分光光度法测生活用水中铜离子浓度的研究.doc

毕 业 设 计说 明 书设计题目： 分光光度法测生活用水中铜的研究 班 级： 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 2012 年 6 月 10 日毕 业 答 辩 成 绩毕 业 答 辩 评 语成绩 答辩组组长 2012年 月 日毕业设计总评成绩 系主任： 2012年 月 日 毕 业 设 计 评 阅指 导 教 师 评 语成绩： 指导教师： 2012年 月 日评 阅 人 评 语评 阅 人 2012年 月 日化工系毕业设计（论文）任务书一、题目： 分光光度法测生活用水中铜离子浓度的研究 设计学生姓名 常青 二、题目说明：本次题应达到的基本要求（包括原始数据、计算、图表）1.学会722S型分光光度计的使用方法、原理，了解此仪器的性能。2.掌握生活用水中铜的测定方法。3.要求准确记录原始数据、图表规划合理、齐全，计算结果准确。4.准确配制各类标准溶液、准确绘制标准曲线、正确记录数据、并处理数据。5.写出条理清晰的完整论文。三、题目进度安排（步骤、程序、时间）1、第2-3周：查阅文献资料，了解研究内容、原理、方法。2、第4-5周：熟悉实验室、实验方法；准备仪器、药品，配制溶液，达到实验基本要求。3、第6-8周：根据单一变量的原则对最佳工艺条件(最大吸收波长、显色时间、PH值、显色剂用量)进行优化。4、第 9 周：绘制标准曲线。5、第10-11周：做加标试验。6、第12周：分析水样。7、第13-14周：检测干扰离子对实验的影响8、第15-17周：撰写论文，准备答辩。交出任务日期： 2012 年 3 月 21 日；完成日期 6 月 10 日学生交出全部设计（论文）期限 2012 年 6 月 10 日指导教师 学生签名 分光光度法测生活用水中铜离子浓度的研究摘 要本实验采用分光光度法对生活用水中铜离子测定进行研究。实验首先对影响铜离子含量测定的因素，如波长、时间、PH值和铜试剂用量等采用单一变量法逐一进行优化，选出最佳测定条件；在最佳条件下，绘制出铜离子标准曲线；再将自来水样进行酸化处理，通过测量其吸光度，从而得到其铜离子准确含量。实验结果表明：分光光度法测铜的最佳条件为最大吸收波长450nm、最佳显色时间1min、最佳pH值9、最佳铜试剂用量为3.00mL；最佳条件下，铜离子浓度在0.063.20g/mL时，铜离子浓度与吸光度值之间符合朗伯-比尔定律，具有良好的线性关系，其线性相关系数r为0.9894，加标实验回收率为97.89%。 关键词：分光光度法 铜离子 铜试剂 生活用水 SPECTROPHOTOMETRY OF COPPER ION CONCENTRATION IN WATERRESEARCHABSTRACT This experiment used spectrophotometric method for determination of copper in water ion. The experiment of copper ions first influence content determinatio of actors, such as the wavelength, time, PH value and copper reagent, such as the dosage of USES a single variable method by optimization, select the best determination conditions; In the best condition, rendering the copper ions standard curve; Again the day bear lake samples, through measuring the acidification treatment, so as to get the absorbency of copper (accurate content. The experimental results show that: spectrophotometric method for measuring the best conditions for copper maximum absorption wavelength 450 nm, best show color time 1 min, best pH value and, best copper reagent consumption is 3.00 mL; The best conditions, copper the concentration of the ions in 0.06 3.20 g/mL, copper ion concentration and absorbency between value with lang beers law, has the good linear relationship, the linear correlation coefficient is 0.9894, and mark r the recovery is 97.89%. KEY WORDS: spectrophotometry copper ions copper reagents water目 录第1章 综述11.1水中铜离子的来源11.2 铜离子的危害及处理现状11.3 