分光光度法測生活用水中銅離子濃度的研究.doc

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畢 業(yè) 設 計 說 明 書 設計題目： 分光光度法測生活用水中銅的研究 班 級： 學生姓名： 指導教師： 完成日期： 2012 年 6 月 10 日 畢 業(yè) 答 辯 成 績 畢 業(yè) 答 辯 評 語 成績 答辯組組長 2012年 月 日 畢業(yè)設計總評成績 系主任： 2012年 月 日 畢 業(yè) 設 計 評 閱 指 導 教 師 評 語 成績： 指導教師： 2012年 月 日 評 閱 人 評 語 評 閱 人 2012年 月 日 化工系畢業(yè)設計（論文）任務書 一、題目： 分光光度法測生活用水中銅離子濃度的研究 設計學生姓名 常青 二、題目說明： 本次題應達到的基本要求（包括原始數(shù)據(jù)、計算、圖表） 1.學會722S型分光光度計的使用方法、原理，了解此儀器的性能。 2.掌握生活用水中銅的測定方法。 3.要求準確記錄原始數(shù)據(jù)、圖表規(guī)劃合理、齊全，計算結果準確。 4.準確配制各類標準溶液、準確繪制標準曲線、正確記錄數(shù)據(jù)、并處理數(shù)據(jù)。 5.寫出條理清晰的完整論文。 三、題目進度安排（步驟、程序、時間） 1、第2-3周：查閱文獻資料，了解研究內容、原理、方法。 2、第4-5周：熟悉實驗室、實驗方法；準備儀器、藥品，配制溶液，達到實驗基本要求。 3、第6-8周：根據(jù)單一變量的原則對最佳工藝條件(最大吸收波長、顯色時間、PH值、顯色劑用量)進行優(yōu)化。 4、第 9 周：繪制標準曲線。 5、第10-11周：做加標試驗。 6、第12周：分析水樣。 7、第13-14周：檢測干擾離子對實驗的影響 8、第15-17周：撰寫論文，準備答辯。 交出任務日期： 2012 年 3 月 21 日；完成日期 6 月 10 日 學生交出全部設計（論文）期限 2012 年 6 月 10 日 指導教師 學生簽名 分光光度法測生活用水中銅離子濃度的研究 摘 要 本實驗采用分光光度法對生活用水中銅離子測定進行研究。實驗首先對影響銅離子含量測定的因素，如波長、時間、PH值和銅試劑用量等采用單一變量法逐一進行優(yōu)化，選出最佳測定條件；在最佳條件下，繪制出銅離子標準曲線；再將自來水樣進行酸化處理，通過測量其吸光度，從而得到其銅離子準確含量。實驗結果表明：分光光度法測銅的最佳條件為最大吸收波長450nm、最佳顯色時間1min、最佳pH值9、最佳銅試劑用量為3.00mL；最佳條件下，銅離子濃度在0.06~3.20μg/mL時，銅離子濃度與吸光度值之間符合朗伯-比爾定律，具有良好的線性關系，其線性相關系數(shù)r為0.9894，加標實驗回收率為97.89%。 關鍵詞：分光光度法 銅離子 銅試劑 生活用水 SPECTROPHOTOMETRY OF COPPER ION CONCENTRATION IN WATERRESEARCH ABSTRACT This experiment used spectrophotometric method for determination of copper in water ion. The experiment of copper ions first influence content determinatio of actors, such as the wavelength, time, PH value and copper reagent, such as the dosage of USES a single variable method by optimization, select the best determination conditions; In the best condition, rendering the copper ions standard curve; Again the day bear lake samples, through measuring the acidification treatment, so as to get the absorbency of copper (accurate content. The experimental results show that: spectrophotometric method for measuring the best conditions for copper maximum absorption wavelength 450 nm, best show color time 1 min, best pH value and, best copper reagent consumption is 3.00 mL; The best conditions, copper the concentration of the ions in 0.06 ~ 3.20 μg/mL, copper ion concentration and absorbency between value with lang "beer's law, has the good linear relationship, the linear correlation coefficient is 0.9894, and mark r the recovery is 97.89%. KEY WORDS: spectrophotometry copper ions copper reagents water 目 錄 第1章 綜述 1 1.1水中銅離子的來源 1 1.2 銅離子的危害及處理現(xiàn)狀 1 1.3 測定水中銅元素的主要方法 1 1.3.1 常規(guī)分光光度法 2 1.3.2催化動力學分光光度法 