鑄鐵鍋燒水水中鐵離子檢測(cè)方法研究

馬成有，陸繼龍，賈丹，田微，來(lái)雅文，趙玉巖，湯肖丹，郝立波，趙新運(yùn)＊

1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130026；2.吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院，吉林長(zhǎng)春 130026；3.吉林水利電力職業(yè)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130000

日常家庭生活中離不開(kāi)鍋，鑄鐵鍋中的鐵能否溶出于水中呢？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，做了以下實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

在一定的pH條件下，F(xiàn)e2+和顯色劑鄰二氮菲反應(yīng)生成橘紅色配合物，反應(yīng)式如下：

配合物對(duì)不同波長(zhǎng)的光有一定的吸收。

1.2 主要試劑與儀器

鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置：稱取0.7022g分析純（NH4）2SO4FeSO4·6H2O于250mL燒杯中，加入50mL 6mol/L HCl溶液使之溶解后，轉(zhuǎn)移入1000mL容量瓶中，用純水定容，搖勻，得到100μg/mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，將其稀釋10倍即得10μg/mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.5g/L鄰二氮菲、100g/L鹽酸羥胺、1mol/L醋酸鈉、1mol/L氫氧化鈉、6mol/L鹽酸。

UV-5800（PC）型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海元析儀器有限公司）、比色管、稱液管、吸量管。

1.3 條件實(shí)驗(yàn)[1]

1.3.1 最佳吸收波長(zhǎng)的選擇

用吸量管準(zhǔn)確吸取0.00mL和1.00mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液于兩個(gè)50mL比色管中，各加入1mL鹽酸羥胺溶液搖勻，再分別加入5mL醋酸鈉溶液、2mL鄰二氮菲，用水稀釋至刻度搖勻。放置10min，用1 cm比色皿，以試劑空白為參比，在波長(zhǎng)410～560nm，每隔10nm測(cè)定一次吸光度，在最大波長(zhǎng)附近（490～520nm），每隔5nm測(cè)定一次吸光度。以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制吸收曲線圖1，從吸收曲線上選擇測(cè)定鐵的適宜波長(zhǎng)。一般選擇最大吸收波長(zhǎng)。

圖1 不同波長(zhǎng)條件下的吸光度

由圖1可見(jiàn)，510nm為鐵二價(jià)離子的最佳吸收波長(zhǎng)。

1.3.2 溶液酸度的選擇

取8個(gè)50 mL比色管，用吸量管分別準(zhǔn)確加入1.00mL鐵標(biāo)準(zhǔn)，1mL鹽酸羥胺，搖勻。再加入2mL鄰二氮菲，搖勻。用5mL吸量管分別加入1mol/L氫氧化鈉0.0mL、0.2mL、0.5 mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL和3.0mL，用水稀釋至刻度，搖勻。放置10min后，用1cm比色皿，以蒸餾水為參比溶液，在510nm波長(zhǎng)下測(cè)定各溶液的吸光度，同時(shí)用pH計(jì)測(cè)量各溶液的pH值。以pH為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制吸光度與pH關(guān)系曲線圖2。確定測(cè)定鐵的適宜酸度。

圖2 不同pH條件下的吸光度

由圖2可見(jiàn)，pH在2.60～11.20范圍內(nèi)都有較平穩(wěn)的吸光度值。結(jié)合實(shí)驗(yàn)具體情況，確定加入1mL 100g/L鹽酸羥胺，5mL1mol/L醋酸鈉于50mL比色管中，從而保證溶液的酸度范圍。

1.3.3 顯色劑用量的確定

在7個(gè)50 mL比色管中，分別準(zhǔn)確加入1.00mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，1mL鹽酸羥胺，搖勻，再加入5mL醋酸鈉溶液，最后分別加入0.2mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL和2.5mL鄰二氮菲，搖勻。用水稀釋至刻度，搖勻。放置10min后，用1cm比色皿，以蒸餾水為參比溶液，在510nm波長(zhǎng)下測(cè)定各溶液的吸光度。以鄰二氮菲的體積為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制曲線圖3。

