任务3-工作曲线法定量分析

任务3：工作曲线法定量分析紫外-可见分光光度法模块之能力目标：能利用可见分光光度计,采用工作曲线法测定样品中某种单一组分的含量，并对测定数据进行处理。要求测定结果相对误差小于2%。教学任务教学方法：引探法学时：半个班为一教学单元，1人一台仪器，一个教学单元需6学时内容按指定条件完成样品的测定操作仪器的日常维护与保养工作曲线法定量初步学会分析测定方案的拟定确定分析方法任务：测定水样中微量铁的含量水样中铁含量测定方法汇总测铁的方法类型化学分析方法仪器分析方法方法配位滴定法氧化还原滴定法紫外可见分光光度方法原子吸收方法ICP-AES方法原理控制溶液酸度,pH=1.8-2.0，用磺基水杨酸做指示剂）重铬酸钾容量法二氮杂菲分光光度法，最大波长510nm将样品直接吸入火焰中，于波长248.3nm处测量铁基态原子对其空心阴极灯特征辐射的吸收采用电感耦合等离子发射炬为光源的发射光谱。最低检测限1%1%0.05mg/L0.03mg/L10-9该水样中铁的含量5～15mg/L，故选择仪器分析法综合分析，一般选择可见分光光度法。确定分析方法测定铁离子含量各仪器分析方法间的比较方法可见分光光度方法原子吸收方法ICP-AES方法原理二氮杂菲分光光度法，最大波长510nm将样品直接吸入火焰中，于波长248.3nm处测量铁基态原子对其空心阴极灯特征辐射的吸收采用电感耦合等离子发射炬为光源的发射光谱。最低检测限10-4~10-5g/L火焰：10-6g/L；无火焰：10-10~10-14g/L10-9g/L相对误差2%~5%火焰：1%；无火焰3%~5%1%优点设备成本低，易在企业中进行干扰少、灵敏度高、操作简便、减少化学污染缺点操作步骤繁琐，试剂耗量较大设备成本高，样品需预先处理设备成本高常用于科研适用范围饮用水中、镁合金中、煤矿水中原油多组分中铁的测定测定分析步骤可见分光光度法测铁操作步骤：1、配制1.000mg·mL-1铁标准贮备溶液，再将其稀释至10.0μg·mL-1铁标准操作溶液。2、分别配制100g·L-1盐酸羟胺溶液100mL、1.5g·L-1邻二氮菲溶液100mL、1.0mol·L-1醋酸钠溶液100mL。3、准备8个洁净的50mL比色管；4、在6支比色管中各加入10.0μg·mL-1铁标准溶液0.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL；在另2支比色管中分别加入5ml未知试液。5、加入1mL100g·L-1盐酸羟胺溶液，再分别加入2mL1.5g·L-1邻二氮菲，5mL1.0mol·L-1醋酸钠溶液，用蒸馏水稀释至标线，摇匀；6、用2cm吸收池，以试剂空白为参比溶液，在510nm下，测定并记录各溶液吸光度。实训过程思考在铁标准液和试液中加入盐酸羟胺溶液、邻二氮菲溶液、醋酸钠溶液有何现象产生？它们各自的作用是什么？为什么选择试剂空白？其作用是什么？工作波长为什么选择为510nm？在配制溶液的时候，未知试液与标准溶液同时配制的目的是什么?学生完成实训要求每位学生独立完成，独立处理数据，合理安排时间。数据处理问题：如何定量？利用光吸收定律A=εbc直接计算已知：εFe=1.1×104,b=2cm，λ=510nm请同学们根据公式计算出试样中铁的浓度该水试样中铁的准确浓度为10.0μg·mL-1。cmmolL1利用一个标样的含量进行比较计算Cx=AxCS/Ax比较法:特点是操作简单，适用于个别样品的测定，要求所配制标样的浓度与试样浓度相当。数据处理请同学们选一个标准溶液的吸光度和浓度计算试样的量由公式A=εbc，在测量条件一致的条件下(λ、b不变），吸光度A与浓度c呈正比关系，若以A为纵坐标，以c为横坐标，可得一条直线利用绘制工作曲线进行计算设想如果横坐标c的浓度已知,则通过测量就可知道与c一一对应的纵坐标A值,如:数据处理利用工作曲线计算试样中被测组分的含量。计算公式：ρ试=V×ρ标/V移，数据处理请同学们根据所测铁标准溶液以A为纵坐标，c为横坐标，绘制相应工作曲线，并根据曲线计算试样中铁的浓度，不同浓度标准溶液在配制时存在偶然误差，利用绘制的工作曲线可在一定程度上消除这种误差绘制工作曲线的随意性会导致线性不好,所得数据计算结果的差别也就大，结果的相对误差也无法控制。并对各种结果进行比较。