2 1.3.3三元締合物體系 3 1.3.4 萃取光度分析 4 1.3.5 固相光度法 4 1.3.6 流動注射一光度聯(lián)用技術 5 1.4 本次課題研究的意義及內容 5 第2章 實驗部分 6 2.1 實驗原理 6 2.2儀器與試劑 6 2.2.1 儀器 6 2.2.2 試劑 6 2.3 試驗方法 6 2.3.1 單一變量法工藝條件的優(yōu)化 6 2.3.2 標準曲線的繪制 7 2.3.3水樣分析 8 2.3.4 干擾實驗 8 第3章 結果與討論 10 3.1 銅配合物最大吸收波長的測定結果與討論 11 3.2 顯色時間對吸光度值的影響 11 3.3 pH值對反應的影響 12 3.4 銅試劑用量對吸光度值的影響 13 3.5 檢出限的測定 14 3.6 標準曲線的繪制 15 3.7 精密度的測定和加標試驗 16 3.7.1 精密度的測定 16 3.7.2 加標試驗 16 3.8 水樣分析 17 3.9 干擾實驗 18 3.9.1 鈉離子存在對反應的干擾 18 3.9.2 鎂離子的存在對反應的影響 19 3.9.3 鎳離子的存在對吸光度值的影響 20 3.9.4 鐵離子的存在對吸光度值的影響 21 第4章 結論 23 參考文獻 24 附錄 26 致謝 27 分光光度法測生活用水中銅離子濃度的研究 第1章 綜述 銅元素是水中金屬元素的一種，是人體代謝過程中的必需元素，在紅細胞的生成的組織中，鐵有釋放及骨骼中樞神經系統(tǒng)和結締組織的發(fā)育中，銅均具有重要的作用。如：它可促使無機鐵變?yōu)橛袡C鐵，促進鐵由貯存場所進入骨髓，加速血紅蛋白及卟啉的生成，在氧化還原體系中是一種極有效的催化劑。缺銅會引起貧血，并由 于黑色素不足，常形成毛發(fā)脫色癥。甚至可產生白化病，有研究證明缺銅可引起心臟增大、血管變弱、心肌變性、心肌肥厚等癥狀，故與冠心病有關。但是如果銅過量對人體造成的危害也非常大。銅在人體中的含量要比鐵少得多，僅為100~200mg，過量的銅元素將會在人體的肝臟中積蓄，積蓄到一定量時會造成肝臟中毒。游離態(tài)銅離子的危害要比配合態(tài)銅大得多。 過量的銅離子對許多水生生物有極大的負作用，緣由是過量的銅會抑制藻類酶的活性。在相同量級下，銅比鉛、鉻、鋅、鎳的毒性大。銅主要影響藻類的生長和光合作用，影響原生質膜的滲透性，使鉀離子從細胞內流失。經銅處理過的黑色鞘絲藻的呼吸率增加、細胞內出現(xiàn)許多分散異物。當銅濃度為60ug/L時會抑制巨藻的光合作用。過量的銅還可引起小球藻和水華束絲藻為優(yōu)勢種的天然光和植物的光合色素消失。裸藻的光和作用明顯地受到銅的抑制，它在含銅0.5mg/L時，水中光合作用抑制率達到60%。此外，在酸性水體中和處于最適宜溫度時，銅離子毒性相應增加，而在硬度較大水體中，銅離子對藻類生物毒性降低。為及時、準確地監(jiān)測水的質量，確保人們獲得安全飲用水，我們建立了生活用水中銅離子濃度的分光光度法。 1.1水中銅離子的來源 銅離子的來源主要是在冶煉、金屬加工、機器制造及其他工業(yè)生產的過程中產生的。其中以金屬加工、電鍍工廠所排放的廢水銅離子含量最高，廢水含銅量可達幾十至幾百毫克每升。 1.2 銅離子的危害及處理現(xiàn)狀 含銅廢水排入水體，會嚴重影響水的質量。調查研究表明，當水中銅含量水會產生異味；超過15毫克/升，就無法飲用。 研究發(fā)現(xiàn)，灌溉水中硫酸銅對水稻危害的臨界濃度為0.6毫克/升。若用含銅廢水灌溉農田,銅在土壤和農作物中累積,會造成農作物特別是水稻和大麥生長不良，并會污染糧食籽粒。銅對水生生物的毒性亦很大，銅對魚類毒性濃度始于0.002毫克/升,但一般認為水體含銅0.01毫克/升對魚類是安全的。在一些小河中，曾發(fā)生銅污染引起水生生物的急性中毒事件；在海岸和港灣地區(qū)，曾發(fā)生銅污染引起牡蠣肉變綠的事件。 近幾年，國內一些銅冶煉企業(yè)引進、開發(fā)了分步硫化法處理含銅廢水。但這些處理工藝都存在諸多缺點，如工藝流程長、設施設備龐大、占地面積大、投資費用大、物料運輸量大、運行費用高昂、有二次污染物產生、處理后的渣和水無法回收利用等。 1.3 測定水中銅元素的主要方法 銅在冶金、地質、生物、環(huán)境監(jiān)測定、工業(yè)、農業(yè)、食品等許多部門都有重要應用, 因此人們對于銅含量的測定作了廣泛的研究。目前測定銅的方法很多,包括電化學方法、光譜法、原子吸收法, 色譜法等, 其中由于光度分析不需昂貴的儀器, 操作較為簡便而得到了廣泛應用。本次文就近年來國內外關于分光光度法測定銅的研究進展作總結。 1.3.1 常規(guī)分光光度法 基于雙環(huán)己酮草酞二腙（BCO）和銅的顯色反應, 魏本郡[1]進行了一定的改正和補充, 使銅的測定準確度大大提高。司文會研究了雙乙醛草酞二肼快速分光光度法, 提出了測定銅的新方法, 并用于糧食及飼料中銅的測定定。經過多次實驗, 劉廷榮使銅-BCO這種不穩(wěn)定絡合物與乙醛作用, 生成穩(wěn)定的紫紅色的銅-雙乙醛草酸二腙絡合物, 在546nm處用分光光度法進行測定。取得了較好效果。王愛麗也做了類似的研究。同時, 銅-BAO顯色體系也得到了改進(雙乙醛草酞二腙法)。李永權對該法進行了探討, 并測定定了茶葉中的銅。在酸性介質中, 銅與2-（5-溴-2-吡啶偶氮）-5-二乙氨基苯酚（5-Br-PADAP）生成有色物質, 在560nm波長處進行檢測定。銅含量在0~0.4μg/mL范圍內符合比爾定律, 本次法無毒, 適用于糧食中微量銅的測定[2]。銅與水溶性卟啉TPPS4在酸性條件和抗壞血酸的存在下能形成1:1的絡合物, 最大吸收波長412nm。摩爾吸光系數(shù)ε412 =2.03×105L·mol-1·cm-1 , 線性范圍0~0.1μg/mL, 可直接用于高純鉛中痕量銅的分析。李銳增等人用分光光度法測定了黃芪中銅的含量。