分光光度法测钢中的锰

把钢样中的锰氧化成紫红色的高锰酸根,先比较标准与钢样的吸收光谱、选好分析波长,再用 KMnO₄ 标准做校准曲线,求出钢中锰的质量分数。钢里的铬会悄悄干扰错误的波长。

难度 ●●○ 约 25 分钟

实验目的 用外标校准法测定钢样中锰的质量分数,并说明分析波长的选择如何避开铬(重铬酸根)的干扰。
高碘酸钾氧化为 MnO₄⁻ · 外标校准 · 1.00 cm 比色皿

钢中锰的分光光度测定

钢样编号 1 0.4952 g 钢样溶于酸,用 KIO₄ 把 Mn 氧化为 MnO₄⁻,定容至 250.0 mL。

① 选择分析波长

526 nm400450500550600波长 / nm00.20.40.60.8A
  • KMnO₄ 标准
  • 钢样溶液

3.00 × 10⁻⁴ M KMnO₄ 标准与钢样溶液的吸收光谱(模型)

② 用 1.000 × 10⁻³ M KMnO₄ 储备液配制标准(50 mL 容量瓶)

50 mL20 °C · A1.050 mL20 °C · A2.050 mL20 °C · A3.050 mL20 °C · A4.050 mL20 °C · A5.0250 mL20 °C · A钢样溶液
标准溶液与钢样溶液(颜色由吸收光谱计算)
计算:钢样溶液含 MnO₄⁻ 和少量 Cr₂O₇²⁻(钢中的铬被同时氧化),吸光度 = Σ εbc + 0.004 的试剂空白,再加杂散光和 σ_T = 0.0005 的确定性噪声。移液管与容量瓶带 A 级允差内的确定性误差。锰含量(0.35–1.4 %)与铬含量(0.3–1.2 %)由样品编号决定。KMnO₄ 与 K₂Cr₂O₇ 的谱带为锚定文献 ε 的教学拟合(MnO₄⁻:526/546 nm,440 nm 处 ε ≈ 95;Cr₂O₇²⁻:440 nm 处 ε ≈ 369,545 nm 处 ≈ 11)。

操作步骤

  1. 看钢样编号和称样量:约 0.5 g 钢样已用硝酸–磷酸溶解,锰用高碘酸钾氧化为 MnO₄⁻,定容至 250.0 mL。
  2. 比较 KMnO₄ 标准与钢样溶液的吸收光谱,在 440、480、526、546、580 nm 中选择分析波长。
  3. 用 1.000 × 10⁻³ M KMnO₄ 储备液配制 1–5 × 10⁻⁴ M 的五个标准,在所选波长测全部标准和两三个试剂空白。
  4. 测钢样溶液 3–5 次,由校准线求 MnO₄⁻ 浓度及其置信区间,换算成钢中锰的质量分数。
  5. 揭晓真值,再换一个波长(例如 440 nm)重做一遍,比较结果。

注意观察

  • KMnO₄ 在 526 与 546 nm 有两个几乎等高的吸收峰;钢样溶液在 440 nm 附近比标准多出一截——那是 Cr₂O₇²⁻。
  • 在 440 nm 测量,校准线斜率小、钢样结果明显偏高;在 546 nm,铬几乎不吸收,结果准确。
  • 换波长后,旧的读数全部作废:校准必须与样品在同一波长、同一条件下测量。

真实实验室

  • 溶样用的硝酸、磷酸和高碘酸钾都有腐蚀性或氧化性:戴护目镜和手套,在通风橱中加热;磷酸还能络合 Fe³⁺,消除它的黄色。
  • 用待测溶液润洗比色皿,擦净透光面;每批测量前用试剂空白调零。
  • 高锰酸根在含有机物或还原剂的溶液中会慢慢褪色:标准和样品都要新配、尽快测量。
  • Cr(VI) 有毒、致癌,废液要单独收集并还原处理。

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