(A)标准曲线法
分光光度法定量可以采用标准曲线法。即:在朗伯一比耳定律的浓度范围内,配制一系列不同浓度的溶液,显色后在相同条件下分别测定它们的吸光度值,然后以各标准溶液的浓度C为横坐标,对应的吸光度A为纵坐标作图,得到一条直线,该直线称为标准曲线或工作曲线,如图6-4所示。然后,在同样的条件下测出样品溶液的吸光度Ax值。根据Ax值,从标准曲线上直接查出样品的浓度Cx,或利用方程式计算出样品的浓度Cx。这种方法准确度较好,主要适用于大批试样的分析,可以简化手续,加快分析速度。 (B)比较法
在?max处分别测出标准溶液和试样溶液的吸光度,根据朗伯一比耳定律:
A=Kbt A标标=KbC标
A样=kbC样
C样=C标×A样/A标
比较法适用于线性关系好且通过原点的情况。用比较法测定时,为了减少误差,所用标准溶液与被测溶液的浓度应尽量接 近。 (C)一元线性回归法
用吸光度A和浓度C作工作曲线,横坐标C称为自变量,纵坐标A称为因变量。通常自变量是可以精确测量和控制的变量,因变量是一个随机变量,有误差。根据散点画一条直线,称 这条直线为回归线。
若直线通过所有实验点,可以说A与C是密切线性相关。如果实验点不完全在直线上,为使误差达到最小,需要进行一元 线性回归。 设回归方程为
y=a+bx
式中: a——回归线在纵轴上的截距; b——回归线的斜率。
我们只需确立a、 b两个参数,就可以得到线性回归方程。用数学上的最小二乘法可以求得a、 b两个参数。带有线性回归功能的计算器可实现这一计算,只需输入标准系列的浓度和相应的吸光度即可,这里不再详细叙述。
确立线性回归方程后,把样品测得的吸光度值代入方程,即可求出样品的浓度。
比色分析法基本操作 1.比色皿的使用
比色皿是由无色透明、能耐腐蚀的玻璃或石英制成。用于盛放参比溶液和被测试液,多为长方形,也有试管形的。比色皿必须保持十分干净。特别要保护其透光面,不要用手直接接触。
(1)比色皿的选择
比色皿的选择需要考虑的因素:
a.测定波长:待比色的溶液吸收波长在370nm以上的可选用玻璃比色皿或石英比色
皿,在370nm以下时必须使用石英比色皿。
b光程:比色皿有不同光程长度。如lcm、2cm、3cm光程长度比色皿,通常用1cm
光程的比色皿。选择比色皿的光程长度应视所测溶液的吸光度而定,一般使其吸光度在0.1~0.7之间为宜。
(2)比色皿的校正
1)比色皿有方向性。有些比色皿上印有方向标志,使用时必须注意。校正无方向标
志的比色皿时,要先确定方向并作好标志,以减少测定误差。
2)同一组比色皿相互间的差异应小于测定误差。测定同一溶液时,同组比色皿之间吸光度相差应小于0.005,否则需对差值进行校正。
3)有两种比色皿误差可影响测定结果的正确性。一种是比色皿对入射光的吸收不一致,另一种是比色皿的光程长度不一致。由于吸光度与光程长度成正比,因此吸光度的相对误差也与光程长度的相对误差成正比。此外比色皿壁薄厚不均,皿面的内外反射也都存在微小差异。因此应严格挑选符合要求的比色皿,编号配套使用。
4)校正比色皿时,应将纯净的蒸馏水注入皿中,以其中吸收最小的比色皿的吸光度为零,测定其他比色皿的吸光度。测定待测溶液时,应将其吸光度减去比色皿的吸光度。由于比色皿本身的吸光度很小,应以反复多次测得的吸光度求出平均值作为比色皿的吸光度。
(3)比色皿的使用
用时应以所测溶液润洗后方可盛样,如外部被浸湿,可用擦镜纸拭干。使用挥发性溶剂时,比色皿应具塞。
(4)比色皿的清洗
比色皿用于测定有机物之后,应以有机溶剂洗涤,必要时可用硝酸浸洗,但要避免用铬酸洗液洗涤,以免重铬酸盐附着在玻璃上。
用酸浸后,先用水冲净,再以去离子水或蒸馏水洗净晾干。如急用而要除去比色皿内的水分时,可先用滤纸吸干大部分水分后,再用无水乙醇或丙酮除去残存水分,晾干即可使用。
比色皿在任何情况下都不得长时间浸于溶液(包括纯水)中,以免脱胶散裂。 2.分光光度计的使用