方法是在氨水介質中, 以酒石酸鉀鈉為掩蔽劑, 銅離子與銅試劑生成黃棕色配合物, 于430nm波長下進行測定。該方法簡便, 儀器易得, 所以便于在基層單位推廣使用。R.Chaisuksant[3]基于在酸性介質中, 銅與5,8-二經基萘醌（Naph）生成4:6 的有色絡合物, 建立了一種測定銅的常規(guī)分光光度法。同時, 很多新近合成的顯色劑在銅的常規(guī)光度法中得到了應用。 1.3.2催化動力學分光光度法 催化動力學光度法是以測定量反應物濃度與反應速率之間的定量關系為基礎, 用分光光度計、熒光光度計等作為檢測定手段的一種動力學分析法。近年來金屬離子對有機試劑的氧化還原褪色反應的催化作用研究日益增多, 包括催化氧化動力學光度法、催化還原動力學光度法、阻抑動力學光度法等。A Safavi等人提出了一個測定環(huán)境水中ng/L級銅的新催化動力學方法。在文獻[4]中, 介紹了該方法是在25℃條件下, 在強堿性介質中, 銅能強烈催化硫酸鈉對麗春紅S的褪色作用, 銅含量在2~400ng/mL范圍內符合比爾定律。在文獻[5]中,Gaston Adrian Crespo探討了Cu-DPC(二苯碳酰二肼）顯色的內在機制, 指出銅對DPC形成DPCO起催化作用,在一定的條件下可以檢測定銅-DPCO（苯基縮二氨基脲, 二肼羰的氧化產物）這一復雜螯合物。在鹽酸介質中銅催化過氧化氫氧化酸性鉻藍K褪色是一個動力學光度法測定痕量銅的新方法, 并用于飲用水中銅的測定。張志兵等人研究了在弱酸性介質中微量銅催化H2O2氧化羅丹明B和甲基橙褪色的指示反應。張江根據(jù)銅能顯著催化溴酸鉀氧化結晶紫褪色, 以CTMAB為增敏劑, 在磷酸介質中建立了另一催化光度法測定痕量銅的新方法, 此法檢出限為8.3×10-7g·L-1, 并用于測定板藍根中銅。王琳用催化動力學光度法成功測定了人發(fā)和指甲中的銅。丁素芳研究了磷酸介質中銅催化抗壞血酸還原鉬酸銨生成鉬藍的反應,0~0.024μg·25mL-1 , 檢測定限為1.54×10-11g·mL-1 。張東等報道, 在醋酸介質中, 銅能靈敏地阻抑高碘酸鉀氧化玫瑰桃紅R的褪色反應而達到測定痕量銅的目的。此方法檢出限為0.39×10-3μg/mL。王愛香利用阻抑動力學光度法測定了水和人發(fā)中的銅。在硫酸和硫氰酸銨存在下, 朱展才報道了氧化孔雀綠締合物褪色反應間接測定痕量銅的新方法, 測定波長780nm。Cu2+濃度在0~60μg·L-1 范圍內服從比爾定律[6]。 1.3.3 三元締合物體系 把由表面活性劑、被測定組分和顯色劑所組成的顯色反應體系簡稱為三元締合物體系。該體系的形成在締合物的特征吸收方面表現(xiàn)為紅移和顏色的增加, 顯色反應的靈敏度提高。在光度分析中, 應用最廣的是混合配位絡合物、離子締合物以及有表面活性劑參與的三元締合物。曹連城[7]報道了基于溴化十六烷基吡啶（CPB）對二苯碳酰二肼（DPC）-Cu（Ⅱ）體系有強烈的增敏作用而建立起測定水中微量銅的新方法。該方法表觀摩爾吸光系數(shù)ε10=1.65×106L·mol-1·cm-1。程永華采用銅-硫氰酸鹽-羅丹明B三元配合物光度法測定純鋁中微量銅。銅-硫氰酸鹽羅丹明B-明膠-乳化劑OP體系分光光度法測定微量銅, 在明膠-乳化劑OP存在下, 6mol/L的硫酸介質中, 銅與硫氰酸鹽和羅丹明B生成三元締合物,最大吸收波長595nm, 銅含量在0~5.00μg/25mL范圍內服從比爾定律, 并用于綠茶中微量銅的測定[8]。尹哲俊改用明膠和聚乙烯醇做了類似研究, ε605=2.3×105L·mol-1·cm-1。呂明采用銅-茜素紅S-甲基紫-聚乙烯醇體系光度法測定痕量銅, 線性范圍0~0.34μg/mL。Manisha Thakur利用Cu(Ⅱ)-PAN-（TX-100）-DPBA體系測定了土壤和空氣灰塵中的微量銅（檢測定限2ng/mL）。在氯化十六烷基吡啶和TritonX-100的存在下, 控制硼酸緩沖溶液pH=9.7, 銅-9-苯基-2,3 ,7-三羥基-6-熒光酮（PF）生成的有色絡合物在595nm處有最大吸收。該方法線性范圍為0.04-0.4ug/mL, 檢出限0.028ug/mL。蔡耀中研究了Cu(Ⅱ)-SAF-PVA-Tween-20 顯色反應的條件及其應用, ε563=1.68×105L·mol-1·cm-1。銅-5-硝基水楊基熒光酮-N-氯化十六烷基吡啶分光光度法用于環(huán)境水樣中微量銅的測定, 結果滿意。馮泳蘭[9]研究發(fā)現(xiàn), 銅-鄰羥基萘基熒光酮一溴化十六烷基三甲銨這一反應體系, 其最大吸收波長在560nm處, 表觀摩爾吸光系數(shù)為又護1.00×105L·mol-1·cm-1。在聚乙烯醇保護下, 銅與鎢酸鹽和堿性染料（羅丹明B 、丁基羅丹明B、耐爾蘭)形成離子締合物, 表觀摩爾吸光系數(shù)ε值高達106。在pH3.8的克拉克-魯布斯緩沖溶液中, 甲基橙-銅-溴化十六烷基三甲胺（CTMAB）生成穩(wěn)定的三元膠束絡合物, 聚乙烯醇對其有增溶增穩(wěn)作用, 大大提高了顯色反應的靈敏度（ε580=2.95×106L·mol-1·cm-1）, 銅濃度在0.004~0.024μg/mL范圍內與吸光度成線性關系。并且已經成功的用于人發(fā)中銅含量的測定。 1.3.4 萃取光度分析 這是將萃取分離與光度分析兩者結合在一起進行的。用萃取方法將被測定組分分離富集中, 然后測定。由于許多萃取劑同時也是顯色劑, 因而可以在有機相中直接光度測定。這種方法不但可以提高被測定組分的濃度, 而且可以減少基體成分的干擾, 在痕量分析中廣泛應用。測定清潔水樣中的痕量銅, 液-液萃取為最常用的富集手段。銅與銅試劑(簡稱DDTC)形成的絡合物在水中溶解度很小, 通常是用四氯化碳萃取后進行分光光度分析[10]。余金保在弱堿性條件下采用萃取光度法測定茶葉中可溶性微量銅。賴豐英用異戊醇萃取后測定有機相, 線性范圍為10-20μg/50mL。