高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼分光光度法和原子吸收分光光度法测定工业废水中总铬含量99

【设计性试验】高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼分光光度法和原子吸收分光光度法测定工业废水中总铬含量一、实验目的(1)进一步熟悉分光光度计和原子吸收分光光度计的基本结构及使用。(2)掌握分光光度法和原子吸收分光光度法测定工业废水水中总铬含量的原理及方法。(3)对两种方法的特点、优劣和适用性进行比较。二、实验原理铬是自然界分布较广泛的一种元素，也是生物体所必须的微量元素之一，同时又是一种污染环境及影响人类健康的微量有害元素，特别是电镀、制革、纺织等工业的发展，产生了大量工业废水，造成了严重的水污染，因此，对铬的监测受到环境保护工作者的极度关注。水中的铬主要以三价和六价两种价态存在，有研究证明了三价铬氧化和六价铬还原的可能性，铬的氧化状态在水中可能发生变化，所以近年来倾向于根据铬的总含量，而不是六价铬的含量来规定水质标准。本实验采用高锰酸钾氧化—二苯碳酰二肼分光光度法、火焰原子吸收分光光度法等分别对工业废水中总铬含量进行测定，并对两种方法进行比较。原子吸收分光光度法是基于物质所产生的原子蒸气对待测元素的特征谱线的吸收作用进行定量分析的一种方法。溶液中的铬离子在火焰温度下转变为基态铬原子蒸气，对357.9nm的光辐射产生吸收。在一定条件下，吸光度与试液中总铬的浓度成正比。分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处的吸光度，对该物质进行定性和定量分析的一种方法。在酸性溶液中，六价铬离子与二苯碳酰二肼反应，生成紫红色络合物，其最大吸收波长为540nm，吸光度与六价铬离子浓度成正比，浓度的关系符合比尔定律。对于总铬的测定，先用高锰酸钾将水样中的三价铬氧化为六价，进行测定。三、实验仪器及试剂岛津AA-6800原子吸收分光光度计；铬空心阴极灯；无油空气压缩机；乙炔钢瓶；通风设备。分光光度计；比色皿；50mL容量瓶；移液管；吸量管；烧杯；加热装置。铬标准贮备液(500mg·L-1)：准确称取于110℃干燥2h的重铬酸钾1.4145g，用水溶解，移入1000mL容量瓶中，去离子水稀释定容，摇匀，冰箱中2～4℃保存。铬标准使用液Ⅰ(50mg·L-1)：准确移取铬标准贮备液10.00mL至100mL容量瓶中，去离子水稀释定容，摇匀。用时现配。铬标准使用液Ⅱ(5.0mg·L-1)：准确移取铬标准贮备液1.00mL至100mL容量瓶中，去离子水稀释定容，摇匀。用时现配。氯化铵溶液(10%)；盐酸溶液(1+1)；丙酮；硫酸(1＋1)；尿素溶液(20％)；亚硝酸钠溶液(2％)。高锰酸钾溶液(40g·L-1)：称取高锰酸钾(KMnO4)4.0g，在加热和搅拌下溶于水，最后稀释至100mL；二苯碳酰二肼溶液：称取二苯碳酰二肼（简称DPC，C13H14N4O）0.20g，溶于50mL丙酮中，加水稀释至100mL，摇匀，贮于棕色瓶内，置于冰箱中保存。颜色变深后不能再用。四、实验步骤1.原子吸收分光光度法：(1)采样：于采样现场随机采取水样，装入聚乙烯瓶或玻璃瓶中，用HNO3调酸度使pH＜2，带回实验室后处理。(2)水样品处理（消解）：取100ml水样于200ml烧杯中，加入5mL浓HNO3，在电热板上加热，保持水样不沸腾，蒸至约10ml左右时，冷却；再加入5mLHNO3和2mL高氯酸（缓慢滴加），继续加热至近干；冷却后，用0.2%HNO3溶解残渣，过滤，滤液用去离子水或0.2%HNO3定容于100ml容量瓶中，待用。(3)仪器调试：调节原子吸收分光光度计，波长在357.9nm，调节狭缝宽度和燃烧器高度，使空心阴极灯光斑通过蓝亮色部分，使达到最佳工作状态。(4)标准曲线制作：准确移取浓度为50mg·L-1的标准使用液Ⅰ各0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00mL于50mL容量瓶中，分别加人10%氯化铵溶液2.5mL和(1+1)盐酸溶液5.00mL，用去离子水定容后摇匀。配制成铬浓度分别为0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0mg·L-1的标准溶液系列。用去离子水调节仪器的零点后，按从稀到浓的顺序吸入标准溶液，测定相应的吸光度值。从仪器自动得到标准曲线。