物理化学实验：邻二氮菲分光光度法测定铁含量

1、邻二氮菲分光光度法测定铁含量 1. 通过本实验了解分光光度法的基本原理和基本方法。通过本实验了解分光光度法的基本原理和基本方法。 2. 掌握邻二氮菲吸光光度法测定铁的方法。掌握邻二氮菲吸光光度法测定铁的方法。 3. 学习吸光光度法测定铁吸收曲线和标准曲线的绘制方法。学习吸光光度法测定铁吸收曲线和标准曲线的绘制方法。 4. 了解分光光度计的构造、性能及使用方法。了解分光光度计的构造、性能及使用方法。 实验目的实验目的 分光光度法分光光度法(spectrophotometry): 根据物质的分子根据物质的分子对光的对光的 选择性吸收选择性吸收而建立起来的分析方法，是应用分光光度计测量而建立起来的分

2、析方法，是应用分光光度计测量 溶液在溶液在某一波长下某一波长下的吸光度以确定溶液中被测物质含量的分的吸光度以确定溶液中被测物质含量的分 析方法。析方法。 一、分光光度法一、分光光度法 根据所用光源波长的不同，分光光度法可分为：根据所用光源波长的不同，分光光度法可分为：可见分可见分 光光度法（光光度法（380-760 nm）、紫外分光光度法（、紫外分光光度法（200-380 nm） 和红外分光光度法（和红外分光光度法（780-300000 nm）。）。 一、分光光度法一、分光光度法 当光照射到某物质或某溶液时，组成物质的分子、原子或离子与光当光照射到某物质或某溶液时，组成物质的分子、原子或离子与

3、光 子发生子发生“碰撞碰撞”，由于分子、原子或离子的能级是量子化的，不连续的，由于分子、原子或离子的能级是量子化的，不连续的， 只有只有光子的能量光子的能量(h)与被照射物质粒子的基态和激发态能量之差与被照射物质粒子的基态和激发态能量之差(E) 相相 等时，才能被吸收。等时，才能被吸收。物质对光的吸收。物质对光的吸收。 物物质对质对光光选择选择性吸收性吸收 M(基态基态) + h M*(激发态激发态) 不同物质的基态和激发态的能量差不同，选择吸收光子不同物质的基态和激发态的能量差不同，选择吸收光子 的能量也不同，及吸收的波长就不同。的能量也不同，及吸收的波长就不同。 S0E0 S1E1 S2E

4、2h = E2-E0 一、分光光度法一、分光光度法 透光率（透光率（TransmittanceTransmittance） I0It Ia I0 = Ia + It 透光率透光率 t 0 I T I 入射光入射光透射光透射光 T的取值范围：的取值范围：0.0%100.0% 全部吸收：全部吸收：0.0% 全部透射：全部透射：100% 结论：结论：溶液的透溶液的透 光率越大，表示光率越大，表示 它对光的吸收越它对光的吸收越 小；反之，透光小；反之，透光 度越小，对光吸度越小，对光吸 收越大。收越大。 一、分光光度法一、分光光度法 吸光度吸光度 0 t lglg I AT I 吸光度（吸光度（Abs

5、orbanceAbsorbance） 实验证明：实验证明：溶液吸光度，与溶液浓度、液层溶液吸光度，与溶液浓度、液层 厚度和入射光波长等因素有关。厚度和入射光波长等因素有关。 I0It Ia 入射光入射光透射光透射光 一、分光光度法一、分光光度法 物物质质的吸收光的吸收光谱谱 n同一种物质对不同波长的光的吸同一种物质对不同波长的光的吸 收程度不同，收程度不同，吸光度最大的处对吸光度最大的处对 应的波长为最大吸收波长应的波长为最大吸收波长max。 n不同浓度的同一物质，其吸收曲不同浓度的同一物质，其吸收曲 线性质相似线性质相似max不变。而对于不同不变。而对于不同 物质它们的吸收曲线形状和物质它们

