铸铁锅烧水水中铁离子检测方法研究

马成有，陆继龙，贾丹，田微，来雅文，赵玉岩，汤肖丹，郝立波，赵新运＊

1.吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林长春 130026；2.吉林大学白求恩第一医院，吉林长春 130026；3.吉林水利电力职业学院，吉林长春 130000

日常家庭生活中离不开锅，铸铁锅中的铁能否溶出于水中呢？关于这个问题，做了以下实验研究。

1 实验部分

1.1 实验原理

在一定的pH条件下，Fe2+和显色剂邻二氮菲反应生成橘红色配合物，反应式如下：

配合物对不同波长的光有一定的吸收。

1.2 主要试剂与仪器

铁标准溶液的配置：称取0.7022g分析纯（NH4）2SO4FeSO4·6H2O于250mL烧杯中，加入50mL 6mol/L HCl溶液使之溶解后，转移入1000mL容量瓶中，用纯水定容，摇匀，得到100μg/mL铁标准溶液，将其稀释10倍即得10μg/mL铁标准溶液。

1.5g/L邻二氮菲、100g/L盐酸羟胺、1mol/L醋酸钠、1mol/L氢氧化钠、6mol/L盐酸。

UV-5800（PC）型紫外可见分光光度计（上海元析仪器有限公司）、比色管、称液管、吸量管。

1.3 条件实验[1]

1.3.1 最佳吸收波长的选择

用吸量管准确吸取0.00mL和1.00mL铁标准溶液于两个50mL比色管中，各加入1mL盐酸羟胺溶液摇匀，再分别加入5mL醋酸钠溶液、2mL邻二氮菲，用水稀释至刻度摇匀。放置10min，用1 cm比色皿，以试剂空白为参比，在波长410～560nm，每隔10nm测定一次吸光度，在最大波长附近（490～520nm），每隔5nm测定一次吸光度。以波长为横坐标，吸光度为纵坐标绘制吸收曲线图1，从吸收曲线上选择测定铁的适宜波长。一般选择最大吸收波长。

图1 不同波长条件下的吸光度

由图1可见，510nm为铁二价离子的最佳吸收波长。

1.3.2 溶液酸度的选择

取8个50 mL比色管，用吸量管分别准确加入1.00mL铁标准，1mL盐酸羟胺，摇匀。再加入2mL邻二氮菲，摇匀。用5mL吸量管分别加入1mol/L氢氧化钠0.0mL、0.2mL、0.5 mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL和3.0mL，用水稀释至刻度，摇匀。放置10min后，用1cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，在510nm波长下测定各溶液的吸光度，同时用pH计测量各溶液的pH值。以pH为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸光度与pH关系曲线图2。确定测定铁的适宜酸度。

图2 不同pH条件下的吸光度

由图2可见，pH在2.60～11.20范围内都有较平稳的吸光度值。结合实验具体情况，确定加入1mL 100g/L盐酸羟胺，5mL1mol/L醋酸钠于50mL比色管中，从而保证溶液的酸度范围。

1.3.3 显色剂用量的确定

在7个50 mL比色管中，分别准确加入1.00mL铁标准溶液，1mL盐酸羟胺，摇匀，再加入5mL醋酸钠溶液，最后分别加入0.2mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL和2.5mL邻二氮菲，摇匀。用水稀释至刻度，摇匀。放置10min后，用1cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，在510nm波长下测定各溶液的吸光度。以邻二氮菲的体积为横坐标，吸光度为纵坐标绘制曲线图3。

图3 不同显色剂用量的条件下的吸光度

由图3可见，1.5g/L邻二氮菲显色剂用量大于1.5mL时吸光度比较稳定且达到最大值，为了充分保证显色剂的用量且不浪费试剂，显色剂用量选择2.0mL。

1.3.4 显色时间的选择

用吸量管准确移取1.00mL铁标准溶液于50 mL比色管中，加入1mL盐酸羟胺，摇匀，再加入5mL醋酸钠溶液，最后加入2mL邻二氮菲，用水稀释至刻度，摇匀。立即用1cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，在波长510nm下测定各溶液的吸光度。然后依次测量放置 5min、10min、15min、20min、25min、30min、60min、120min后的吸光度。以时间为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸光度与显色时间的关系曲线图4，确定铁与邻二氮菲显色反应完全所需要的适宜时间。

图4 不同显色时间条件下的吸光度

由图4可见，10～30min范围内吸光度较为稳定且达到最大值，考虑实验效率问题，确定显色时间为10min。

1.4 铁含量的测定

1.4.1 标准曲线的绘制[3]