(5)样品测定：取5.00mL待分析水样于50mL容量瓶中，加人10%氯化铵溶液2.5mL和(1+1)盐酸溶液5.00mL，用去离子水定容后摇匀。按照已优化的仪器条件测定试样的吸光度，得到试样中铬的浓度。每测定10个样品要进行一次仪器零点校正，并吸入一定浓度的标准溶液检查灵敏度是否发生了变化。2.高锰酸钾氧化—二苯碳酰二肼分光光度法：(1)采样：于采样现场随机采取水样，装入玻璃瓶中，加入6mol·L-1氢氧化钠溶液数滴，至pH=8~9，带回实验室后处理。(2)样品预处理：①对不含悬浮物、低色度的清洁地面水，可以直接用高锰酸钾氧化后比色测定；②样品中含有大量有机物时，采用硝酸-硫酸消解：取50.00mL水样于150mL锥形瓶中，加入5mL浓硝酸和3mL（1+1）硫酸，加入几粒玻璃珠，盖上表面皿，于电热板上加热蒸发至冒白烟，如溶液仍有色，可补加5mL浓硝酸，继续加热至溶液澄清，冷却。③对浑浊、色度较深的水样，应加入氢氧化锌共沉淀剂并进行过滤处理。(3)高锰酸钾氧化：取25.00mL经预处理的待分析水样于100mL烧杯中，加入0.5mL(1+1)硫酸，摇匀。加入0.25mol/L的高锰酸钾溶液1滴，保持溶液紫红色。加热煮沸至溶液体积约为10mL。取下冷却，用滴管滴加20%的尿素溶液，摇匀；用滴管滴加2%的亚硝酸钠溶液，每加一滴充分摇匀，至高锰酸钾紫红色恰好褪去，稍停片刻，待溶液中气泡逸出，转移入50mL容量瓶中，定容，供测定。(4)测量波长的选择取50mL容量瓶，加入2.00mL铬标准使用液Ⅱ，1.00mL(1+1)硫酸，2.00mL二苯碳酰二肼溶液，摇匀，用去离子水定容。放置5～10min后，用1cm比色皿，以去离子水为参比，在440～600nm之间，每隔10nm测定一次吸光度，在最大吸收峰附近，每隔2nm测定一次吸光度（前后各测5个数据）。以最大吸收峰对应的波长确定为测量波长。注意：每改变一个波长，必须先参比调零，然后才能测定样品溶液的吸光度。(5)标准曲线制作：取7支50mL容量瓶，依次加入0、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00和10.00mL铬标准使用液Ⅱ，分别加入1.00mL(1+1)硫酸，2.00mL二苯碳酰二肼溶液，摇匀，用去离子水稀释定容。5～10min后，于最佳波长处，用1cm比色皿，以去离子水为参比，测定吸光度。以吸光度为纵坐标，相应六价铬含量为横坐标绘出标准曲线。(6)样品测定：取4.00mL经高锰酸钾氧化处理的样品液于50mL容量瓶中，加入2.00mL二苯碳酰二肼溶液，摇匀定容，测定吸光度。五、数据记录及处理1.原子吸收分光光度法将原子吸收分光光度计打印成的表附上，并计算水样中所含的总铬浓度。2.可见光分光光度法(1)数据列表：铬标液体积（mL）0.000.501.002.004.006.0010.00样品4.00铬浓度(mg/L)吸光度值(2)以标准溶液铬浓度作为横坐标，吸光度作为纵坐标，制作标准曲线。(3)将样品溶液的吸光度在标准曲线上查出对应的铬浓度，并计算水样中所含的总铬浓度。六、思考题1.原子吸收分光光度法和可见光分光光度法，各有何优劣？2.本实验中，两种测定方法对总铬的检测，其检测范围有何差异？3.对于工业污水和饮用水的总铬测定，可分别选用何种方法？实验注意事项1.原子吸收分光光度法铬的原子吸收干扰主要有三方面：�(1)铬的特征谱线与镍、铅等元素接近，为了排除它们的吸收干扰，试验选用较窄的光谱带宽来提高灵敏度，加入的氯化铵也起到抑制作用。��(2)铬在空气-乙炔火焰中燃烧会生成难挥发性氧化物，可采用富燃性还原火焰抑制其形成，同时加人氯化铵去除镍、铁等的干扰，氯化铵使铬以铬酰氯形式挥发，获得较高灵敏度。�(3)水硬度较高，在火焰中形成的固体碳酸盐颗粒会散射来自光源的人射辐射，使得吸收信号产生一个明显的增值，可用氛灯背景校正器，自动进行背景校正。(4)有研究表明，酸的类型、酸和氯化铵的浓度，对铬的测定均有影响，本实验选用5%的盐酸，0.5%的氯化铵。2.可见光分光光度法(1)氧化性、还原性物质均有干扰，水样浑浊时亦不便测定。(2)所有玻璃仪器容器不能用铬酸洗液洗涤。(3)Cr6+与DPC显色剂的显色反应一般控制酸度在0.05～0.3mol·L-1范围，以0.2mol·L-1时显色最好。显色前，水样应调至中性。显色温度和放置时间对显色有影响，在15℃时，5～15min颜色即可稳定。(4)有机物有干扰，可加高锰酸钾氧化后再测定。(5)分光光度法测定时，铁超过1mg/L时与二苯碳酞二肼试剂生成黄色，产生干扰；钒10倍于铬时可产生干扰，但显色10min后钒与试剂所显色全部消失；200mg/L以上的铂与汞有干扰。