磺基水杨酸分光光度法测定铁的质量控制

张 兰 陈俊贤

(洋浦高级技工学校,海南 洋浦 578101)

测定未知样中铁含量的方法有很多,常用的有滴定法和分光光度法。对于含铁量不太高的未知样,用磺基水杨酸作显色剂进行分光光度法测定是一种准确可靠而又简便快捷的分析方法[1]。该方法在工业上有着广泛的应用,因此,也成为了各职业院校化学分析检验实训课中的重点训练项目。近年来,在各级职业院校技能竞赛中也出现了“磺基水杨酸分光光度法测定铁”的赛题。作者在对海南省职业院校技能大赛(化学实验室技术)的赛后分析和多次试验的基础上,确定了显色剂用量、铁标准溶液浓度、溶液酸碱度、最大吸收波长等参数,铁离子浓度与溶液显色后的吸光度呈线性关系,相关系数R2=0.999 997 37,以标准物质溶液作为待测样品,测量所得的溶液浓度与其真实值对比,验证方法的精确度,结果令人满意。

1 方法原理

磺基水杨酸是分光光度法测定铁的有机显色剂之一。磺基水杨酸与Fe3+可以形成稳定的配合物,因溶液pH的不同,所形成的配合物的组成也不同。在pH为9～11.5的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液中,Fe3+与磺基水杨酸反应生成稳定的三磺基水杨酸铁黄色配合物[2],颜色深浅与铁含量呈正比关系,符合朗伯比尔定律。因此,可根据已知浓度系列Fe3+标准溶液的吸光度绘制出的标准曲线,在最大波长处测定未知Fe3+溶液吸光度,从而从标准曲线上查出未知试样的铁含量。

2 实验

2.1 仪器

UV-1800PC-DS2紫外-可见分光光度计。

2.2 试剂的配制

2.2.1 铁标准工作储备溶液配制

称取(12.05±0.005)g硫酸高铁铵高纯试剂,精确至0.000 1 g,加适量纯净水溶解,定量转移至500 mL 容量瓶中,加10 mL硫酸溶液(1∶1),稀释至刻度,摇匀。经计算得铁标准原始溶液的浓度为2.792 g·L-1。

因朗伯比尔定律是一个有限的定律,只适用于浓度小于0.01 mol·L-1的稀溶液[3],因此需要对上述配制的铁标准原始溶液进行稀释。

具体方法是:用移液管吸取6 mL浓度为2.792 g·L-1铁标准原始溶液,定量转移至250 mL容量瓶内并稀释。根据质量守恒定律,计算出铁标准工作储备溶液的浓度为67.01 μg·mL-1。

2.2.2 铁标准系列工作溶液配制

在7个100 mL容量瓶中,用移液管分别加入0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL浓度为67.01 μg·L-1的铁标准工作储备溶液, 再各加2 mL 2%磺基水杨酸溶液, 后滴加pH=9～11.5的NH3·H2O-NH4Cl 缓冲溶液,直到溶液变成黄色,定容,摇匀后静置5 min。各标准工作溶液实际浓度如表1所示。

表1 铁标准系列工作溶液配制数据

2.2.3 铁样品溶液的配制

称取(0.4±0.001)g硫酸高铁铵高纯试剂,精确至0.000 1 g,加适量纯净水溶解,定量转移至500 mL容量瓶中,加10 mL硫酸溶液(1∶1),稀释至刻度,摇匀。经计算得铁样品溶液的浓度为90.02 μg·mL-1,即待测样品真实值为90.02 μg·mL-1。

移取铁样品溶液2 mL定量转移至100 mL容量瓶中(稀释50倍),再各加2 mL 2%磺基水杨酸溶液, 后滴加pH=9～11.5的NH3·H2O-NH4Cl 缓冲溶液,直到溶液变成黄色,稀释至刻度定容,摇匀后静置5 min。

2.3 仪器分析

2.3.1 仪器检查

检查分光光度计并预热20 min以上;进行比色皿配套性检验。

2.3.2 确定最大吸收波长

磺基水杨酸铁配合物在碱性溶液中的最大吸收波长经验值为420 nm[4],据此,用1 cm吸收池,以试剂空白作参比,从波长390～450 nm,每隔10 nm测定一次吸光度。再以波长为横坐标,以吸光度为纵坐标,绘制吸收光谱曲线,得到最大吸收波长为424 nm。

2.3.3 绘制工作曲线

于最大吸收波长424 nm处,测出铁系列标准工作溶液的吸光度。以吸光度为纵坐标、铁浓度为横坐标, 绘制工作曲线,如图1所示。

图1 铁的标准工作曲线

2.3.4 铁样品溶液浓度的测定

同等条件下,测出铁样品溶液的吸光度。根据铁样品溶液吸光度,从工作曲线中查出其对应的浓度,见表2。为消除偶然误差,做平行试验3次。

表2 铁样品溶液浓度测定结果

通过对3次平行试验数据分析得出,实验所得铁样品溶液的平均浓度为90.21 μg·mL-1,与真值90.02 μg·mL-1之间的相对误差为0.2%。

3 过程控制

3.1 溶液酸度

Fe3+离子与磺基水杨酸在不同酸度下,可能生成1∶1、1∶2和1∶3 3种颜色不同的配合物,故测定时应控制溶液pH 9～11.5。

3.2 试剂用量

配制铁标准溶液时铁离子必须准确加入,过量的磺基水杨酸和氨水对溶液的吸光度影响不是很大,不必严格准确加入。

3.3 参比溶液

使用试剂空白作参比溶液可以消除溶液中其他有色物质的影响,所得工作曲线通过原点。

3.4 吸光度曲线

配制铁标准系列工作溶液时应考虑标准曲线系列点分布合理;吸光度在合理范围内;铁样品溶液的吸光度在工作曲线范围内,标准工作曲线线性较好。

4 结论

磺基水杨酸分光光度法用于测定样品中铁含量的定量分析,快速、简便,且分析结果准确度和精密度较好。最佳实验条件是:最大吸收波长为424 nm,过量的磺基水杨酸和氨水对溶液的吸光度影响不是很大,在最佳条件下,相对误差为0.2%,标准曲线的线性R2可达0.999 997 37,结果令人满意。