈7εCa2+。加入乳化剂聚乙二醇或十二烷基苯磺酸钠后Ca2+离子的λmax发生红移，Mg2+离子的λmax未发生红移，Ca2+、Mg2+两种离子的λmax对应的吸光度A 都增大。

缓冲溶液pH 11. 60 时，不加乳化剂时，Ca2+、Mg2+的λmax相差不大。Ca2+的λmax为531 nm 且εCa2+量值为3.4 ×104，Mg2+的λmax为527 nm 且εMg2+量值为5.68 ×104;同时，在531 nm 处εMg2+量值为5.63 ×104，与εCa2+相差不大，且都大于104，灵敏度高［11-13］。故λ 取531 nm 适合于水样中的Ca2+、Mg2+总含量的测定。加入乳化剂聚乙二醇或十二烷基苯磺酸钠后，Ca2+、Mg2+两种离子的λmax对应的吸光度A 反而下降。添加乳化剂聚乙二醇Ca2+、Mg2+两种离子的λmax未发生红移，而添加乳化剂十二烷基苯磺酸钠，Ca2+、Mg2+两种离子的λmax都发生了红移。

由实验数据对比分析可知，缓冲溶液pH 11.60，不加乳化剂条件下，λ 取531 nm 适合于水样中的Ca2+、Mg2+总含量的测定。

2.3 标准曲线

在优化的实验条件下，对钙镁溶液总浓度为8，12，16，24，32，64 μmol/L 的标准溶液进行测定，以钙镁总浓度对其吸光度绘制标准曲线，钙镁总浓度在64 μmol/L 范围内呈线性，线性回归方程A =0.545 1ρ +0.006 4，相关系数为0.996 6，表观摩尔吸光率为4.52×104L/(mol·cm)。