测定水中铜元素的主要方法11.3.1 常规分光光度法21.3.2催化动力学分光光度法21.3.3三元缔合物体系31.3.4 萃取光度分析41.3.5 固相光度法41.3.6 流动注射一光度联用技术51.4 本次课题研究的意义及内容5第2章 实验部分62.1 实验原理62.2仪器与试剂62.2.1 仪器62.2.2 试剂62.3 试验方法62.3.1 单一变量法工艺条件的优化62.3.2 标准曲线的绘制72.3.3水样分析82.3.4 干扰实验8第3章 结果与讨论103.1 铜配合物最大吸收波长的测定结果与讨论113.2 显色时间对吸光度值的影响113.3 pH值对反应的影响123.4 铜试剂用量对吸光度值的影响133.5 检出限的测定143.6 标准曲线的绘制153.7 精密度的测定和加标试验163.7.1 精密度的测定163.7.2 加标试验163.8 水样分析173.9 干扰实验183.9.1 钠离子存在对反应的干扰183.9.2 镁离子的存在对反应的影响193.9.3 镍离子的存在对吸光度值的影响203.9.4 铁离子的存在对吸光度值的影响21第4章 结论23参考文献24附录26致谢27分光光度法测生活用水中铜离子浓度的研究第1章 综述铜元素是水中金属元素的一种，是人体代谢过程中的必需元素，在红细胞的生成的组织中，铁有释放及骨骼中枢神经系统和结缔组织的发育中，铜均具有重要的作用。如：它可促使无机铁变为有机铁，促进铁由贮存场所进入骨髓，加速血红蛋白及卟啉的生成，在氧化还原体系中是一种极有效的催化剂。缺铜会引起贫血，并由 于黑色素不足，常形成毛发脱色症。甚至可产生白化病，有研究证明缺铜可引起心脏增大、血管变弱、心肌变性、心肌肥厚等症状，故与冠心病有关。但是如果铜过量对人体造成的危害也非常大。铜在人体中的含量要比铁少得多，仅为100200mg，过量的铜元素将会在人体的肝脏中积蓄，积蓄到一定量时会造成肝脏中毒。游离态铜离子的危害要比配合态铜大得多。过量的铜离子对许多水生生物有极大的负作用，缘由是过量的铜会抑制藻类酶的活性。在相同量级下，铜比铅、铬、锌、镍的毒性大。铜主要影响藻类的生长和光合作用，影响原生质膜的渗透性，使钾离子从细胞内流失。经铜处理过的黑色鞘丝藻的呼吸率增加、细胞内出现许多分散异物。当铜浓度为60ug/L时会抑制巨藻的光合作用。过量的铜还可引起小球藻和水华束丝藻为优势种的天然光和植物的光合色素消失。裸藻的光和作用明显地受到铜的抑制，它在含铜0.5mg/L时，水中光合作用抑制率达到60%。此外，在酸性水体中和处于最适宜温度时，铜离子毒性相应增加，而在硬度较大水体中，铜离子对藻类生物毒性降低。为及时、准确地监测水的质量，确保人们获得安全饮用水，我们建立了生活用水中铜离子浓度的分光光度法。1.1水中铜离子的来源 铜离子的来源主要是在冶炼、金属加工、机器制造及其他工业生产的过程中产生的。其中以金属加工、电镀工厂所排放的废水铜离子含量最高，废水含铜量可达几十至几百毫克每升。1.2 铜离子的危害及处理现状含铜废水排入水体，会严重影响水的质量。调查研究表明，当水中铜含量水会产生异味；超过15毫克/升，就无法饮用。 研究发现，灌溉水中硫酸铜对水稻危害的临界浓度为0.6毫克/升。若用含铜废水灌溉农田,铜在土壤和农作物中累积,会造成农作物特别是水稻和大麦生长不良，并会污染粮食籽粒。铜对水生生物的毒性亦很大，铜对鱼类毒性浓度始于0.002毫克/升,但一般认为水体含铜0.01毫克/升对鱼类是安全的。在一些小河中，曾发生铜污染引起水生生物的急性中毒事件；在海岸和港湾地区，曾发生铜污染引起牡蛎肉变绿的事件。 近几年，国内一些铜冶炼企业引进、开发了分步硫化法处理含铜废水。但这些处理工艺都存在诸多缺点，如工艺流程长、设施设备庞大、占地面积大、投资费用大、物料运输量大、运行费用高昂、有二次污染物产生、处理后的渣和水无法回收利用等。1.3 测定水中铜元素的主要方法铜在冶金、地质、生物、环境监测定、工业、农业、食品等许多部门都有重要应用, 因此人们对于铜含量的测定作了广泛的研究。目前测定铜的方法很多,包括电化学方法、光谱法、原子吸收法, 色谱法等, 其中由于光度分析不需昂贵的仪器, 操作较为简便而得到了广泛应用。本次文就近年来国内外关于分光光度法测定铜的研究进展作总结。1.3.1 常规分光光度法基于双环己酮草酞二腙（BCO）和铜的显色反应, 魏本郡1进行了一定的改正和补充, 使铜的测定准确度大大提高。司文会研究了双乙醛草酞二肼快速分光光度法, 提出了测定铜的新方法, 并用于粮食及饲料中铜的测定定。经过多次实验, 刘廷荣使铜-BCO这种不稳定络合物与乙醛作用, 生成稳定的紫红色的铜-双乙醛草酸二腙络合物, 在546nm处用分光光度法进行测定。取得了较好效果。王爱丽也做了类似的研究。同时, 铜-BAO显色体系也得到了改进(双乙醛草酞二腙法)。李永权对该法进行了探讨, 并测定定了茶叶中的铜。在酸性介质中, 铜与2-（5-溴-2-吡啶偶氮）-5-二乙氨基苯酚（5-Br-PADAP）生成有色物质, 在560nm波长处进行检测定。铜含量在00.4g/mL范围内符合比尔定律, 本次法无毒, 适用于粮食中微量铜的测定2。铜与水溶性卟啉TPPS4在酸性条件和抗坏血酸的存在下能形成1:1的络合物, 最大吸收波长412nm。摩尔吸光系数412 =2.03105Lmol-1cm-1 , 线性范围00.1g/mL, 可直接用于高纯铅中痕量铜的分析。李锐增等人用分光光度法测定了黄芪中铜的含量。