6、的吸收曲线形状和max不不 同。同。 n吸收曲线可以提供物质结构信息，吸收曲线可以提供物质结构信息， 作为物质作为物质定性分析定性分析的依据。的依据。 以波长以波长为横坐标，吸光度为横坐标，吸光度A为纵坐为纵坐 标作图，可得吸收光谱标作图，可得吸收光谱(吸收曲线吸收曲线) 一、分光光度法一、分光光度法 n不同浓度的同一物质，在某一波不同浓度的同一物质，在某一波 长下吸光度长下吸光度A有差异，在有差异，在max处吸处吸 光度光度A差异最大。差异最大。浓度越大，吸光浓度越大，吸光 度越大，此特性可以作为物质的度越大，此特性可以作为物质的 定量分析定量分析的依据。的依据。 n在在max处吸光度随浓度

7、变化的幅处吸光度随浓度变化的幅 度最大，所以测定最度最大，所以测定最灵敏灵敏。吸收。吸收 曲线是定量分析中选择入射光波曲线是定量分析中选择入射光波 长的重要依据。长的重要依据。 一、分光光度法一、分光光度法 二、 Lambert-Beer定律 l 根据根据Lambert-Beer定律数学表达式：定律数学表达式： A = bc b液层厚度（光程长度，液层厚度（光程长度，cm） c是溶液的物质的量浓度是溶液的物质的量浓度 是是摩尔吸光系数（单位为摩尔吸光系数（单位为Lmol-1cm-1），与入射光波，与入射光波 长及物质本性有关长及物质本性有关 l 若溶液组成量度以质量浓度若溶液组成量度以质量浓度

8、(gL-1)表示，表示， 数学表达式还可以表示为：数学表达式还可以表示为：A =abc，式中，式中a为为吸光系数吸光系数 （单位为（单位为Lg-1cm-1）。 二、 Lambert-Beer定律 在分光光度法中，当条件一定时，在分光光度法中，当条件一定时，吸光系数（吸光系数（ 、a ）均为常数）均为常数，此时溶液的，此时溶液的 吸光度（吸光度（A）与有色物质的浓度成正比。）与有色物质的浓度成正比。 Aabc 标标 Aabc 未未 同一实验中所使用的比色杯厚度同一实验中所使用的比色杯厚度b相等，相同的被测物，其相等，相同的被测物，其a 亦相同，将两式相除得：亦相同，将两式相除得： Ac Ac 标

9、标 未未 A cc A 未 未标 标 三、三、 比较法求未知品浓度比较法求未知品浓度 A标 标 = abc标标 Y = k X A标 标(Y) c标 标(X) A未 未 c未 未 四、标准曲线法求未知品浓度四、标准曲线法求未知品浓度 五、分光光度计使用方法五、分光光度计使用方法 五、分光光度计使用方法五、分光光度计使用方法 1.722s可见分光光度计预热可见分光光度计预热20分钟以上。分钟以上。（接通电源（接通电源-左侧左侧 面长方形按钮为开关，开启进行预热）面长方形按钮为开关，开启进行预热） 2.机器调零：开盖调零模式，机器调零：开盖调零模式，按以下步骤操作：按以下步骤操作： 将样品池盖子打

10、开将样品池盖子打开-（面板上）（面板上）“模式模式”按键调到按键调到透射比透射比- “0%”按键（透射率为零）按键（透射率为零）,调零工作结束。调零工作结束。 如果没有进行测试，样品池盖子一定处于开盖状态！如果没有进行测试，样品池盖子一定处于开盖状态！ 五、分光光度计使用方法 3.测试样品步骤测试样品步骤：（整个过程样品池盖关闭）：（整个过程样品池盖关闭） 空白样品调零：空白样品调零：1号溶液为空白样品（号溶液为空白样品（1号溶液透光率为号溶液透光率为10 0%），利用拉杆（），利用拉杆（轻轻调节拉杆即可轻轻调节拉杆即可）使光路对准空白）使光路对准空白 样品进行调零，样品进行调零， “模式模式