分光光度计的使用方法及注意事项见比色法章节。 3.比色分析法在水质分析中的应用
比色分析法在水质分析中应用很广,常规的氨氮、总氮、总磷、挥发酚、总氰化物等项目均可采用比色法来测定。
分光光度计的校正与灵敏度检查
一台分光光度计的校正包括波长校正、吸光度校正、杂散光校正、比色皿校正。灵敏度是反映仪器测量性能的重要指标,分光光度计灵敏度的检查方法为:配制0.001%重铬酸钾溶液,用1cm比色皿装入蒸馏水做参比,于440nm处测得吸光度应大于0.010。若显示值<0.010,可适当增加灵敏度档数,如仍达不到该值,应检查或更换光电管。
比色分析法的操作(图片演示)
图1 比色定容 图2 比色加试剂或加样的操作 要点:比色管呈垂直,视线平视水凹面 要点:比色管稍微倾斜,吸管垂直,管口接触比色管内壁。
图三 可见光比色法显色 颜色呈梯度由低到高。(本图片以氨氮为例)
比色分析法练习:氨氮的比色分析
5.2.3容量分析法
1.容量分析法概述 (1)容量分析法基本概念
容量分析法,又称滴定分析法,其原理是:将一种已知准确浓度的试剂溶液(下称为标准溶液)从滴定管滴加到被测物质的溶液中,直到所加的试剂与被测物质按化学计量关系定量反应完全,然后根据标准溶液的浓度和所滴加的体积,计算被测物质的含量。 标准溶液,又称滴定剂,是已知准确浓度的试剂溶液。 滴定反应,用于滴定分析的化学反应。
滴定,将标准溶液从滴定管中滴加到被测物质的溶液中的过程。
化学计量点,又称等量点,当滴加入的标准溶液与被测质完全反应时,两者所消耗的物质的量相等,反应达到了等量点。
滴定终点,许多滴定反应在到达等量点时,外观上没有明显 的变化,此时,需在被测物质的溶液中加入一种辅助试剂,称为指示剂,由它的颜色突变作为到达等量点的标志,来终止滴定。指示剂颜色的突变点称为滴定终点。 终点误差,指示剂往往不能恰好在到达等量点时变色,由此所造成的滴定误差称为终点误差。为了减小终点误差,应选择合适的指示剂,使滴定终点尽可能接近等量点。
容量分析法常用来测定一些常量组分,即被测组分的含量一般在1%以上,有时也可以测定微量组分。滴定分析法的准确度较高,一般测定时的相对误差在0.2%左右,而且所需仪器设备简单,操作简便,测定快速,因此在水质分析中广泛采用。 (2)容量分析法的基本条件
能用于容量(滴定)分析的化学反应必须具备下述条件:
1)反应要按一定的化学反应方程进行,即有确定的化学计量关系;反应必须定量地完成。反应完全的程度要求达到99.9%以上,无副反应发生。这是定量计算的必要条件。
2)反应速率要快。滴定反应要求在瞬间完成,对于速率较慢的反应,需加热或加催化剂使反应加速。
3)必须要有较简便适当的方法确定滴定终点——简便可靠的方法、合适的指示剂。 4)试液中不能有干扰性杂质。
(3)容量分析法的滴定方法 1)直接滴定法
若反应满足上述基本条件,则可用标准溶液直接滴定被测物质,此方法称为直接滴定法。 例如用氢氧化钠标准溶液直接滴定盐酸溶液。 2)返滴定法
当遇到下列几种情况下,不能用直接滴定法。
第一,当试液中被测物质与滴定剂的反应慢,如Al3+与EDTA的反应,被测物质有水解作用时。
第二、用滴定剂直接滴定固体试样时,反应不能立即完成。如HCl滴定固体CaCO3。 第三,某些反应没有合适的指示剂或被测物质对指示剂有封闭作用时,如在酸性溶液中用AgNO3滴定Cl– 缺乏合适的指示剂。
对上述这些问题,通常都采用返滴定法。
返滴定法就是先准确地加入一定量过量的标准溶液A,使其与试液中的被测物质或固体试样进行反应,待反应完成后,再用另一种标准溶液B滴定剩余的标准溶液A。
例如,A13+离子与EDTA的配位反应速率很慢,不能用直接滴定法滴定:但可在A13+溶液中先加入过量的EDTA标准溶液,并将溶液加热煮沸,待A13+与EDTA完全反应后,冷却,用Zn2+标准溶液滴定剩余的EDTA标准溶液。对于固体CaCO3的滴定,可先加入一定量过量的HCl标准溶液,待其充分反应后,剩余的HCI再用NaOH标准溶液返滴定。