在6个50mL比色管中，用吸量管分别准确加入0.00mL、0.20mL、0.40mL、0.60mL、0.80mL、1.00mL铁标准溶液，各加入1mL盐酸羟胺溶液，摇匀，再分别加入5mL醋酸钠溶液，最后加入2mL邻二氮菲，用水稀释至刻度摇匀。放置10min后，用1cm比色皿，以试剂空白为参比，在所选择的波长下测定各溶液的吸光度，以铁的浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线图5。

图5 标准系列溶液浓度与吸光度之间的关系

由图5可见，回归系数R2=0.9986，线性方程为y=2.1436x+0.0078，满足线性要求。

1.4.2 水样的测定[4-7]

待测水样有自来水、蒸馏水，用铸铁锅烧过的自来水、蒸馏水共4种。用移液管称取各水样20mL于50mL比色管中，各加入1mL盐酸羟胺溶液，摇匀，再分别加入5mL醋酸钠溶液，最后加入2mL邻二氮菲，用水稀释至刻度摇匀。放置10min后，用1cm比色皿，以试剂空白为参比，在510nm波长下测定各溶液的吸光度。根据标准曲线计算各试液中铁的含量。每个样品平行3份。实验结果见表1。

由表1可以看出，蒸馏水中没有检测出铁离子，自来水中铁离子的含量为0.20μg/mL。经铸铁锅烧过的蒸馏水中铁离子的含量没能达到检出限，可以认定没有检出。经铸铁锅烧过的自来水中铁离子的含量为0.21μg/mL，和没烧之前含量差别不大。

表1 各待测水样吸光度值及二价铁离子含量

2 结果与讨论

2.1 方法检出限

方法检出限为某特定分析方法在给定的置信度内可从样品中检出待测物质的最小浓度或最小量。

在分光光度法测定铁的实验中，以蒸馏水为参比，调节仪器的零点，测试参比溶液即除了不加待测样品之外，其他所有试剂都与处理标准样品和待测样品一样按步骤添加。重复8次空白试验，将各测定结果换算为样品中的浓度或含量，计算n次平行测定的标准偏差，按公式（1）计算方法检出限：

式（2）中，MDL是方法检出限；n是样品的平行测定次数；t是自由度为n-1，置信度为95%时的t分布；s是n次空白试验最终测定结果的标准偏差。

其中，当自由度为n-1，置信度为95%时的t值可参考t分布表查得，部分值见表2。

表2 部分t值表（单侧）

具体实验数据见表3。

表3 空白试验精密度

由此可得：t=1.895，s=0.0024，MDL=0.0045。

2.2 方法精密度

精密度用标准偏差来表示，表示多次平行测量结果之间相互靠近的程度。由空白试验测得的吸光度值计算精密度得：s=0.0024。

2.3 分析方法的质量控制

本实验采用全程空白、平行样对分析过程进行质量控制，确保结果的可靠性。

2.4 结果分析

对表1给出的试样测定结果做F检验和t检验。蒸馏水和铸铁锅烧过的蒸馏水一组，自来水和铸铁锅烧过的自来水一组。考查两组对照数据之间的差异是否显著[8]。

对自来水和铸铁锅烧过的自来水实验测得的两组吸光度数据，结果见表4。

表4 自来水和铸铁锅烧过自来水的吸光度

进行处理得：

判断两种方法之间是否存在显著性差异（P=0.95）。

先用F检验法检验s自来水和s铸铁锅自之间是否存在显著性差异

查F表，f自来水=2，f铸铁锅自=2，P=0.95，查得F表=19.00。由于F计算＜F表，所以这两种方法的精密度无显著性差异，接下来进行t检验。

查t表，f=2，P=0.95，查得t表=4.30。由于t计算小于t表，所以这两种方法的测定结果无显著性差异。

对蒸馏水和铸铁锅烧过的蒸馏水实验测得的两组吸光度数据，见表5。

表5 蒸馏水和铸铁锅烧过的蒸馏水的吸光度

两组数据进行处理得：

判断两种方法之间是否存在显著性差异（P=0.95）。

先用F检验法检验s蒸馏水和s铸铁锅蒸之间是否存在显著性差异

查F表，f自来水=2，f铸铁锅自=2，P=0.95，查得F表=19.0。由于F计算＜F表，所以这两种方法的精密度无显著性差异，接下来进行t检验。

查t表，f=2，P=0.95，查得t表=4.30。由于t计算＜t表，所以这两种方法的测定结果无显著性差异。

3 结论

对于铸铁锅烧水能否溶出铁二价离子，在分光光度检测的条件下，没有检出铁二价离子，但随着灵敏度更高、检出限更低的分析仪器的深入开发及广泛应用，可以实现检测到含量更低的金属离子，并且用铸铁锅炒菜、烧水等日常生活细节中更有我们想不到的化学、物理、生化、生理等变化，期待着人们去发现奥秘。