分光光度法测铁:校准曲线与未知样

用移液管和容量瓶配制一系列铁标准溶液,显色后在 510 nm 测吸光度,用最小二乘拟合校准线,再测未知样和试剂空白,报告铁的浓度、置信区间和检出限。

难度 ●●○ 约 30 分钟

实验目的 用外标校准法测定未知水样中铁的浓度,并给出 95 % 置信区间、检出限和定量限。
邻二氮菲–铁(II) 配合物 · 510 nm · 1.00 cm 比色皿

分光光度法测铁:校准曲线

① 配制标准溶液:移取 10.00 mg/L 铁标准液到 50 mL 容量瓶

每支移液管和容量瓶都带一个确定性的小误差(在 A 级允差内均匀分布),所以真实浓度与名义浓度略有不同,但你只知道名义值。吸光度 = ε·b·c + 试剂空白 0.010,ε = 1.11 × 10⁴ L mol⁻¹ cm⁻¹(Fortune 与 Mellon 1938),再加光度计噪声 σ = 0.0015 + 0.3 % × A 与 0.2 % 杂散光。未知样浓度由样品编号决定,在 1.2–3.8 mg/L 之间。容量瓶的颜色由两个吸收带(教学拟合,510 nm 处 ε 与上面一致)按 2 cm 光程计算。

操作步骤

  1. 选择移液体积:用 A 级移液管把 10.00 mg/L 铁标准液移入 50 mL 容量瓶,得到 0–5 mg/L 的一组标准(至少 5 个点,包括空白)。
  2. 每个容量瓶中加入盐酸羟胺(把 Fe³⁺ 还原为 Fe²⁺)、邻二氮菲和醋酸钠缓冲液,定容、摇匀,放置 10 分钟显色。
  3. 在 510 nm、1.00 cm 比色皿中测量全部标准的吸光度,拟合校准线并检查残差图。
  4. 测量至少 5 个试剂空白,求空白的标准偏差和检出限。
  5. 把未知样按同样方法显色,测 3–5 次,由校准线求浓度及其 95 % 置信区间;最后揭晓真值核对。

注意观察

  • 标准溶液的颜色从几乎无色到橙红色逐渐加深——吸光度与浓度成正比(比尔定律)。
  • 即使移液管都在 A 级允差之内,标准点也不会严格落在一条直线上;残差应当随机分布。
  • 未知样的置信区间在校准范围中部最窄;多读几次未知样,区间会变窄,但到一定程度后受限于校准线本身。
  • 只用 2–3 个标准时,t 值很大(ν = n − 2),区间会宽得惊人。

真实实验室

  • 邻二氮菲有毒,盐酸羟胺有刺激性:戴手套和护目镜,废液按重金属与有机废液分类收集。
  • 比色皿要用待测溶液润洗,擦干透光面上的指纹和液滴;每次测量前用试剂空白调零。
  • 显色需要时间且与 pH 有关(pH 3–9 之间颜色稳定);所有溶液应在相同条件下显色、在相近时间内测定。
  • 样品若有基体干扰(其他有色离子、强络合剂),应做加标回收实验或改用标准加入法。

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