催化茜素紅褪色動力學光度法測定痕量鐵

符美強，李艷霞，＊，李俐俐

（1.周口師范學院 化學化工學院，河南 周口466000；2.周口師范學院生命科學與農(nóng)學學院，河南周口466000）

鐵是自然界中分布最廣、用途最廣的金屬之一.鐵元素在地殼中的含量僅次于氧、硅和鋁，居第四位，約占地殼質(zhì)量的5.1%.對于人體，鐵是必需的微量元素，對機體的新陳代謝有重要的調(diào)節(jié)作用，鐵不足或鐵過量均能引起人體代謝過程的紊亂，引發(fā)各種疾病.因此，測定鐵的含量具有非常重要的意義.目前，測定鐵含量的方法已經(jīng)報道的有原子發(fā)射光譜法[1－3]、原子吸收光譜法[4－6]、顯色光度法[7－10]、電化學方法[11－13]和催化動力學法[14－17]等.本研究以鐵（Ⅲ）－溴酸鉀－茜素紅為反應體系，催化動力學方法測定微量鐵的方法未見報道.實驗發(fā)現(xiàn)，在稀HNO3介質(zhì)中，微量Fe（Ⅲ）對KBrO3氧化茜素紅褪色反應具有較強的催化作用，用光度計監(jiān)測420nm處空白及催化反應過程中茜素紅的吸光度值，利用空白與催化反應中茜素紅吸光度值之差與鐵（Ⅲ）濃度在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，建立了催化動力學光度法測定微量Fe（Ⅲ）的新方法.此方法靈敏度高、線性范圍寬、使用儀器簡單，用于實際水樣測定，結(jié)果滿意.

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

TU－1901紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）；S22PC可見分光光度計（上海棱光技術(shù)有限公司）；BS224S電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）；HH －S數(shù)顯恒溫水浴鍋（河南鞏義市英峪儀廠）.

Fe（Ⅲ）標準儲備溶液:稱取0.863 6g（NH4）Fe（SO4）2·12H2O于小燒杯中，加入 H2SO4（1∶1）10 mL，溶解后定量轉(zhuǎn)到1 000mL容量瓶內(nèi)，定容.配成Fe（Ⅲ）含量100.00μg/mL儲備液 ，使用時逐級稀釋成濃度分別為10.00μg/mL、1.00μg/mL的鐵標準液.

茜素紅溶液:1.00g/L；HNO3溶液:0.50mol/L；KBrO3溶液:0.10mol/L.

所用試劑均為分析純以上，用水為二次蒸餾水.

1.2 實驗方法

在兩支相同規(guī)格的25mL比色管中，分別依次加入2.80mL茜素紅溶液，1.00mL HNO3溶液，其中一只比色管中加入一定量的Fe（Ⅲ）標準溶液或被測液，另一支比色管中不加鐵（空白）.稀釋至12.50mL刻度線后，在兩只比色管中分別加入0.90mL KBrO3溶液，同時放入85.0℃水浴中，恒溫反應6.0min后取出，流水冷卻3.0min，定容到25.00mL刻度線.用10 mm比色皿，以水作參比，在光度計上測定420nm波長處空白體系吸光度A0和催化體系吸光度A，并計算

△A＝A0–A.

2 結(jié)果與討論

2.1 吸收光譜

依照1.2實驗方法，配制不同組分溶液，在TU－1901紫外可見分光光度計上掃描它們的吸收光譜，結(jié)果見圖1.

圖1 吸收光譜

由圖1知，曲線1、4幾乎重合，說明茜素紅與HNO3及Fe之間無反應；對比曲線1、2可知，在HNO3介質(zhì)中，KBrO3能氧化茜素紅使其緩慢褪色；比較曲線1、2、3可知，少量Fe的存在對KBrO3氧化茜素紅褪色具有強的催化作用.從整個圖形上看，各組分吸收光譜形狀一致，說明反應沒有生成新的絡合物，各曲線均在420nm處有最大吸收，故本實驗選擇420nm作為測量波長.

2.2 反應介質(zhì)及酸度的影響

按實驗方法，實驗了常見介質(zhì)對催化反應的影響.結(jié)果表明，在堿性和中性條件下，空白和催化反應都不進行.在酸性條件下，空白和催化反應均可進行.考查了在相同酸度條件下 HCl、H2SO4、HNO3、HAc等多種介質(zhì)中，F(xiàn)e（Ⅲ）對KBrO3氧化茜素紅褪色反應的催化作用.結(jié)果表明，在HNO3介質(zhì)中空白和催化反應的△A最大，催化作用最明顯，測定靈敏度最高，固選擇HNO3為反應介質(zhì).