方法是在氨水介质中, 以酒石酸钾钠为掩蔽剂, 铜离子与铜试剂生成黄棕色配合物, 于430nm波长下进行测定。该方法简便, 仪器易得, 所以便于在基层单位推广使用。R.Chaisuksant3基于在酸性介质中, 铜与5,8-二经基萘醌（Naph）生成4:6 的有色络合物, 建立了一种测定铜的常规分光光度法。同时, 很多新近合成的显色剂在铜的常规光度法中得到了应用。1.3.2催化动力学分光光度法催化动力学光度法是以测定量反应物浓度与反应速率之间的定量关系为基础, 用分光光度计、荧光光度计等作为检测定手段的一种动力学分析法。近年来金属离子对有机试剂的氧化还原褪色反应的催化作用研究日益增多, 包括催化氧化动力学光度法、催化还原动力学光度法、阻抑动力学光度法等。A Safavi等人提出了一个测定环境水中ng/L级铜的新催化动力学方法。在文献4中, 介绍了该方法是在25条件下, 在强碱性介质中, 铜能强烈催化硫酸钠对丽春红S的褪色作用, 铜含量在2400ng/mL范围内符合比尔定律。在文献5中,Gaston Adrian Crespo探讨了Cu-DPC(二苯碳酰二肼）显色的内在机制, 指出铜对DPC形成DPCO起催化作用,在一定的条件下可以检测定铜-DPCO（苯基缩二氨基脲, 二肼羰的氧化产物）这一复杂螯合物。在盐酸介质中铜催化过氧化氢氧化酸性铬蓝K褪色是一个动力学光度法测定痕量铜的新方法, 并用于饮用水中铜的测定。张志兵等人研究了在弱酸性介质中微量铜催化H2O2氧化罗丹明B和甲基橙褪色的指示反应。张江根据铜能显著催化溴酸钾氧化结晶紫褪色, 以CTMAB为增敏剂, 在磷酸介质中建立了另一催化光度法测定痕量铜的新方法, 此法检出限为8.310-7gL-1, 并用于测定板蓝根中铜。王琳用催化动力学光度法成功测定了人发和指甲中的铜。丁素芳研究了磷酸介质中铜催化抗坏血酸还原钼酸铵生成钼蓝的反应,00.024g25mL-1 , 检测定限为1.5410-11gmL-1 。张东等报道, 在醋酸介质中, 铜能灵敏地阻抑高碘酸钾氧化玫瑰桃红R的褪色反应而达到测定痕量铜的目的。此方法检出限为0.3910-3g/mL。王爱香利用阻抑动力学光度法测定了水和人发中的铜。在硫酸和硫氰酸铵存在下, 朱展才报道了氧化孔雀绿缔合物褪色反应间接测定痕量铜的新方法, 测定波长780nm。Cu2+浓度在060gL-1 范围内服从比尔定律6。1.3.3 三元缔合物体系把由表面活性剂、被测定组分和显色剂所组成的显色反应体系简称为三元缔合物体系。该体系的形成在缔合物的特征吸收方面表现为红移和颜色的增加, 显色反应的灵敏度提高。在光度分析中, 应用最广的是混合配位络合物、离子缔合物以及有表面活性剂参与的三元缔合物。曹连城7报道了基于溴化十六烷基吡啶（CPB）对二苯碳酰二肼（DPC）-Cu（）体系有强烈的增敏作用而建立起测定水中微量铜的新方法。该方法表观摩尔吸光系数10=1.65106Lmol-1cm-1。程永华采用铜-硫氰酸盐-罗丹明B三元配合物光度法测定纯铝中微量铜。铜-硫氰酸盐罗丹明B-明胶-乳化剂OP体系分光光度法测定微量铜, 在明胶-乳化剂OP存在下, 6mol/L的硫酸介质中, 铜与硫氰酸盐和罗丹明B生成三元缔合物,最大吸收波长595nm, 铜含量在05.00g/25mL范围内服从比尔定律, 并用于绿茶中微量铜的测定8。尹哲俊改用明胶和聚乙烯醇做了类似研究, 605=2.3105Lmol-1cm-1。吕明采用铜-茜素红S-甲基紫-聚乙烯醇体系光度法测定痕量铜, 线性范围00.34g/mL。Manisha Thakur利用Cu()-PAN-（TX-100）-DPBA体系测定了土壤和空气灰尘中的微量铜（检测定限2ng/mL）。在氯化十六烷基吡啶和TritonX-100的存在下, 控制硼酸缓冲溶液pH=9.7, 铜-9-苯基-2,3 ,7-三羟基-6-荧光酮（PF）生成的有色络合物在595nm处有最大吸收。该方法线性范围为0.04-0.4ug/mL, 检出限0.028ug/mL。蔡耀中研究了Cu()-SAF-PVA-Tween-20 显色反应的条件及其应用, 563=1.68105Lmol-1cm-1。铜-5-硝基水杨基荧光酮-N-氯化十六烷基吡啶分光光度法用于环境水样中微量铜的测定, 结果满意。冯泳兰9研究发现, 铜-邻羟基萘基荧光酮一溴化十六烷基三甲铵这一反应体系, 其最大吸收波长在560nm处, 表观摩尔吸光系数为又护1.00105Lmol-1cm-1。在聚乙烯醇保护下, 铜与钨酸盐和碱性染料（罗丹明B 、丁基罗丹明B、耐尔兰)形成离子缔合物, 表观摩尔吸光系数值高达106。在pH3.8的克拉克-鲁布斯缓冲溶液中, 甲基橙-铜-溴化十六烷基三甲胺（CTMAB）生成稳定的三元胶束络合物, 聚乙烯醇对其有增溶增稳作用, 大大提高了显色反应的灵敏度（580=2.95106Lmol-1cm-1）, 铜浓度在0.0040.024g/mL范围内与吸光度成线性关系。并且已经成功的用于人发中铜含量的测定。1.3.4 萃取光度分析这是将萃取分离与光度分析两者结合在一起进行的。用萃取方法将被测定组分分离富集中, 然后测定。由于许多萃取剂同时也是显色剂, 因而可以在有机相中直接光度测定。这种方法不但可以提高被测定组分的浓度, 而且可以减少基体成分的干扰, 在痕量分析中广泛应用。测定清洁水样中的痕量铜, 液-液萃取为最常用的富集手段。铜与铜试剂(简称DDTC)形成的络合物在水中溶解度很小, 通常是用四氯化碳萃取后进行分光光度分析10。