3)置换滴定法
若被测物质与滴定剂不能定量反应完全,则可用置换滴定法来完成测定。置换滴定法是先加入适当的试剂与待测组分定量反应,生成另一种可滴定的物质,再利用标准溶液滴定反应产物,然后再用适当的滴定剂进行滴定,最后根据滴定剂的消耗量,求出被测物质的含量。 这种滴定方式主要用于因滴定反应没有定量关系或伴有副反应而无法直接滴定的测定。例如,用K2Cr2O7标定Na2S2O3溶液的浓度时,就是以一定量的K2Cr2O7在酸性溶液中与过量的KI作用,析出相当量的I2,以淀粉为指示剂,用Na2S2O3溶液滴定析出的I2,进而求得Na2S2O3溶液的浓度。
4)间接滴定法
有些物质不能直接与滴定剂反应,则可以利用某些反应使其转化为可被滴定的物质,再用定剂滴定所生成的物质,此法称为间接滴定法。 例如,KMnO4溶液不能直接滴定Ca2+,可用(NH4)C2O4先将Ca2+沉淀为Ca C2O4将得到的沉淀过滤,洗涤后用HCl溶解,再以KMnO4标准溶液滴定C2O42-,从而求出Ca2+的含量。
返滴定法、置换滴定法、间接滴定法的应用,大大扩展了滴定分析的应用范围。
(4)容量分析法的类型 1)酸碱滴定法
利用酸碱反应进行滴定的方法。常用强酸强碱作滴定剂来测定酸、碱以及能与酸、碱发生反应的物质的含量,其反应实质如下: H++OH- =H2O
2)沉淀滴定法
沉淀滴定法是以沉淀反应为基础的行滴定方法。这类滴定中有沉淀产生。沉淀按形状不同,大致分为晶形沉淀和无定形沉淀。生成的沉淀是晶型沉淀还是无定形沉淀,取决于沉淀的性质、形成沉淀的条件以及沉淀预处理方法。极性较强的盐类一般具有较大的定向速度,易形成晶型沉淀。例如磷酸镁铵(MgNH4PO4)、硫酸钡(BaSO4)都属于晶形沉淀。在定量分析和化学分离中,晶形沉淀颗粒较大,沉淀致密,易于过滤和洗涤。
根据滴定分析对化学反应的要求,适合作为滴定用的沉淀反应必须满足以下要求: 1)反应速度快,生成沉淀的溶解度小 2)反应按一定的化学式定量进行。 3)有准确确定化学计量的方法。 由于上述条件的限制,能应用于沉淀滴定法的反应比较少。目前应用较多的是生成难溶银盐的反应,称为银量法,例如:用AgNO3为滴定剂测定氯离子。 Ag++C1-=AgCl↓ 3)配位滴定法
利用形成配合物反应为基础的滴定分析方法称为配位滴定法,又称络合滴定法。例如常用乙二胺四乙酸二钠(即EDTA)为滴定剂来测定金属离子,最后产物为配合物。其反应 实质如下:
M2++Y4- =MY2-
式中,M2+为二价金属离子;Y4-为EDTA的阴离子。 作为配位滴定的反应必须符合以下条件
1)生成的配合物要有确定的组成,即中心离子与配位剂严格按一定比例化合。 2)生成的配合物要有足够的稳定性。 3)配合反应速度要足够快。
4)有适当的反映化学计量点到达的指示剂或其他方法。
污水化验监测中 水总硬度的测定即是应用配位滴定法进行分析检测。 4)氧化还原滴定法
以氧化还原反应为基础的滴定分析方法,可用强氧化剂为标准溶液测定还原性物质,也可以用强还原剂为标准溶液测定氧化性物质。根据滴定剂的不同,又分为高锰酸钾法、重铬酸钾法、碘量法 溴酸钾法等。例如,用高锰酸钾标准溶液滴定.Fe2+离子的反应为: MnO4- +5 Fe2++8H+=Mn2++5 Fe3++4H2O 以上四种方法都有其优点及其局限性,当同一物质可选用几种方法进行滴定时,必须根据被测物质的性质、含量、试样组分、是否有干扰离子以及分析结果的准确度要求等多种因素选用适当的测定方法。
氧化还原滴定法和酸碱滴定法在测量物质含量步骤上是相似的,但是在方法原理上有本质的不同。酸碱反应是离子互换反应,反应历程简单快速。氧化还原反应是电子转移反应,反应历程复杂,反应速度快慢不一,而且受外界条件影响较大。因此在氧化还原滴定法中就要控制反应条件使其符合滴定分析的要求。
污水化验监测中,用重铬酸钾法测定CODcr ,用碘量法测溶解氧就是应用的氧化还原反应法。