11、”按键调到按键调到透射比透射比-“100%”按键按键 （光全部通过（光全部通过1号溶液，相当于将背景吸光度扣除掉）号溶液，相当于将背景吸光度扣除掉） 注意：注意：只要波长只要波长有变动，就要进行有变动，就要进行1号空白样品调零操作号空白样品调零操作 调零结束后，调零结束后，进入吸光度模式进入吸光度模式，就可以将样品调到与光路就可以将样品调到与光路 对应位置进行吸光度测试。读取吸光度数值、记录。对应位置进行吸光度测试。读取吸光度数值、记录。 注意：一定要耐心等待约注意：一定要耐心等待约1分钟左右，读数稳定后才可按分钟左右，读数稳定后才可按 动按键进行动按键进行0%或或100%调节操作！调节操作！

12、 五、分光光度计使用方法 邻二氮菲（邻菲罗啉）是目前分光光度法测定铁含量的较好试邻二氮菲（邻菲罗啉）是目前分光光度法测定铁含量的较好试 剂，在剂，在pH=39的溶液中，试剂与的溶液中，试剂与Fe2+生成稳定的生成稳定的橙红色配合物橙红色配合物 该显色反应中铁必须是亚铁状态，因此，在显色前要加入还原该显色反应中铁必须是亚铁状态，因此，在显色前要加入还原 剂，如盐酸羟胺，反应如下：剂，如盐酸羟胺，反应如下： 2 Fe3+ + 2NH2OHHCl + 2H2O = 2 Fe2+ + N2 + 4 H3O+ + 2Cl- N N Fe2+ + 3 N N Fe 3 2+ 六、显色剂六、显色剂 表表5-

13、1 5-1 标准溶液和待测溶液配制标准溶液和待测溶液配制 实验实验序号号1（空白）234567 标标准Fe2+溶液/mL00.200.400.600.801.0010.00（水样样） 盐盐酸羟胺羟胺/mL0.500.500.500.500.500.500.50 邻邻二氮氮菲/mL1.001.001.001.001.001.001.00 醋酸钠钠溶液/mL2.502.502.502.502.502.502.50 V总 总（稀释 释）/mL25.0025.0025.0025.0025.0025.0025.00 c稀释 释（Fe2+）/ mmolL-1 表表5-2 5-2 吸收光谱的测定吸收光谱的测

14、定 /nm450460470480490500510520530540550560 A max/nm 找到具有最大吸光度的波长后，找到具有最大吸光度的波长后， 可在其左右可在其左右5nm处，再测一下。处，再测一下。 七、实验步骤七、实验步骤 选择最大吸收光波长选择最大吸收光波长max为入射光波长为入射光波长，以，以试剂空白作为试剂空白作为 参比溶液参比溶液，测出所配系列标准溶液的吸光度：，测出所配系列标准溶液的吸光度： 表表5-3 5-3 标准溶液和待测溶液的吸光度数据记录标准溶液和待测溶液的吸光度数据记录 容量瓶编号瓶编号1（空白）234567（水样样） c稀释 释（Fe2+）/ mmo l

15、L-1 0.00？ 吸光度A0.00 根据标标准曲 线读线读出浓浓度数数 值值 七、实验步骤七、实验步骤 （1）绘制吸收光谱并确定）绘制吸收光谱并确定max：根据表：根据表5-2所记录的数据，所记录的数据， 以波长为横坐标，吸光度为纵坐标在坐标纸上绘制吸收光以波长为横坐标，吸光度为纵坐标在坐标纸上绘制吸收光 谱，从而找出测量用的最大吸收波长谱，从而找出测量用的最大吸收波长max。 吸收光谱：（附图）吸收光谱：（附图） （2）绘制标准曲线：根据表）绘制标准曲线：根据表5-1所记录的数据，以标准所记录的数据，以标准Fe2+ 离子的浓度（离子的浓度（molL-1）为横坐标，吸光度（）为横坐标，吸光度（A）为纵坐标）为纵坐标 绘制浓度对吸光度的标准曲线。绘制浓度对吸光度的标准曲线。 标准曲线：（附图）标准曲线：（附图） 七、数据记录与结果分析七、数据记录与结果分析 （3）待测溶液中）待测溶液中Fe3+（或（或Fe2+）离子浓度的确定：根据所测）离子浓度的确定：根据所测 的待测溶液的吸光度，利用比较法和标准曲线法分别计算出的待测溶液的吸光度，利用比较法和标准曲线法分别计算出 原未知溶液原未知溶液Fe3+（或（或Fe2+）浓度