余金保在弱碱性条件下采用萃取光度法测定茶叶中可溶性微量铜。赖丰英用异戊醇萃取后测定有机相, 线性范围为10-20g/50mL。孙登明基于铜对过氧化氢氧化二苯碳酰二肼反应生成二苯卡巴腙具有催化作用, 铜和二苯卡巴腙的显色产物能被氯仿萃取使有机相吸光度的增加, 从而建立了催化-萃取光度法测定铜的新方法。方法的线性范围为5.0-500g/mL, 直接用于水、铝合金和岩石中铜的测定。碘一四氯化碳萃取光度法的灵敏度较碘量法得到了提高, 成功用于矿石以及食品和水中痕量铜的分析。王雁阳提出了“ 等色染料离子对萃取光度法” , 具有较高的灵敏度（560=2.45106Lmol-1cm-1）。张焕弟11探讨了Cu()催化过氧化氢氧化染料离子对褪色的新指示反应, 铜含量在0.252g/L范围内服从比尔定律, 检出限为0.1g/L。该方法为催化动力学的终止反应提出了广泛的快速有效的办法。近年来固相萃取富集技术在分析化学领域内得到了广泛应用。固相萃取具有富集倍数高, 环境污染小, 不易乳化, 节省时间等优点。在用亚试剂固相萃取光度法测定水中微量铜的文献12中, 选用pH4.5HAc-NaAc缓冲溶液控制酸度, 在吐温-80的增溶作用下, 生成的配合物以水溶液通过固相萃取小柱并被富集, 在530nm处测定定乙醇洗脱液的吸光度, 建立了一种测定定水样中g/L级铜含量的新方法。类似的研究还有很多。Yadollah Yamini把膜技术应用到了铜的光度分析中, 在水样中痕量铜的测定上应用得到满意的结果。1.3.5 固相光度法固相光度法是把分离富集与测定结合于一体的快速、简便、灵敏的分析方法。研究的固相载体主要有树脂、泡沫塑料、硅胶、滤纸、结晶萘等。常用的测定方法是透射分光光度法、固相反射分光光度法。在酸性条件下, 铜与锌试剂生成绿色配合物, 与717型强碱性阴离子交换树脂交换吸附, 在640m处进行树脂相分光光度法测定。表观摩尔吸光系数比水相提高了11倍13。在NaAc-HAc(pH4)介质中, 铜-8羟基喹啉显色络合物能定量被萘萃取,以双波长等吸收点法测定量萘相的吸光度差。铜在01.5g/mL范围内符合比尔定律。史峰山14等人提出了一种新的固相光度法-蜡相光度法。以柠檬酸铵和EDTA为掩蔽剂, 在pH8.0的NaH2PO4-Na2HPO4以缓冲溶液中, 铜与铜试剂反应生成的有色物质被固定在石蜡中, 于438nm处测定吸光度。铜含量在00.4g/mL浓度范围内服从比尔定律。1.3.6 流动注射-光度联用技术余萍15等利用螯合树脂柱分离出干扰元素, 同时把铜富集在树脂上, 然后以混合显色液（3,5-diBr-PADAP-乳化剂OP-乙醇-磷酸）作为淋洗液, , 将铜洗脱并显色直接在632nm处测定定吸光度, 检出限1.85ng/mL(分析速度14样/h)。Norio Teshimay16等人指出, 在1, 10-邻二氮杂菲存在下, 铜对铁()氧化半胱氨酸具有催化作用, 建立了催化动力学光度法-FIA联用的新方法。该方法检出限是0.04ng/mL, 0.110ng/mL, 范围内服从比尔定律。1.4 本次课题研究的意义及内容铜是生活饮用水卫生标准中的必测指标,水中铜超过5mg/L时,使水有色并产生苦味,超过1mg/L时,无法饮用并可使洗过的衣服有色17。目前我国对生活饮用水中铜的测定主要采用二乙氨基二硫代甲酸钠比色法和原子吸收分光光度法17。前者具有须萃取、费时、试剂有毒且不稳定、所需水样量大等缺点;后者所需仪器昂贵、测定费用高、难以在基层实验室普及。本文采用722S分光光度法测定生活饮用水中微量铜,具有操作简便快速、结果准确可靠、重现性好、测定费用低、且具备测量结果数字显示,适合在基层实验室推广应用。本次实验采用分光光度法对生活用水中铜离子含量进行研究。实验首先将对影响铜离子含量测定的因素采用单一变量法逐一进行优化，例如最大吸收波长、显色时间、PH值和显色剂用量等，选出最佳测定条件。在最佳测定条件下，绘制出铜离子标准曲线；将自来水样进行酸化处理，通过测定其吸光度，从而得到其中铜离子的准确含量。35第2章 实验部分2.1 实验原理17在pH=9的碱性氨溶液中，铜离子与铜试剂（二乙基二硫代氨基甲酸钠，简写为DDTC-Na）作用生成摩尔比为1:2的黄棕色胶体配合物。当水样中含铜较高时，可在水相中直接测定。其最大吸收波长为450nm，在测定定条件下，有色配合物可稳定45min。2.2仪器与试剂2.2.1 仪器：722S型光栅分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；分析天平：上海精密科学仪器有限公司；玻璃仪器：100mL容量瓶、50mL容量瓶、玻璃棒、移液管、烧杯、胶头滴管、洗耳球等若干。2.2.2 试剂：（1）1000ug/mL铜标准储备液：称取0.9820gCuSO4.5H2O溶于少量水中，滴入几滴硫酸，冷却后移入250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，此溶液1mL含有1mg铜。（2）20ug/mL铜标准溶液：取10mL铜标准储备液于500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，即配成20ug/mL的铜标准溶液。（3）540mg/mL铜试剂标准溶液：称取0.2700g铜试剂，加水溶解，然后将其移入500mL容量瓶中加水稀释至刻度，摇匀，即配成540mg/mL的铜试剂标准溶液。