孫登明基于銅對過氧化氫氧化二苯碳酰二肼反應生成二苯卡巴腙具有催化作用, 銅和二苯卡巴腙的顯色產物能被氯仿萃取使有機相吸光度的增加, 從而建立了催化-萃取光度法測定銅的新方法。方法的線性范圍為5.0-500μg/mL, 直接用于水、鋁合金和巖石中銅的測定。碘一四氯化碳萃取光度法的靈敏度較碘量法得到了提高, 成功用于礦石以及食品和水中痕量銅的分析。王雁陽提出了“ 等色染料離子對萃取光度法” , 具有較高的靈敏度（ε560=2.45×106L·mol-1·cm-1）。張煥弟[11]探討了Cu(Ⅱ)催化過氧化氫氧化染料離子對褪色的新指示反應, 銅含量在0.25~2μg/L范圍內服從比爾定律, 檢出限為0.1μg/L。該方法為催化動力學的終止反應提出了廣泛的快速有效的辦法。近年來固相萃取富集技術在分析化學領域內得到了廣泛應用。固相萃取具有富集倍數(shù)高, 環(huán)境污染小, 不易乳化, 節(jié)省時間等優(yōu)點。在用亞試劑固相萃取光度法測定水中微量銅的文獻[12]中, 選用pH4.5HAc-NaAc緩沖溶液控制酸度, 在吐溫-80的增溶作用下, 生成的配合物以水溶液通過固相萃取小柱并被富集, 在530nm處測定定乙醇洗脫液的吸光度, 建立了一種測定定水樣中μg/L級銅含量的新方法。類似的研究還有很多。Yadollah Yamini把膜技術應用到了銅的光度分析中, 在水樣中痕量銅的測定上應用得到滿意的結果。 1.3.5 固相光度法 固相光度法是把分離富集與測定結合于一體的快速、簡便、靈敏的分析方法。研究的固相載體主要有樹脂、泡沫塑料、硅膠、濾紙、結晶萘等。常用的測定方法是透射分光光度法、固相反射分光光度法。在酸性條件下, 銅與鋅試劑生成綠色配合物, 與717型強堿性陰離子交換樹脂交換吸附, 在640m處進行樹脂相分光光度法測定。表觀摩爾吸光系數(shù)比水相提高了11倍[13]。在NaAc-HAc(pH4)介質中, 銅-8羥基喹啉顯色絡合物能定量被萘萃取,以雙波長等吸收點法測定量萘相的吸光度差。銅在0~1.5g/mL范圍內符合比爾定律。史峰山[14]等人提出了一種新的固相光度法-蠟相光度法。以檸檬酸銨和EDTA為掩蔽劑, 在pH8.0的NaH2PO4-Na2HPO4以緩沖溶液中, 銅與銅試劑反應生成的有色物質被固定在石蠟中, 于438nm處測定吸光度。銅含量在0~0.4μg/mL濃度范圍內服從比爾定律。 1.3.6 流動注射-光度聯(lián)用技術 余萍[15]等利用螯合樹脂柱分離出干擾元素, 同時把銅富集在樹脂上, 然后以混合顯色液（3,5-diBr-PADAP-乳化劑OP-乙醇-磷酸）作為淋洗液, , 將銅洗脫并顯色直接在632nm處測定定吸光度, 檢出限1.85ng/mL(分析速度14樣/h)。Norio Teshimay[16]等人指出, 在1, 10-鄰二氮雜菲存在下, 銅對鐵(Ⅲ)氧化半胱氨酸具有催化作用, 建立了催化動力學光度法-FIA聯(lián)用的新方法。該方法檢出限是0.04ng/mL, 0.1~10ng/mL, 范圍內服從比爾定律。 1.4 本次課題研究的意義及內容 銅是生活飲用水衛(wèi)生標準中的必測指標,水中銅超過5mg/L時,使水有色并產生苦味,超過1mg/L時,無法飲用并可使洗過的衣服有色[17]。目前我國對生活飲用水中銅的測定主要采用二乙氨基二硫代甲酸鈉比色法和原子吸收分光光度法[17]。前者具有須萃取、費時、試劑有毒且不穩(wěn)定、所需水樣量大等缺點;后者所需儀器昂貴、測定費用高、難以在基層實驗室普及。本文采用722S分光光度法測定生活飲用水中微量銅,具有操作簡便快速、結果準確可靠、重現(xiàn)性好、測定費用低、且具備測量結果數(shù)字顯示,適合在基層實驗室推廣應用。 本次實驗采用分光光度法對生活用水中銅離子含量進行研究。實驗首先將對影響銅離子含量測定的因素采用單一變量法逐一進行優(yōu)化，例如最大吸收波長、顯色時間、PH值和顯色劑用量等，選出最佳測定條件。在最佳測定條件下，繪制出銅離子標準曲線；將自來水樣進行酸化處理，通過測定其吸光度，從而得到其中銅離子的準確含量。 35 第2章 實驗部分 2.1 實驗原理[17] 在pH=9的堿性氨溶液中，銅離子與銅試劑（二乙基二硫代氨基甲酸鈉，簡寫為DDTC-Na）作用生成摩爾比為1:2的黃棕色膠體配合物。當水樣中含銅較高時，可在水相中直接測定。其最大吸收波長為450nm，在測定定條件下，有色配合物可穩(wěn)定45min。 2.2儀器與試劑 2.2.1 儀器： 722S型光柵分光光度計：上海精密科學儀器有限公司； 分析天平：上海精密科學儀器有限公司； 玻璃儀器：100mL容量瓶、50mL容量瓶、玻璃棒、移液管、燒杯、膠頭滴管、洗耳球等若干。 2.2.2 試劑： （1）1000ug/mL銅標準儲備液：稱取0.9820gCuSO4.5H2O溶于少量水中，滴入幾滴硫酸，冷卻后移入250mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，此溶液1mL含有1mg銅。 （2）20ug/mL銅標準溶液：取10mL銅標準儲備液于500mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，即配成20ug/mL的銅標準溶液。 （3）540mg/mL銅試劑標準溶液：稱取0.2700g銅試劑，加水溶解，然后將其移入500mL容量瓶中加水稀釋至刻度，搖勻，即配成540mg/mL的銅試劑標準溶液。 （4）濃硝酸（分析純）、濃氨水（分析純） 2.3 試驗方法 2.3.1 單一變量法工藝條件的優(yōu)化 2.3.1.1 銅配合物的最大吸收波長的測定 準確移取10.00mL20ug/mL的銅標準工作溶液于100mL的容量瓶中，向其中加入3.00 mL 540mg/mL的銅試劑標準溶液，用去離子水定容。