阴离子表面活性剂增敏动力学光度法测定痕量铁(Ⅲ)

Posted 2023-01-13 溶液

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催化动力学光度法是痕量分析的一种有效方法，广泛用于各种痕量元素的测定[1，2]。近年来，随着研究工作深入，在某些催化反应体系中引入表面活性剂，方法的(Ⅲ)分析性能得到明显的提高或改善[3-5]。但以阴离子表面活性剂作增敏剂催化光度法测定痕量铁还未见文献报道。实验发现，铁(Ⅲ)对过氧化氢氧化孔雀绿褪色反应有催化作用，而体系中加入阴离子表面活性剂琥珀酸二异辛酯碳酸钠后，测定的灵敏度有明显提高。我们详细研究了该催化体系的反应条件以及共存物质的影响，建立了一种测定痕量铁的新方法。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂UV/Vis916型紫外可见分光光度计(澳大利亚，GBC公司)；723型分光光度计(上海第三分析仪器厂)；501型超级恒温水浴(重庆试验设备厂)。铁(Ⅲ)标准溶液：用硫酸高铁铵配制1.0g/L的贮备液，使用时稀释成1μg/mL；孔雀绿溶液(MG)：2.0×0.0001mol/L；H2O2溶液：10%；HCl溶液：1mol/L；琥珀酸二异辛酯碳酸钠溶液(AerosolOT)：1.0×0.01mol/L；EDTA溶液：1.0×0.001mol/L。所用试剂均为分析纯，水为二次蒸馏水。
1.2 实验方法于两支25mL比色管中加入3.0mL2.0×10-4mol/L孔雀绿溶液(MG)，1.0mL10%H2O2溶液，1.0mL1mol/LHCl溶液，1.6mL0.01mol/LAerosolOT溶液和适量铁标准溶液(条件实验加0.2μgFe3+)，用水定容至刻度，摇匀，置80℃水浴中恒温15min，然后滴加0.001mol/LEDTA溶液0.5mL，冰水浴冷却20min，用1cm比色皿，波长615nm处以水为参比，测催化和非催化反应体系的吸光度A和A0，计算△A=A0-A。
2 结果与讨论
2.1 吸收光谱按实验方法配制不同组分溶液，绘制吸收曲线，见图1。曲线1、2表明H2O2能使孔雀绿溶液褪色，比较曲线2、3表明铁(Ⅲ)有催化作用，曲线3、4表明AerosolOT有增敏作用，所有曲线在615nm处均有最大吸收。所以，本法选择615nm作为测定波长。
2.2 溶液酸度的影响试验了稀盐酸、磷酸、乙酸乙酸钠等多种介质，结果表明铁(Ⅲ)催化过氧化氢氧化孔雀绿这一指示反应，在1mol/LHCl溶液介质中最为强烈，其用量在0.8～1.2mL之间△A值最大重现性好。实验选用HCl溶液1mL控制体系的酸度。
2.3 表面活性剂的选择研究了溴化十六烷基吡啶、十二烷基磺酸钠、丙氨酸、甘氨酸、琥珀酸二异辛酯碳酸钠等对催化反应的影响，结果表明琥珀酸二异辛酯碳酸钠(AerosolOT)有增敏作用，增敏效果最佳。
2.4 试剂用量的影响按实验方法试验，结果表明当H2O2、MG和AerosolOT分别为0.8～1.2、2.6～3.4、1.4～1.8mL时，反应灵敏度高且重现性好。所以本法选择H2O2、MG和AerosolOT用量分别为1mL、3mL、1.6mL。
2.5 反应温度和褪色反应时间实验结果表明室温下本催化反应很慢，65℃以上催化反应速率明显加快，△A值也迅速增大，在80℃达到最大。温度进一步升高，非催化反应速率明显加快，△A值迅速变小。因此本法选择反应温度为80℃。80℃反应3～15min，△A值与反应时间t呈良好的线性关系。故本法选择加热时间为15min。2.6 终止反应与体系的稳定性由于室温下本催化反应很慢，可通过滴加EDTA溶液0.5mL，冰水浴冷却20min终止反应。10h内吸光度几乎不变，表明本催化体系具有很好稳定性。
2.7 动力学参数
2.7.1 反应级数与速率常数反应时间为3～15min时，△A与反应时间t呈线性关系，表明该催化反应为假零级反应，线性回归方程为：△A=-3.9×0.01t+0.014，速率常数为3.9×0.01s-1。
2.7.2 表观活化能根据70～80℃溶液吸光度随时间变化关系曲线，求出反应速率常数k，用-lnk对1/T作图得直线方程，求得表观活化能Ea=27.14kJ.mol-1。
2.8 工作曲线及检出限分别取不同量的铁标准溶液进行实验，铁含量在0～68μg/L范围内与△A值呈良好的线性关系，工作曲线回归方程为：△A=0.0425c(μg/L)+3.11×0.01，相关系数0.9996。用三倍的空白标准偏差除以回归方程的斜率(CL=3Sr/K)求得本法检出限为2.82×10-8g/L。
2.9 共存离子的影响当25mL溶液中含0.4μgFe(Ⅲ)，测定相对误差≤±5%时，各共存离子的允许倍量为：K+、Na+、Ca2+、Li+、NO-3、Mg2+(1000)；Ba2+、Br-、Zn2+、Pb2+、CO2-3、SO2-4、PO3-4(500)；Cd2+、Co2+、W(Ⅵ)(300)；Bi3+、Sn2+、Cr3+(100)；Ag+、Ce3+、Hg2+(50)；Cr3+、V(Ⅴ)(20)；Mn2+、Ni2+、Cu2+(10)。常见离子都有较高的允许量，说明本法具有较高的选择性。
3 样品分析
3.1 水样取河水和自来水各25mL，加入10mL浓硫酸，加热蒸发至干，加水溶液定容至50mL。
3.2 人发样品称人发0.5000g，于5mLHNO3中浸泡过夜，加0.5mLHClO4，缓缓加热至冒白烟。冷却后用水冲洗并转移至容量瓶，用0.2mol/L的HCl定容。分别取经过处理后的溶液，稀释10倍后，按实验方法进行测定，分析结果见表1。