圖3 不同顯色劑用量的條件下的吸光度

由圖3可見(jiàn)，1.5g/L鄰二氮菲顯色劑用量大于1.5mL時(shí)吸光度比較穩(wěn)定且達(dá)到最大值，為了充分保證顯色劑的用量且不浪費(fèi)試劑，顯色劑用量選擇2.0mL。

1.3.4 顯色時(shí)間的選擇

用吸量管準(zhǔn)確移取1.00mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液于50 mL比色管中，加入1mL鹽酸羥胺，搖勻，再加入5mL醋酸鈉溶液，最后加入2mL鄰二氮菲，用水稀釋至刻度，搖勻。立即用1cm比色皿，以蒸餾水為參比溶液，在波長(zhǎng)510nm下測(cè)定各溶液的吸光度。然后依次測(cè)量放置 5min、10min、15min、20min、25min、30min、60min、120min后的吸光度。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制吸光度與顯色時(shí)間的關(guān)系曲線圖4，確定鐵與鄰二氮菲顯色反應(yīng)完全所需要的適宜時(shí)間。

圖4 不同顯色時(shí)間條件下的吸光度

由圖4可見(jiàn)，10～30min范圍內(nèi)吸光度較為穩(wěn)定且達(dá)到最大值，考慮實(shí)驗(yàn)效率問(wèn)題，確定顯色時(shí)間為10min。

1.4 鐵含量的測(cè)定

1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[3]

在6個(gè)50mL比色管中，用吸量管分別準(zhǔn)確加入0.00mL、0.20mL、0.40mL、0.60mL、0.80mL、1.00mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，各加入1mL鹽酸羥胺溶液，搖勻，再分別加入5mL醋酸鈉溶液，最后加入2mL鄰二氮菲，用水稀釋至刻度搖勻。放置10min后，用1cm比色皿，以試劑空白為參比，在所選擇的波長(zhǎng)下測(cè)定各溶液的吸光度，以鐵的濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線圖5。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度與吸光度之間的關(guān)系

由圖5可見(jiàn)，回歸系數(shù)R2=0.9986，線性方程為y=2.1436x+0.0078，滿足線性要求。

1.4.2 水樣的測(cè)定[4-7]

待測(cè)水樣有自來(lái)水、蒸餾水，用鑄鐵鍋燒過(guò)的自來(lái)水、蒸餾水共4種。用移液管稱取各水樣20mL于50mL比色管中，各加入1mL鹽酸羥胺溶液，搖勻，再分別加入5mL醋酸鈉溶液，最后加入2mL鄰二氮菲，用水稀釋至刻度搖勻。放置10min后，用1cm比色皿，以試劑空白為參比，在510nm波長(zhǎng)下測(cè)定各溶液的吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算各試液中鐵的含量。每個(gè)樣品平行3份。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可以看出，蒸餾水中沒(méi)有檢測(cè)出鐵離子，自來(lái)水中鐵離子的含量為0.20μg/mL。經(jīng)鑄鐵鍋燒過(guò)的蒸餾水中鐵離子的含量沒(méi)能達(dá)到檢出限，可以認(rèn)定沒(méi)有檢出。經(jīng)鑄鐵鍋燒過(guò)的自來(lái)水中鐵離子的含量為0.21μg/mL，和沒(méi)燒之前含量差別不大。

表1 各待測(cè)水樣吸光度值及二價(jià)鐵離子含量

2 結(jié)果與討論

2.1 方法檢出限

方法檢出限為某特定分析方法在給定的置信度內(nèi)可從樣品中檢出待測(cè)物質(zhì)的最小濃度或最小量。

在分光光度法測(cè)定鐵的實(shí)驗(yàn)中，以蒸餾水為參比，調(diào)節(jié)儀器的零點(diǎn)，測(cè)試參比溶液即除了不加待測(cè)樣品之外，其他所有試劑都與處理標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測(cè)樣品一樣按步驟添加。重復(fù)8次空白試驗(yàn)，將各測(cè)定結(jié)果換算為樣品中的濃度或含量，計(jì)算n次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按公式（1）計(jì)算方法檢出限：