在pH=6、銅標準工作溶液的濃度為2.0ug/mL的條件下在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液，在350~480nm之間，選擇16個波長進行測定，變換吸收波長測定其吸光度值A。做出吸光度-波長表并根據(jù)吸光度-波長表以吸光度值A作縱坐標以波長作橫坐標繪制吸光度-波長曲線圖，在吸光度-波長曲線圖找出最佳波長區(qū)間。 2.3.1.2 反應時間對吸光度值的影響 準確移取10.00mL20ug/mL的銅標準溶液加入100mL的容量瓶中，加入3.00mL 540mg/mL的銅試劑標準溶液，加去離子水至刻度線定容，搖勻。在pH=6、最佳波長、銅標準工作溶液的濃度為2.0ug/mL的條件下，在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液從1min到50min選擇12個時間段進行測定試。測定定其吸光度值，做出吸光度-反應時間表并根據(jù)吸光度-波長表以吸光度值A作縱坐標以反應時間t作橫坐標繪制吸光度-反應時間曲線圖，在曲線圖上找出最佳反應時間段。 2.3.1.3 pH值對反應的影響 準確移取10.00mL20ug/mL的銅標準溶液加入100mL的容量瓶中，加入3.00mL的540mg/mL的銅試劑標準溶液，加去離子水至刻度線定容，搖勻。在最佳波長、最佳反應時間段、銅標準工作溶液的濃度為2.0ug/mL下，在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液從pH=1~14之間選擇10個值進行測定，做出吸光度A-pH表，并根據(jù)吸光度A-pH表以吸光度值A作縱坐標以pH作橫坐標繪繪制吸光度-pH曲線圖，在曲線圖上找出反應最穩(wěn)定時的最佳pH值范圍。 2.3.1.4 顯色劑用量對吸光度值的影響 在1~6號 100ml容量瓶中分別準確移入10.00mL濃度為20ug/mL的銅標準溶液，依次加入1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL540mg/mL的銅試劑標準溶液，用去離子水定容，在pH=6、最佳波長，最佳反應時間段內、銅標準工作溶液的濃度2.0ug/mL條件下在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液測定等量標準銅溶液不同量銅試劑反應的吸光度，做出吸光度A-銅試劑表并根據(jù)吸光度-銅試劑用量表以吸光度值A作縱坐標以銅試劑用量作橫坐標繪繪制吸光度-銅試劑用量曲線圖，在圖上找出最佳的銅試劑用量。 2.3.2 標準曲線的繪制 向1~9號100mL容量瓶中依次加入2.00、4.00、6.00、8.00、10.00、12.00、14.00、16.00、18.00mL20ug/mL銅標準溶液，加入過量的銅試劑標準溶液，用分析純氨水調節(jié)pH值到9左右，用去離子水定容，在pH=9、最佳波長、最佳反應時間、銅標準工作溶液的濃度為2.0ug/mL、最佳銅試劑用量的條件下在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液進行測定.做出吸光度A-銅離子濃度表，并根據(jù)此表以吸光度A作縱坐標銅離子濃度作橫坐標繪制吸光度A-銅離子標準曲線圖。 2.3.3水樣分析 取自來水500mL置于燒杯中，加入濃硝酸調pH=1~2，加熱樣品約半小時至微沸，沉淀，待冷卻后取上層清液待測定。 移取50ml處理過的水樣加入100mL容量瓶中，加入3.00mL540mg/ml的銅試劑標準溶液，用分析純氨水調節(jié)pH到9左右，用去離子水定容，在pH=9、最佳波長、最佳反應時間、銅標準工作溶液的濃度為2.0ug/mL、最佳銅試劑用量的條件下在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液測定溶液的吸光度值。按以上步驟對該實驗進行5次平行測定。 2.3.4 干擾實驗 2.3.4.1 鈉離子存在對反應的干擾 在1~9號100mL容量瓶中分別移入10.00mL20ug/mL的銅標準溶液，再加入3.00mL 540mg/mL的銅試劑標準溶液，并依次加入0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、6.50、7.00mL4mg/mL的硫酸鈉溶液。加去離子水至刻度，搖勻。在pH=6、最佳波長、最佳反應時間、濃度為2.0ug/mL、最佳銅試劑用量的條件下在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液進行干擾測定，做出吸光度-鈉離子濃度表，并根據(jù)此表以吸光度A作縱坐標鈉離子濃度作橫坐標繪制吸光度-鈉離子濃度曲線圖。 2.3.4.2 鎂離子的存在對反應的影響 在1~7號100mL容量瓶中分別準確移入10.00mL20ug/mL的銅標準溶液，再加入3.00mL540mg/mL的銅試劑標準溶液，并依次加入0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL200ug/mL的硫酸鎂溶液。加去離子水至刻度定容，搖勻。在pH=6、最佳波長、最佳反應時間、銅標準工作溶液的濃度為2.0ug/mL、最佳銅試劑用量的條件下在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液進行干擾測定，做出吸光度-鎂離子濃度表，并根據(jù)此表吸光度A作縱坐標鎂離子濃度作橫坐標繪制吸光度-鎂離子濃度曲線圖。 2.3.4.3 鎳離子的存在對吸光度值的影響 在1~5號100mL容量瓶中分別移入10.00mL20ug/mL的銅標準溶液，再加入3.00mL 540mg/mL的銅試劑標準溶液，并依次加入0、1.00、2.00、3.00、4.00mL10ug/mL的氯化鎳溶液。加去離子水至刻度，定容搖勻。