試液中鐵離子的比色 化學乙級技術士訓練教材 第四題第二站 台北市立松山工農化工科 教師：謝榮忠

內容大綱 操作目的 操作說明 相關知識 實驗步驟 實驗器材與藥品 結果報告 評分標準

1.操作目的 學習定量試樣中的鐵離子。 學習分光光度計的比色方法。 學習化學分析技術的操作與安全要領。

2.操作說明 配製標準溶液，製作吸收曲線及檢量曲線，由此定量試樣中鐵的含量。

3.相關知識 還原反應 螯合反應 比色定量

(1) 還原反應 試樣中的鐵離子( Fe3+)，以氫氯化羥胺(NH2OH‧HCl , Hydroxyamine)為還原劑，還原成亞鐵離子(Fe2+)。 反應式： 4Fe3+ + 2NH2OH → 4Fe2+ + N2O + H2O + 4H+

(2) 螯合反應 反應須於 pH 約 3.5 的水溶液中進行。 亞鐵離子(Fe2+)與二氮菲(1,10 -Phenanthroline ) 螯合反應成橘紅色的錯離子。 反應式： Fe2+ +3 C12H8N2 → [Fe(C12H8N2)3]2+ 二氮菲 鐵-二氮菲錯離子(橘紅色) 反應須於 pH 約 3.5 的水溶液中進行。

(3) 比色定量 配製標準溶液 找出最大吸收波長(λmax) 建立檢量線 測定未知液的濃度

(a)配製標準溶液 以純度高於 99.9% 的硫酸亞鐵銨( (NH4)2Fe(SO4)2‧6H2O)為基準試藥。 於量瓶中配製成不同濃度的鐵離子水溶液。 溶液中加入適量的顯色劑。 以檸檬酸鈉調整 pH 為 3.5。

(b)找出最大吸收波長(λmax) 取同一濃度的鐵離子溶液，以分光光度計測量波長460~560nm之間的吸收度，找出最大值，其對應的波長即為最大吸收波長(λmax)。 λmax

(c) 建立檢量線 以分光光度計設定波長為λmax，測量各個鐵標準溶液之吸收度(Absorbance) 以吸收度為橫座標(x)；鐵離子的濃度(ppm)為縱座標(y)，於方格紙上作圖，並作線性迴歸得出檢量線。 檢量線方程式 濃度(mg/L)= 截距(A) + 斜率(B) × 吸收度

(d)測定未知液的濃度 以配製標準溶液的相同方法，配製未知試樣溶液。 以分光光度計於相同的吸收波長下，測量未知試樣的吸收度。 將未知試樣的吸收度代入檢量線方程式，或以作圖法求取鐵離子濃度。

4.實驗步驟 (1)鐵標準溶液之配製 (2)還原劑溶液之配製 (3)吸收曲線之製作 (4)檢量曲線之製作 (5)試樣中鐵的定量

(1) 鐵標準溶液之配製 精稱約 0.15g 硫酸亞鐵銨，溶於10mL，0.5M H2SO4 中，加去離子水稀釋成250mL。

(2)還原劑溶液之配製 取 2g氫氯化羥胺，溶於10mL去離子水中，加微量固體檸檬酸鈉，以pH試紙試之，至pH約4.5，再加去離子水成20mL。

(3) 吸收曲線之製作 1.吸取2mL鐵標準溶液於燒杯中。 2.滴定管中裝入檸檬酸鈉溶液，然後逐滴加入上述燒杯中，至溶液之pH約3.5，記下所需檸檬酸鈉溶液體積(a mL) 。 3.取0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0mL的鐵標準溶液於編號 1 至 6 的100mL量瓶中。 4.分別於各量瓶加入1mL還原劑溶液，2mL二氮菲溶液，a mL檸檬酸鈉溶液，再加去離子水稀釋至刻度，混合均勻，靜置20分鐘。 5.取5號量瓶之溶液於比色管，在460~490 nm(間隔 10 nm ) ，490~520nm(間隔5nm) ，520~560nm(間隔10 nm) ，分別測其吸收度，由此找出最大吸收波長。

(4) 檢量曲線之製作 於最大吸收波長下，測定 1 至 7 號量瓶之吸收度，並以最小平方法計算鐵濃度與吸收度之關係及相關係數。

(5) 試樣中鐵的定量 首先將試樣稀釋2~5倍，再取適當稀釋試樣(如0.5mL~3.0mL)於編號8，9的100mL量瓶中，依照步驟(三)-4於最大吸收波長測其吸收度，由檢量曲線求其濃度及平均值。

5.實驗器材與藥品 器材：分光光度計、球形吸量管、刻度吸量管、量瓶、天平、 滴定管 藥品：硫酸亞鐵銨、檸檬酸鈉、氫氯化羥胺、0.5M H2SO4、二氮菲溶液、 pH試紙、含鐵試樣

6. 結果報告表 (一)鐵標準溶液之配製 1.硫酸亞鐵銨之精確重量=__0.1540___g 鐵標準溶液之濃度=_87.82_mg/L 寫出計算式： (NH4)2Fe(SO4)2．6H2O = 392.1 g/mol

表1. 不同波長的吸收度 (二)吸收曲線之製作 波長(nm) 460 470 480 490 495 500 505 吸收度 0.297 表1. 不同波長的吸收度 波長(nm) 460 470 480 490 495 500 505 吸收度 0.297 0.319 0.342 0.361 0.375 0.390 0.402 510 515 520 530 540 550 560 0.365 0.340 0.264 0.201 0.145 0.094

Λmax=505 nm 圖 1. 不同波長下的吸收度

(三)檢量曲線之製作 A.將實驗數據填入 註：量瓶號碼 #7為空白實驗 淨吸收度 = 吸收度－空白實驗吸收度 量瓶號碼 1 2 3 4 5 6 7 鐵濃度(μg/mL) 0.4391 0.8782 1.317 1.756 2.200 2.635 吸收度 0.170 0.230 0.333 0.402 0.492 0.565 0.082 淨吸收度 0.088 0.148 0.251 0.320 0.410 0.483 註：量瓶號碼 #7為空白實驗 淨吸收度 = 吸收度－空白實驗吸收度

B.檢量曲線之製作： 以最小平方法計算鐵濃度與吸收度之關係及相關係數 鐵濃度(μg/mL)=__5.422_____×吸收度 + _1.127__ R= ___0.9990__

標準溶液中鐵濃度之計算 (以第1號量瓶為例)

圖 2. 鐵離子濃度之檢量線

(四)鐵試樣之定量 取含鐵試液_10.00_mL，稀釋至_50.00_mL，稀釋倍數=__5_ 量瓶號碼 稀釋試樣體積 吸收度 淨吸收度 相當之濃度 原試樣濃度 平均值 8 2.00 0.445 0.363 3.095 15.48 15.55 9 0.450 0.368 3.122 15.61 寫出計算式： 平均值=(15.48+15.61) ÷2 = 15.55(μg/mL)

7. 評分標準 類別 項目及配分 操作 40% 1.天平之使用 10% 2.溶液配製：15% 3.分光光度計操作 15% 結果報告 50% 7. 評分標準 類別 項目及配分 操作 40% 1.天平之使用 10% 2.溶液配製：15% 3.分光光度計操作 15% 結果報告 50% 1.鐵標準溶液濃度之計算5% 2.吸收曲線 5% 3.檢量線圖形10% 4.試樣中鐵之含量 30% 其他 10% 1.工作態度 5% 2.器具清理 5%