（4）浓硝酸（分析纯）、浓氨水（分析纯）2.3 试验方法2.3.1 单一变量法工艺条件的优化2.3.1.1 铜配合物的最大吸收波长的测定准确移取10.00mL20ug/mL的铜标准工作溶液于100mL的容量瓶中，向其中加入3.00 mL 540mg/mL的铜试剂标准溶液，用去离子水定容。在pH=6、铜标准工作溶液的浓度为2.0ug/mL的条件下在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液，在350480nm之间，选择16个波长进行测定，变换吸收波长测定其吸光度值A。做出吸光度-波长表并根据吸光度-波长表以吸光度值A作纵坐标以波长作横坐标绘制吸光度-波长曲线图，在吸光度-波长曲线图找出最佳波长区间。2.3.1.2 反应时间对吸光度值的影响准确移取10.00mL20ug/mL的铜标准溶液加入100mL的容量瓶中，加入3.00mL 540mg/mL的铜试剂标准溶液，加去离子水至刻度线定容，摇匀。在pH=6、最佳波长、铜标准工作溶液的浓度为2.0ug/mL的条件下，在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液从1min到50min选择12个时间段进行测定试。测定定其吸光度值，做出吸光度-反应时间表并根据吸光度-波长表以吸光度值A作纵坐标以反应时间t作横坐标绘制吸光度-反应时间曲线图，在曲线图上找出最佳反应时间段。2.3.1.3 pH值对反应的影响准确移取10.00mL20ug/mL的铜标准溶液加入100mL的容量瓶中，加入3.00mL的540mg/mL的铜试剂标准溶液，加去离子水至刻度线定容，摇匀。在最佳波长、最佳反应时间段、铜标准工作溶液的浓度为2.0ug/mL下，在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液从pH=114之间选择10个值进行测定，做出吸光度A-pH表，并根据吸光度A-pH表以吸光度值A作纵坐标以pH作横坐标绘绘制吸光度-pH曲线图，在曲线图上找出反应最稳定时的最佳pH值范围。2.3.1.4 显色剂用量对吸光度值的影响在16号 100ml容量瓶中分别准确移入10.00mL浓度为20ug/mL的铜标准溶液，依次加入1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL540mg/mL的铜试剂标准溶液，用去离子水定容，在pH=6、最佳波长，最佳反应时间段内、铜标准工作溶液的浓度2.0ug/mL条件下在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液测定等量标准铜溶液不同量铜试剂反应的吸光度，做出吸光度A-铜试剂表并根据吸光度-铜试剂用量表以吸光度值A作纵坐标以铜试剂用量作横坐标绘绘制吸光度-铜试剂用量曲线图，在图上找出最佳的铜试剂用量。2.3.2 标准曲线的绘制向19号100mL容量瓶中依次加入2.00、4.00、6.00、8.00、10.00、12.00、14.00、16.00、18.00mL20ug/mL铜标准溶液，加入过量的铜试剂标准溶液，用分析纯氨水调节pH值到9左右，用去离子水定容，在pH=9、最佳波长、最佳反应时间、铜标准工作溶液的浓度为2.0ug/mL、最佳铜试剂用量的条件下在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液进行测定.做出吸光度A-铜离子浓度表，并根据此表以吸光度A作纵坐标铜离子浓度作横坐标绘制吸光度A-铜离子标准曲线图。2.3.3水样分析取自来水500mL置于烧杯中，加入浓硝酸调pH=12，加热样品约半小时至微沸，沉淀，待冷却后取上层清液待测定。移取50ml处理过的水样加入100mL容量瓶中，加入3.00mL540mg/ml的铜试剂标准溶液，用分析纯氨水调节pH到9左右，用去离子水定容，在pH=9、最佳波长、最佳反应时间、铜标准工作溶液的浓度为2.0ug/mL、最佳铜试剂用量的条件下在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液测定溶液的吸光度值。按以上步骤对该实验进行5次平行测定。2.3.4 干扰实验2.3.4.1 钠离子存在对反应的干扰在19号100mL容量瓶中分别移入10.00mL20ug/mL的铜标准溶液，再加入3.00mL 540mg/mL的铜试剂标准溶液，并依次加入0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、6.50、7.00mL4mg/mL的硫酸钠溶液。加去离子水至刻度，摇匀。在pH=6、最佳波长、最佳反应时间、浓度为2.0ug/mL、最佳铜试剂用量的条件下在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液进行干扰测定，做出吸光度-钠离子浓度表，并根据此表以吸光度A作纵坐标钠离子浓度作横坐标绘制吸光度-钠离子浓度曲线图。2.3.4.2 镁离子的存在对反应的影响在17号100mL容量瓶中分别准确移入10.00mL20ug/mL的铜标准溶液，再加入3.00mL540mg/mL的铜试剂标准溶液，并依次加入0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL200ug/mL的硫酸镁溶液。加去离子水至刻度定容，摇匀。