式（2）中，MDL是方法檢出限；n是樣品的平行測(cè)定次數(shù)；t是自由度為n-1，置信度為95%時(shí)的t分布；s是n次空白試驗(yàn)最終測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

其中，當(dāng)自由度為n-1，置信度為95%時(shí)的t值可參考t分布表查得，部分值見(jiàn)表2。

表2 部分t值表（單側(cè)）

具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 空白試驗(yàn)精密度

由此可得：t=1.895，s=0.0024，MDL=0.0045。

2.2 方法精密度

精密度用標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表示，表示多次平行測(cè)量結(jié)果之間相互靠近的程度。由空白試驗(yàn)測(cè)得的吸光度值計(jì)算精密度得：s=0.0024。

2.3 分析方法的質(zhì)量控制

本實(shí)驗(yàn)采用全程空白、平行樣對(duì)分析過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制，確保結(jié)果的可靠性。

2.4 結(jié)果分析

對(duì)表1給出的試樣測(cè)定結(jié)果做F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)。蒸餾水和鑄鐵鍋燒過(guò)的蒸餾水一組，自來(lái)水和鑄鐵鍋燒過(guò)的自來(lái)水一組?？疾閮山M對(duì)照數(shù)據(jù)之間的差異是否顯著[8]。

對(duì)自來(lái)水和鑄鐵鍋燒過(guò)的自來(lái)水實(shí)驗(yàn)測(cè)得的兩組吸光度數(shù)據(jù)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 自來(lái)水和鑄鐵鍋燒過(guò)自來(lái)水的吸光度

進(jìn)行處理得：

判斷兩種方法之間是否存在顯著性差異（P=0.95）。

先用F檢驗(yàn)法檢驗(yàn)s自來(lái)水和s鑄鐵鍋?zhàn)灾g是否存在顯著性差異

查F表，f自來(lái)水=2，f鑄鐵鍋?zhàn)?2，P=0.95，查得F表=19.00。由于F計(jì)算＜F表，所以這兩種方法的精密度無(wú)顯著性差異，接下來(lái)進(jìn)行t檢驗(yàn)。

查t表，f=2，P=0.95，查得t表=4.30。由于t計(jì)算小于t表，所以這兩種方法的測(cè)定結(jié)果無(wú)顯著性差異。

對(duì)蒸餾水和鑄鐵鍋燒過(guò)的蒸餾水實(shí)驗(yàn)測(cè)得的兩組吸光度數(shù)據(jù)，見(jiàn)表5。

表5 蒸餾水和鑄鐵鍋燒過(guò)的蒸餾水的吸光度

兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得：

判斷兩種方法之間是否存在顯著性差異（P=0.95）。

先用F檢驗(yàn)法檢驗(yàn)s蒸餾水和s鑄鐵鍋蒸之間是否存在顯著性差異

查F表，f自來(lái)水=2，f鑄鐵鍋?zhàn)?2，P=0.95，查得F表=19.0。由于F計(jì)算＜F表，所以這兩種方法的精密度無(wú)顯著性差異，接下來(lái)進(jìn)行t檢驗(yàn)。

查t表，f=2，P=0.95，查得t表=4.30。由于t計(jì)算＜t表，所以這兩種方法的測(cè)定結(jié)果無(wú)顯著性差異。

3 結(jié)論

對(duì)于鑄鐵鍋燒水能否溶出鐵二價(jià)離子，在分光光度檢測(cè)的條件下，沒(méi)有檢出鐵二價(jià)離子，但隨著靈敏度更高、檢出限更低的分析儀器的深入開(kāi)發(fā)及廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)到含量更低的金屬離子，并且用鑄鐵鍋炒菜、燒水等日常生活細(xì)節(jié)中更有我們想不到的化學(xué)、物理、生化、生理等變化，期待著人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)奧秘。