在pH=6、最佳波長、最佳反應時間、銅標準工作溶液的濃度為2.0ug/mL、最佳銅試劑用量的條件下在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液進行干擾測定，做出吸光度-鎳離子濃度表并根據(jù)此表以吸光度A作縱坐標鎳離子濃度作橫坐標繪制吸光度-鎳離子濃度曲線圖。 2.3.4.4鐵離子的存在對吸光度值的影響 在1~5號100mL容量瓶中分別移入10.00mL20ug/mL的銅標準溶液，再加入3.00mL 540mg/mL的銅試劑標準溶液，并依次加入0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL10ug/mL的氯化鐵溶液。加去離子水至刻度，定容搖勻。在pH=6、最佳波長、最佳反應時間、銅標準工作溶液的濃度為2.0ug/mL、銅標準工作溶液的濃度為2.0ug/mL條件下在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液進行干擾測定，做吸光度-鐵離子濃度表并根據(jù)此表以吸光度A作縱坐標鐵離子濃度作橫坐標繪制吸光度-鐵離子濃度曲線圖。 第3章 結果與討論 3.1 銅配合物最大吸收波長的測定結果與討論 移取10.00mL20ug/mL的銅標準溶液于100mL的容量瓶中，向其中加入3.00mL540mg/mL的銅試劑標準溶液，用去離子水定容，搖勻。在pH=6、銅標準工作液濃度為2.0ug/mL、銅試劑用量為3.00mL的條件下在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液在350~480nm之間，選擇16個波長進行測定，變換吸收波長測定定其吸光度值A，如表3.1并根據(jù)此表繪制圖3-1。 表3.1 銅配合物的吸收波長 λ 350 360 370 380 385 390 395 400 A 0.138 0.120 0.131 0.134 0.134 0.130 0.140 0.150 λ 410 420 430 440 450 460 470 480 A 0.170 0.220 0.270 0.334 0.401 0.403 0.401 0.382 圖3-1 吸光度-吸收波長曲線圖 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 350 360 370 380 385 390 395 400 410 420 430 440 450 460 470 480 λ/nm 吸光度值Α 當用分光光度計測定被測溶液的吸光度時，首先要選擇合適的入射波長。選擇入射波長的依據(jù)是該被測定物質的吸收曲線。在一般情況下，應該選擇最大吸收波長作為入射波長。在最大波長附近波長的稍許偏移引起的吸光度的變化較小，可得到較好的測量精度，而且以最大波長為入射光測定靈敏度。但是，如果最大吸收峰附近有干擾存在（如共存離子或所使用試劑有吸收），則在保證有一定靈敏度情況下，可以選擇吸收曲線中其他波長進行測定（應選擇曲線較平坦處對應的波長），以消除干擾。 由圖3-1可以看出隨著吸收波長的增加吸光度在整體上呈現(xiàn)上升趨勢，但波長在350~400nm時銅離子的吸光度值變化不大，上升趨勢很??；吸收波長在400~450nm之間時銅離子的吸光度值變化很大，上升趨勢很明顯；吸收波長在450~470nm之間時銅離子的吸光度值變化不大；在470~480nm時吸光度值之間差距又逐漸變大。從整體圖上來看吸收波長在450~470nm范圍內，銅離子的吸度值最大，且曲線變化幅度不大呈平穩(wěn)狀態(tài)，在這一范圍內，吸收波長在450nm處銅離子吸光值最大，因此，本次實驗的最佳吸收波長選定為450nm。 3.2 顯色時間對吸光度值的影響 移取10.00ml20ug/mL的銅標準溶液加入100mL的容量瓶中，加入3.00mL540mg/mL的銅試劑標準溶液，加去離子水至刻度線定容，搖勻。在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液從1min到50min選擇12個時間段在pH=6、吸收波長為450nm、工作液為2ug/mL、銅標準工作溶液的濃度為2.0ug/mL、銅標準試劑用量為3.00mL的條件下，對反應時間進行有優(yōu)化，如表3.2所示。 表3.2 反應時間對吸光度值影響 t/min 1 3 5 10 15 20 A 0.403 0.403 0.403 0.402 0.402 0.402 t/min 25 30 35 40 45 50 A 0.402 0.402 0.402 0.402 0.401 0.319 由于銅標準溶液有與銅試劑反應生成的黃棕色絡合物不用加顯色劑[24]，因此本次實驗根據(jù)單一變量法在pH=6的條件下對反應時間進行優(yōu)化時，只考慮銅標準溶液與銅試劑反應顯色后顏色保持穩(wěn)定的時間。由圖3-2可以看出銅標準溶液與銅試劑的反應時間在1~45min范圍內銅離子的吸光度幾乎無變化，曲線呈平穩(wěn)狀態(tài)，但反應時間在45min以后銅的吸光度值迅速下降。由圖3-2可得出結論：銅標準工作溶液與銅試劑反應迅速， 圖3-2 吸光度-反應時間曲線圖 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 1 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 t/min 吸光度值A 幾乎兩者一接觸就立刻開始發(fā)生反應，且反應物狀態(tài)穩(wěn)定；由圖3-2可看出銅標準工作溶液與銅試劑的反應產物在測定定條件下可穩(wěn)定45min。所以，本次實驗的最佳測定定時間段選為1min。 3.3 pH值對反應的影響 在1~10號容量瓶中分別移入10.00mL20ug/mL的銅標準溶液，再加入3.00mL540mg/mL的銅試劑標準溶液，并在1~3號容量瓶中依次加入3.68ug/mL的硫酸2.00、5.00、8.00ml調節(jié)pH值，用去離子水定容，搖勻。