在pH=6、最佳波长、最佳反应时间、铜标准工作溶液的浓度为2.0ug/mL、最佳铜试剂用量的条件下在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液进行干扰测定，做出吸光度-镁离子浓度表，并根据此表吸光度A作纵坐标镁离子浓度作横坐标绘制吸光度-镁离子浓度曲线图。2.3.4.3 镍离子的存在对吸光度值的影响在15号100mL容量瓶中分别移入10.00mL20ug/mL的铜标准溶液，再加入3.00mL 540mg/mL的铜试剂标准溶液，并依次加入0、1.00、2.00、3.00、4.00mL10ug/mL的氯化镍溶液。加去离子水至刻度，定容摇匀。在pH=6、最佳波长、最佳反应时间、铜标准工作溶液的浓度为2.0ug/mL、最佳铜试剂用量的条件下在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液进行干扰测定，做出吸光度-镍离子浓度表并根据此表以吸光度A作纵坐标镍离子浓度作横坐标绘制吸光度-镍离子浓度曲线图。2.3.4.4铁离子的存在对吸光度值的影响在15号100mL容量瓶中分别移入10.00mL20ug/mL的铜标准溶液，再加入3.00mL 540mg/mL的铜试剂标准溶液，并依次加入0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL10ug/mL的氯化铁溶液。加去离子水至刻度，定容摇匀。在pH=6、最佳波长、最佳反应时间、铜标准工作溶液的浓度为2.0ug/mL、铜标准工作溶液的浓度为2.0ug/mL条件下在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液进行干扰测定，做吸光度-铁离子浓度表并根据此表以吸光度A作纵坐标铁离子浓度作横坐标绘制吸光度-铁离子浓度曲线图。第3章 结果与讨论3.1 铜配合物最大吸收波长的测定结果与讨论移取10.00mL20ug/mL的铜标准溶液于100mL的容量瓶中，向其中加入3.00mL540mg/mL的铜试剂标准溶液，用去离子水定容，摇匀。在pH=6、铜标准工作液浓度为2.0ug/mL、铜试剂用量为3.00mL的条件下在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液在350480nm之间，选择16个波长进行测定，变换吸收波长测定定其吸光度值A，如表3.1并根据此表绘制图3-1。表3.1 铜配合物的吸收波长350360370380385390395400A0.1380.1200.1310.1340.1340.1300.1400.150410420430440450460470480A0.1700.2200.2700.3340.4010.4030.4010.382图3-1 吸光度-吸收波长曲线图00.050.10.150.20.250.30.350.40.45350360370380385390395400410420430440450460470480/nm吸光度值当用分光光度计测定被测溶液的吸光度时，首先要选择合适的入射波长。选择入射波长的依据是该被测定物质的吸收曲线。在一般情况下，应该选择最大吸收波长作为入射波长。在最大波长附近波长的稍许偏移引起的吸光度的变化较小，可得到较好的测量精度，而且以最大波长为入射光测定灵敏度。但是，如果最大吸收峰附近有干扰存在（如共存离子或所使用试剂有吸收），则在保证有一定灵敏度情况下，可以选择吸收曲线中其他波长进行测定（应选择曲线较平坦处对应的波长），以消除干扰。由图3-1可以看出随着吸收波长的增加吸光度在整体上呈现上升趋势，但波长在350400nm时铜离子的吸光度值变化不大，上升趋势很小；吸收波长在400450nm之间时铜离子的吸光度值变化很大，上升趋势很明显；吸收波长在450470nm之间时铜离子的吸光度值变化不大；在470480nm时吸光度值之间差距又逐渐变大。从整体图上来看吸收波长在450470nm范围内，铜离子的吸度值最大，且曲线变化幅度不大呈平稳状态，在这一范围内，吸收波长在450nm处铜离子吸光值最大，因此，本次实验的最佳吸收波长选定为450nm。3.2 显色时间对吸光度值的影响移取10.00ml20ug/mL的铜标准溶液加入100mL的容量瓶中，加入3.00mL540mg/mL的铜试剂标准溶液，加去离子水至刻度线定容，摇匀。在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液从1min到50min选择12个时间段在pH=6、吸收波长为450nm、工作液为2ug/mL、铜标准工作溶液的浓度为2.0ug/mL、铜标准试剂用量为3.00mL的条件下，对反应时间进行有优化，如表3.2所示。表3.2 反应时间对吸光度值影响t/min135101520A0.4030.4030.4030.4020.4020.402t/min253035404550A0.4020.4020.4020.4020.4010.319由于铜标准溶液有与铜试剂反应生成的黄棕色络合物不用加显色剂24，因此本次实验根据单一变量法在pH=6的条件下对反应时间进行优化时，只考虑铜标准溶液与铜试剂反应显色后颜色保持稳定的时间。由图3-2可以看出铜标准溶液与铜试剂的反应时间在145min范围内铜离子的吸光度几乎无变化，曲线呈平稳状态，但反应时间在45min以后铜的吸光度值迅速下降。