HNO3介質(zhì)中，當HNO3的用量較少時，催化及空白反應速度都很慢，△A很小.隨著HNO3用量的增大，催化反應速度增加迅速，空白反應速度增加緩慢，△A值逐漸增加.當HNO3的用量達到1.00mL時，△A值達到最大.當其用量繼續(xù)增大時，因空白反應速度也開始迅速增加，△A值趨于減少.固本實驗選擇 HNO3用量為1.00mL.

2.3 溴酸鉀用量的影響

固定其他條件不變，只改變KBrO3溶液用量，考查其用量對△A值的影響.結(jié)果表明，KBrO3用量增大可加快空白和催化反應速度.在其用量小于0.90mL時，△A隨KBrO3用量增加而增大.當KBrO3溶液用量超過0.90mL時，空白反應速度增加明顯高于催化反應，△A值開始減少.故本實驗KBrO3用量選為0.90mL.

2.4 茜素紅用量的選擇

其他條件固定，改變茜素紅溶液用量進行實驗.實驗發(fā)現(xiàn)隨著茜素紅用量的增加，△A值逐漸增加，當茜素紅用量增大至2.80mL時，△A值達到最大.當其用量繼續(xù)增大時，△A值不再增大.故實驗選茜素紅溶液用量為2.80mL.

2.5 反應時間的影響

在其他條件不變，考查反應時間對△A值的影響.反應時間在0～6.0min內(nèi)，△A值隨反應時間增加逐漸增大.當反應時間達6.0min時，催化反應中的茜素紅已完全反應，△A值達到最大.為獲得較寬線性范圍和較高測定靈敏度，本實驗選擇反應時間為6.0min.

2.6 反應溫度的影響

只改變反應溫度，探究反應溫度對△A值的影響.結(jié)果表明溫度在65.0℃以下，催化和空白反應速度都很緩慢，△A值很小.隨著溫度升高，催化反應和空白反應速度均有加快，但催化反應速度增加迅速，明顯高于空白反應，△A值迅速增大.當溫度達到80.0℃時，空白反應增加速度加快，△A仍呈緩慢增大趨勢.當溫度升到85.0℃時，△A值達到最大.繼續(xù)升高反應溫度，△A值明顯變小.故選擇85.0℃為體系反應溫度.

2.7 穩(wěn)定性實驗

實驗表明，催化和空白反應在常溫下都很穩(wěn)定，吸光度值至少60.0min內(nèi)無變化.反應體系在85.0℃反應后，可用流水終止反應.

2.8 標準曲線與檢出限

在選定條件下，測定系列Fe（Ⅲ）標準溶液和空白反應后的A值，并計算△A，繪制標準曲線，其回歸方程為:

r＝0.998 7；濃度單位:μg/mL；方法線性范圍:0.008～2.00μg/mL.由標準曲線斜率和試劑空白標準偏差S＝0.001 2（n＝8），用3S/K求出本法檢出限為0.004 7μg/mL.進行25.00mL溶液中含15.00μg Fe（Ⅲ）的8次平行測定，相對標準偏差為2.60%.

2.9 干擾離子的影響

控制相對誤差在±5%范圍內(nèi)，按實驗方法對含15.00μg Fe（Ⅲ）的25.00mL試液進行干擾離子測定，存在量允許500倍的 Mg2＋、Ca2＋、Zn2＋、Na＋、K＋、Ni2＋、NH4＋、NO3－、Cl－、CO32－、SO42－、SiO32－、PO43－、尿素，200倍 Cu2＋、Hg2＋、Mn2＋、Co2＋，100倍的Pb2＋、Cr（Ⅵ），1倍的NO2－無干擾.

3 樣品分析

取水樣500.00mL，抽濾后加入1.00mg/mL尿素2.00mL，加熱蒸發(fā)至近干除去NO2－，冷卻后用250mL容量瓶定容至250.00mL.移取定容后溶液3.00mL，按實驗方法測定Fe（Ⅲ）含量，進行加標回收實驗，并與火焰原子吸光譜法測定值進行比較，結(jié)果見表1.

表1 樣品測定結(jié)果及回收率

本方法用于實際水樣含鐵量的測定，其結(jié)果相對標準偏差在2.10%～3.40%之間，加標回收率為97.5%～102.0% ，與國家標準方法火焰原子吸收法結(jié)果相比，無顯著性差異，說明此方法結(jié)果的精密度和準確度均較高，可用于實際樣品的測定.

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