在波長為450nm、反應時間為1min、標準銅工作液為2.0ug/mL的條件下，在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液測定定其吸光度值，結果如表3.3所示。 表3.3 pH<7時的吸光度值A V/mL 0 2.00 5.00 8.00 pH 6 5 3 1 A 0.401 0.360 0.371 0.376 在4~10號容量瓶中依次加入0.30、0.50、1.00、3.00、5.00、8.00mL分析純氨水調節(jié)pH值，用去離子水定容，在波長為450nm、反應時間為1min、標準銅工作液為2.0ug/mL、銅標準試劑用量為3.00mL的條件下，在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液測定其吸光度值，結果見表3.4。 表3.4 pH≥7時的吸光度值A V/mL 0.30 0.50 1.00 3.00 5.00 8.00 pH 7 8 9 10 11 12 A 0.410 0.411 0.420 0.418 0.419 0.420 由表3.3和3.4可綜合做出圖3-3如下所示： 圖3-3 吸光度-pH曲線圖 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 1 3 5 6 7 8 9 10 11 12 pH 吸光度值A 在波長為450nm、反應時間為1min、銅標準工作液為2.0ug/mL、銅標準試劑用量為3.00mL時對銅離子的吸光度進行優(yōu)化，尋找最佳的pH值。所謂最佳的pH值就是pH值在某一數(shù)值以后，銅標準工作液與銅試劑反應的產物的吸光光度開始趨于平穩(wěn)的第一個拐點。由圖3-3可以看出pH在1~5時銅標準工作液與銅標準試劑的反應產物的吸光度值逐漸減小，曲線逐漸降低，但降低幅度很??；pH在5~6時 曲線迅速上升；pH在6~9時曲線上升的速度減緩，幅度減小；pH在9~12時曲線趨于平穩(wěn)。由上圖可以看出反應產物的吸光度在pH為9~12時變化不大，且在pH=9時取得最大值。因此，本次實驗選擇pH=9左右時為最佳pH，此狀態(tài)下能使銅試劑標準溶液穩(wěn)定存在。 3.4 銅試劑用量對吸光度值的影響 在1~6號 100mL容量瓶中分別移入10.00mL濃度為20ug/mL的銅標準溶液，依次加入1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL540mg/mL的銅試劑標準溶液，用去離子水定容，在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液在450nm處測定定其吸光度值，結果如表5所示。 表3.5 不同量的銅試劑所對應的吸光度值A V/ml 1 2 3 4 5 6 A 0.248 0.340 0.418 0.418 0.418 0.418 圖3-4 吸光度-銅試劑用量曲線圖 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 1 2 3 4 5 6 V/ml 吸光度值A 在波長為450nm、反應時間為1min、pH=9左右、銅標準工作液為2.0ug/mL的條件時對銅離子的吸光度進行優(yōu)化，尋找最佳的銅試劑用量。所謂最佳銅試劑用量就是當同一濃度的銅試劑加入到一定量時，銅標準工作液濃度與銅試劑的反應產物的吸光度值不發(fā)生變化時的第一個拐點。由上圖可以看出銅試劑的用量在1.00~3.00mL時，反應產物的吸光度值隨銅試劑的用量的增加而增大，當銅試劑用量超過3.00mL時,反應產物的吸光度值不變。當銅試劑用量為3.00mL時吸光度值達到最大點，并且當銅試劑用量增大時吸光度值不變。因此，本次實驗選定最佳銅試劑用量為3.00mL。 3.5 檢出限的測定 移取3.00mL540mg/mL的銅試劑標準溶液加入100mL容量瓶中，調節(jié)pH值到9左右。用去離子水定容，搖勻。在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液選定波長為450nm測定定其吸光度值，反復做五次，結果如表3.10所示。 表3.10 所測定吸光度值 n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 0.007 0.008 0.007 0.007 0.007 0.007 0.008 0.008 0.008 0.007 由空白實驗根據(jù)公式Dc=c×3σ/A Dm=cV×3σ/A σ=[∑（Ai-A）2/﹙n-1﹚] ? 式中，Dc為相對檢出限，ug/mL； Dm為絕對檢出限，g； c為待測定溶液濃度，g/mL； V為溶液體積，mL 可計算出該方法測定得銅的檢出限為0.031ug/mL，測定定下限為0.10ug/mL。 3.6 標準曲線的繪制 向1~9號100mL容量瓶中依次加入2.00、4.00、6.00、8.00、10.00、12.00、14.00、16.00、18.00mL20ug/mL銅標準溶液，加入過量的銅試劑標準溶液，用分析純氨水調節(jié)pH值到9左右，用去離子水定容，在450nm處測定定溶液的吸光度值A，繪制標準曲線。 