由图3-2可得出结论：铜标准工作溶液与铜试剂反应迅速，图3-2 吸光度-反应时间曲线图00.050.10.150.20.250.30.350.40.45135101520253035404550t/min吸光度值A几乎两者一接触就立刻开始发生反应，且反应物状态稳定；由图3-2可看出铜标准工作溶液与铜试剂的反应产物在测定定条件下可稳定45min。所以，本次实验的最佳测定定时间段选为1min。3.3 pH值对反应的影响在110号容量瓶中分别移入10.00mL20ug/mL的铜标准溶液，再加入3.00mL540mg/mL的铜试剂标准溶液，并在13号容量瓶中依次加入3.68ug/mL的硫酸2.00、5.00、8.00ml调节pH值，用去离子水定容，摇匀。在波长为450nm、反应时间为1min、标准铜工作液为2.0ug/mL的条件下，在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液测定定其吸光度值，结果如表3.3所示。表3.3 pH7时的吸光度值AV/mL02.005.008.00pH6531A0.4010.3600.3710.376在410号容量瓶中依次加入0.30、0.50、1.00、3.00、5.00、8.00mL分析纯氨水调节pH值，用去离子水定容，在波长为450nm、反应时间为1min、标准铜工作液为2.0ug/mL、铜标准试剂用量为3.00mL的条件下，在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液测定其吸光度值，结果见表3.4。表3.4 pH7时的吸光度值AV/mL0.300.501.003.005.008.00pH789101112A0.4100.4110.4200.4180.4190.420由表3.3和3.4可综合做出图3-3如下所示：图3-3 吸光度-pH曲线图0.340.350.360.370.380.390.40.410.420.431356789101112pH吸光度值A 在波长为450nm、反应时间为1min、铜标准工作液为2.0ug/mL、铜标准试剂用量为3.00mL时对铜离子的吸光度进行优化，寻找最佳的pH值。所谓最佳的pH值就是pH值在某一数值以后，铜标准工作液与铜试剂反应的产物的吸光光度开始趋于平稳的第一个拐点。由图3-3可以看出pH在15时铜标准工作液与铜标准试剂的反应产物的吸光度值逐渐减小，曲线逐渐降低，但降低幅度很小；pH在56时 曲线迅速上升；pH在69时曲线上升的速度减缓，幅度减小；pH在912时曲线趋于平稳。由上图可以看出反应产物的吸光度在pH为912时变化不大，且在pH=9时取得最大值。因此，本次实验选择pH=9左右时为最佳pH，此状态下能使铜试剂标准溶液稳定存在。3.4 铜试剂用量对吸光度值的影响在16号 100mL容量瓶中分别移入10.00mL浓度为20ug/mL的铜标准溶液，依次加入1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL540mg/mL的铜试剂标准溶液，用去离子水定容，在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液在450nm处测定定其吸光度值，结果如表5所示。表3.5 不同量的铜试剂所对应的吸光度值AV/ml123456A0.2480.3400.4180.4180.4180.418图3-4 吸光度-铜试剂用量曲线图00.050.10.150.20.250.30.350.40.45123456V/ml吸光度值A在波长为450nm、反应时间为1min、pH=9左右、铜标准工作液为2.0ug/mL的条件时对铜离子的吸光度进行优化，寻找最佳的铜试剂用量。所谓最佳铜试剂用量就是当同一浓度的铜试剂加入到一定量时，铜标准工作液浓度与铜试剂的反应产物的吸光度值不发生变化时的第一个拐点。由上图可以看出铜试剂的用量在1.003.00mL时，反应产物的吸光度值随铜试剂的用量的增加而增大，当铜试剂用量超过3.00mL时,反应产物的吸光度值不变。当铜试剂用量为3.00mL时吸光度值达到最大点，并且当铜试剂用量增大时吸光度值不变。因此，本次实验选定最佳铜试剂用量为3.00mL。3.5 检出限的测定移取3.00mL540mg/mL的铜试剂标准溶液加入100mL容量瓶中，调节pH值到9左右。用去离子水定容，摇匀。在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液选定波长为450nm测定定其吸光度值，反复做五次，结果如表3.10所示。表3.10 所测定吸光度值n12345678910A0.0070.0080.0070.0070.0070.0070.0080.0080.0080.007由空白实验根据公式Dc=c3/ADm=cV3/A=（Ai-A）/n-1 式中，Dc为相对检出限，ug/mL；Dm为绝对检出限，g；c为待测定溶液浓度，g/mL；V为溶液体积，mL可计算出该方法测定得铜的检出限为0.031ug/mL，测定定下限为0.10ug/mL。3.6 标准曲线的绘制向19号100mL容量瓶中依次加入2.00、4.00、6.00、8.00、10.00、12.00、14.00、16.00、18.00mL20ug/mL铜标准溶液，加入过量的铜试剂标准溶液，用分析纯氨水调节pH值到9左右，用去离子水定容，在450nm处测定定溶液的吸光度值A，绘制标准曲线。