0.0000.0500.1000.1500.2000.2500.3000.3500.4000.4500..1..2..3..4..5..6..7..8..9..10系列1数据处理曲线绘制不当的示例示例1：坐标比例不合适数据处理示例2：坐标轴上数据的有效数字不正确。曲线绘制不当的示例数据处理图表标题y=0.2064x+0.0019R2=0.99320.0000.1000.2000.3000.4000.50000.511.522.5A线性(A)图表标题-0.100.10.20.30.400.511.522.5A线性(A)多项式(A)曲线绘制不当的示例示例3：工作曲线应为一条直线，不是折线或曲线；工作曲线的绘制时,要注意直线上下两侧的实验点数应相当。最小二乘法数据处理结论：计算得出的结果最接近准确值,同一数据,不同人处理结果相同工作曲线法进行数据处理的两种方法:用作图法绘制标准工作曲线特点是适于成批样品的分析，可消除一定的随机误差用最小二乘法确定直线回归方程。用最小二乘法计算试样中铁含量x为标准溶液的浓度;y为相应的吸光度;a,b称回归系数设工作曲线方程为y=a+bx数据处理可以通过计算公式直接得到a、b与γ的数值。xbynxbyainiini11211)())((xxyyxxbiniiini2121)()(yyxxbiniini相关系数接近1，说明工作曲线线性好。测定时，为避免使用时出差错，所作工作曲线上必须标明标准曲线的名称、所用标准溶液（或标样）名称和浓度、坐标分度和单位、测量条件（仪器型号、入射光波长、吸收池厚度、参比液名称）以及制作日期和制作者姓名。数据处理在测定样品时，为保证显色条件一致，操作时试样与标样同时显色，再在相同测量条件下测量试样与标样溶液的吸光度使用工作曲线法的要点数据处理为保证测定准确度，标样与试样溶液的组成应保持一致，待测试液的浓度应在工作曲线线性范围内，最好在工作曲线中部。工作曲线应定期校准，如果实验条件变动（如更换标准溶液、所用试剂重新配制、仪器经过修理、更换光源等情况），工作曲线应重新绘制。如果实验条件不变，那么每次测量只需带一个标样，校验一下实验条件是否符合，就可直接用此工作曲线测量试样的含量。讨论实验步骤总结配制标准溶液溶液显色测量仪器调试记录数据数据处理报告结果讨论问题1：为什么要先配制1mg·mL-1铁标液，然后再进行稀释得10.0μg·mL-1，而不直接配制？国家标准规定，当标准溶液的浓度低于0.1mg·mL-1时，应先配成比使用的浓度高1～3个数量级的浓溶液（不小于1mg·mL-1）作为储备液，然后再稀释。问题2：为什么要稀释成10.0μg·mL-1，而不是其他浓度？（1）标准系列溶液的浓度取值要合适；吸光度数值适宜范围为0.2～0.8（2）试液的浓度应合适，其点最好处于标准系列溶液的浓度中部。标准溶液制备讨论问题1：在铁标准液和试液中加入邻二氮菲溶液、盐酸羟胺溶液与醋酸钠溶液的作用是什么？1、邻二氮菲的作用Fe2++3NNnNNFe2+3(1)选择性好(2)灵敏度高选择显色反应考虑的因素(3)生成有色化合物组成恒定,化学性质稳定(4)对比度△λ60nm(5)显色条件下易于控制可见分光光度法：利用测量有色物质对某一单色光吸收程度来进行测定的。显色条件讨论2、盐酸羟胺与醋酸钠的作用盐酸羟胺的作用是将溶液中的Fe3+还原成可与邻二氮菲反应的Fe2+，便于测定溶液中总铁含量。醋酸钠溶液的作用是作为缓冲剂，调节溶液合适的pH，以保持邻二氮菲显色剂的稳定性。讨论问题2：在显色操作时，未知试液与标准溶液同时显色的目的是什么?保证显色条件一致问题1：为什么选择试剂空白？其作用是什么？因为测试溶液中其他各种试剂会对吸光度有微小的贡献消除其他各种试剂对吸光度的贡献，使测定过程中产生的吸光度仅仅与被测离子有关，便于直接利用光吸收定律，并能在理论上确保得到准确的结果。显色条件测量条件讨论测量条件问题3：正确使用比色皿问题2：工作波长为什么选择为510nm？因为在此波长下，能得到待测元素铁离子与显色剂反应物的最大吸光度，是最大吸收波长。正确选择比色皿的厚度，使吸光度落在合适的范围内；测量中，要用所测试液润洗比色皿。并行学习结合本实验，请完成工作曲线法测定水中微量铬的分析方案，并利用课余时间在实训室完成相关操作。提示：方案设计从可见分光光度法的原理着手二个过程：显色过程与测量过程显色过程应考虑的问题有显色剂种类、用量；溶液酸度；显色温度和时间；溶剂选择；干扰消除。测量过程应考虑的问题有入射光波长参比溶液吸光度测量范围下次任务准备水中微量铁测定的方案中显色条件、测量条件是如何确定的？