表3.11 銅的標準曲線 編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V/mL 0 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 ρ 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 A 0.059 0.083 0.158 0.243 0.310 0.410 0.490 0.580 0.650 0.450 ρ 銅離子標準曲線 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 吸光度值A 標準曲線的繪制是原子分光光度法測定水中銅的核心內容，所繪制的標準曲線的相關系數(shù)必須在0.9990以上，否則最后所測定得的水中銅的濃度不準，標準曲線可以反映出實驗過程中的一些信息。由上圖可以看出當銅離子的濃度在0.01~3.20ug/ml時，反應產物的吸光度值隨銅離子濃度的增加而增加，即在0.01~3.2ug/ml范圍內，A與銅離子濃度之間具有良好的線性關系，線性回歸方程為A=-0.0032+0.0269x，相關系數(shù)r=0.9994，當銅的濃度再增加時，吸光度值下降，比爾定律被破壞。試驗中的現(xiàn)象：是當銅的濃度再增加時，出現(xiàn)了棕色的沉淀，銅的濃度繼續(xù)增大時，沉淀變?yōu)樾鯛?，此時線性關系被破壞，不遵守比爾定律。 3.7 精密度的測定和加標試驗 3.7.1 精密度的測定 取15個100mL的容量瓶，成三組做平行測定定，分別向每組瓶中加入3、7、12mL20ug/ml的銅標準溶液加入過量的銅試劑標準溶液，用分析純氨水調節(jié)pH到9左右，用去離子水定容在450nm處測定定溶液的吸光度值，進行5次平行測定定。 表3.12 精密度的測定定 n 1 2 3 4 5 s RSD(%) A 0.092 0.095 0.092 0.091 0.090 0.092 1.72 A 0.202 0.198 0.202 0.203 0.201 0.201 0.74 A 0.495 0.499 0.493 0.494 0.496 0.494 0.39 實驗結果表明：當水中銅離子的濃度達到與銅試劑充分反應后，吸光度值A位于0.09~0.5之間時，具有良好的精密度。 3.7.2 加標試驗 取3只100mL容量瓶編號為1#、2#、3#，分別用移液管準確移取2.00mL20ug/mL的銅標準溶液于1#、2#、3#容量瓶中，依次加入3.00mL 540mg/L銅試劑標準溶液，加去離子水至刻度定容，搖勻。然后2#、3#在定容的基礎上，再在容量瓶中依次加入2.20、2.40mL20ug/mL的銅標準溶液，加去離子水至刻度定容，搖勻。 在45min內，在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液，在450nm波長處測定銅的吸光度，根據(jù)吸光度在標準曲線上找出對應的銅含量，并計算出回收率如表3.13所示。 表 3.13 加標試驗 項目 加標前A 加標前ρ(ug/mL) 加標量m(ug) 加標后A 加標后ρ(ug/mL) 回收率（%） 平均回收率（%） 1 0.189 0.4 4 0.294 0.84 97.40 97.89 2 0.189 0.4 8 0.303 0.88 98.38 實驗結果表明：用此方法分析水樣中的回收率為97.89%，因此，用此方法分析水中銅離子可獲得較高的準確度，本次方法可行。 3.8 水樣分析 取天然河水(自來水)500mL置于燒杯中，加入濃硝酸調pH=1～2，加熱樣品約半小時至微沸，沉淀，待冷卻后取上層清液待測定。 移取50mL處理過的水樣加入100mL容量瓶中，加入3.00mL 540mg/mL的銅試劑標準溶液，用分析純氨水調節(jié)pH到9左右，用去離子水定容，搖勻。在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液設定波長為450nm測定定其吸光度值。做十次平行試驗。結果如表3.14所示 表3.14 水樣分析結果 序號 1 2 3 4 5 V水樣（mL） 50.00 50.00 50.00 50.00 50.00 A 0.014 0.015 0.015 0.015 0.016 ρ（mg/L） 0.084 0.087 0.089 0.088 0.093 ρ平均（mg/L） 0.088 絕對偏差 -0.005 0 0 0 0.005 相對偏差 -0.001 0 0 0 0.001 平均相對偏差(%) 0.04 實驗結果表明：用分光光度法測定自來水中銅離子的平均濃度為0.088mg/L，此方法的平均相對偏差為0.04%。 3.9 干擾實驗 分別用鈉離子、鈣離子、鎂離子、鎳離子、鐵離子等對銅離子進行測定。 3.9.1 鈉離子存在對反應的干擾 在1~9號100mL容量瓶中分別移入10.00mL20ug/mL的銅標準溶液，再加入3.00mL540mg/mL的銅試劑標準溶液，并依次加入0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、6.50、7.00mL4mg/mL的硫酸鈉溶液，加去離子水至刻度線定容，搖勻。在pH=9左右、波長為450nm、時間為1、銅標準工作溶液濃度為2.0ug/mL、銅試劑用量為3.00mL的條件下在722型分光光度計上用1cm比色皿，以水為參比溶液測定其吸光度值，如表3.6所示。 表3.6 Na+的存在對吸光度值的影響 n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V/mL 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 6.50 7.00 ρ（ug/mL）(Na+) 0 40 80 120 160 200 240 260 280 A 0.404 0.404 0.401 0.395 0.399 0.402 0.398 0.210 0.170 圖3-5 吸光度-鈉離子濃度曲線圖 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0 40 80 120 160 200 240 260 280 ρ(Na+) 吸光度值A