表3.11 铜的标准曲线编号12345678910V/mL02.004.006.008.0010.0012.0014.0016.0018.0000.40.81.21.62.02.42.83.23.6A0.0590.0830.1580.2430.3100.4100.4900.5800.6500.450铜离子标准曲线00.10.20.30.40.50.60.700.40.81.21.622.42.83.23.6吸光度值A标准曲线的绘制是原子分光光度法测定水中铜的核心内容，所绘制的标准曲线的相关系数必须在0.9990以上，否则最后所测定得的水中铜的浓度不准，标准曲线可以反映出实验过程中的一些信息。由上图可以看出当铜离子的浓度在0.013.20ug/ml时，反应产物的吸光度值随铜离子浓度的增加而增加，即在0.013.2ug/ml范围内，A与铜离子浓度之间具有良好的线性关系，线性回归方程为A=-0.0032+0.0269x，相关系数r=0.9994，当铜的浓度再增加时，吸光度值下降，比尔定律被破坏。试验中的现象：是当铜的浓度再增加时，出现了棕色的沉淀，铜的浓度继续增大时，沉淀变为絮状，此时线性关系被破坏，不遵守比尔定律。3.7 精密度的测定和加标试验3.7.1 精密度的测定取15个100mL的容量瓶，成三组做平行测定定，分别向每组瓶中加入3、7、12mL20ug/ml的铜标准溶液加入过量的铜试剂标准溶液，用分析纯氨水调节pH到9左右，用去离子水定容在450nm处测定定溶液的吸光度值，进行5次平行测定定。表3.12 精密度的测定定n12345sRSD(%)A0.0920.0950.0920.0910.0900.0921.72A0.2020.1980.2020.2030.2010.2010.74A0.4950.4990.4930.4940.4960.4940.39实验结果表明：当水中铜离子的浓度达到与铜试剂充分反应后，吸光度值A位于0.090.5之间时，具有良好的精密度。3.7.2 加标试验取3只100mL容量瓶编号为1#、2#、3#，分别用移液管准确移取2.00mL20ug/mL的铜标准溶液于1#、2#、3#容量瓶中，依次加入3.00mL 540mg/L铜试剂标准溶液，加去离子水至刻度定容，摇匀。然后2#、3#在定容的基础上，再在容量瓶中依次加入2.20、2.40mL20ug/mL的铜标准溶液，加去离子水至刻度定容，摇匀。 在45min内，在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液，在450nm波长处测定铜的吸光度，根据吸光度在标准曲线上找出对应的铜含量，并计算出回收率如表3.13所示。表 3.13 加标试验项目加标前A加标前(ug/mL)加标量m(ug)加标后A加标后(ug/mL)回收率（%）平均回收率（%）10.1890.440.2940.8497.4097.8920.1890.480.3030.8898.38实验结果表明：用此方法分析水样中的回收率为97.89%，因此，用此方法分析水中铜离子可获得较高的准确度，本次方法可行。3.8 水样分析取天然河水(自来水)500mL置于烧杯中，加入浓硝酸调pH=12，加热样品约半小时至微沸，沉淀，待冷却后取上层清液待测定。移取50mL处理过的水样加入100mL容量瓶中，加入3.00mL 540mg/mL的铜试剂标准溶液，用分析纯氨水调节pH到9左右，用去离子水定容，摇匀。在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液设定波长为450nm测定定其吸光度值。做十次平行试验。结果如表3.14所示表3.14 水样分析结果序号12345V水样（mL）50.0050.0050.0050.0050.00A0.0140.0150.0150.0150.016（mg/L）0.0840.0870.0890.0880.093平均（mg/L）0.088绝对偏差-0.0050000.005相对偏差-0.0010000.001平均相对偏差(%)0.04实验结果表明：用分光光度法测定自来水中铜离子的平均浓度为0.088mg/L，此方法的平均相对偏差为0.04%。3.9 干扰实验分别用钠离子、钙离子、镁离子、镍离子、铁离子等对铜离子进行测定。3.9.1 钠离子存在对反应的干扰在19号100mL容量瓶中分别移入10.00mL20ug/mL的铜标准溶液，再加入3.00mL540mg/mL的铜试剂标准溶液，并依次加入0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、6.50、7.00mL4mg/mL的硫酸钠溶液，加去离子水至刻度线定容，摇匀。在pH=9左右、波长为450nm、时间为1、铜标准工作溶液浓度为2.0ug/mL、铜试剂用量为3.00mL的条件下在722型分光光度计上用1cm比色皿，以水为参比溶液测定其吸光度值，如表3.6所示。表3.6 Na+的存在对吸光度值的影响n123456789V/mL01.002.003.004.005.006.006.507.00（ug/mL）(Na+)04080120160200240260280A0.4040.4040.4010.3950.3990.4020.3980.2100.170图3-5 吸光度-钠离子浓度曲线图00.050.10.150.20.250.30.350.40.4504080120160200240260280(Na+)吸光度值A