溴酸钾氧化甲基橙催化光度法测定痕量铁

      几乎所有饮用物质中都含有痕量铁，痕量铁对人体具有生理生化作用，是人体必需的微量元素之一，在机体中铁的携氧作用受阻或铁的数量不足，直接影响人体健康[1]。催化动力学分析法可根据待测物质对某些反映的催化作用，利用反应速率与催化剂浓度之间的定量关系，通过测定与反应速率成正比例关系的吸光度，来计算待测物质（即催化剂）的浓度[2-4]。相对于其它分析方法，此法测铁具有灵敏度高（一般可达ng级）、反应选择性强（一般无需经过分离手段可直接测定）、样品用量少、操作简便，不需要昂贵的仪器设备和分析费用低等特点[5-7]。本法在文献[2-4]的基础上，发现在盐酸和加热条件下，铁（Ⅲ）对溴酸钾氧化甲基橙褪色反应起催化作用，在研究了催化反应的动力学条件后，提出了测定痕量铁的新指示反应。方法用以测定食品中的痕量铁，获得了满意的结果。

1 试验部分
1.1仪器与试剂
TU-1901型双光束分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；SYP型玻璃恒温水浴；SWQ智能数字恒温控制器。
铁（Ⅲ）标准溶液：称取三氯化铁0.1680g，溶于含有14mL浓盐酸的水中，以蒸馏水定容至1L，得0.1000g•L-1铁（Ⅲ）的储备液，使用时稀释至1.0 g•mL-1标准工作液[8]。
甲基橙溶液：0.5g•L-1；溴酸钾溶液：0.05mol•L-1；盐酸溶液：2 mol•L-1。
试剂均为分析纯，水为二次蒸馏水。
1.2试验方法
在两支刻度一致的25mL具塞比色管中，分别加入0.5g•L-1甲基橙溶液0.9mL，2.0 mol•L-1盐酸0.5mL，适量铁（Ⅲ）标准工作液（非催化反应不加），0.05mol•L-1溴酸钾溶液1.0 mL，用水稀至10 mL；盖紧塞子，摇匀，同时放入沸水浴中，加热5min，迅速取出；在流动水中冷却3 min后，分别用3cm比色皿，以水作参比，于505nm波长处测定其催化反应的吸光度A和非催化反应的吸光度A0，并计算lgA0/A的值。

2 结果与讨论
2.1吸收曲线
按试验方法进行操作，绘制吸收曲线，如图1所示。各溶液在505nm波长处均有最大吸收峰，选择505nm为工作波长。图1曲线还表明；在盐酸介质中，溴酸钾使甲基橙的褪色不明显；当有铁（Ⅲ）存在时，褪色反应速率明显加快，说明铁（Ⅲ）对该反应有很强的催化作用。

图1      甲基橙吸收光谱
1——甲基橙+HCl   2——甲基橙+HCL+KBrO3  3——甲基橙+HCl+ KBrO3+Fe（Ⅲ）
2.2催化反应条件

2.2.1反应介质的选择
试验结果表明，以盐酸为介质，铁（Ⅲ）对溴酸钾氧化甲基橙褪色反应的催化作用最为显著。当盐酸浓度为0.08-0.12mol•L-1时，体系的催化反应最为明显。试验选用0.1 mol•L-1盐酸溶液为介质。
2.2.2反应物浓度的选择
指示剂甲基橙的用量将直接影响吸光度的稳定性，选择加入0.5g•L-1甲基橙溶液0.9mL。随着溴酸钾用量的增加，△A值增加不明显，至加入量达0.6 mL以上时，△A值显著增大。试验选择0.05 mol•L-1溴酸钾溶液1.0 mL。
2.2.3正交试验
在沸水浴（373.2K）时，固定加热时间为5 min，采用正交设计法选择最佳试剂用量，本文选用L9(33)进行试验。测定结果表明，△A值最大时，对应的因素为A3B3C2（加入1.0μg铁（Ⅲ）作催化剂）。因此，测定铁（Ⅲ）的最佳试剂用量为：甲基橙溶液0.9mL，溴酸钾溶液1.0 mL，盐酸0.5mL；溶液中浓度依次为：0.045g•L-1，0.05mol•L-1和2.0 mol•L-1。由极差R知道，甲基橙的用量对△A影响最大，而溴酸钾的用量对△A无多大影响。
2.2.4反应温度的选择
室温下催化反应和非催化反应体系均不发生反应。随着温度的升高，催化反应的速度逐渐增大，当反应温度升高到85℃以上时，反应的速率急剧加快，催化效应非常显著。为了便于控制温度和取得最佳的催化效果，选择沸水浴（373.2K）为该体系的反应温度。
2.2.5反应时间的选择
催化反应速率随时间的增长而缓慢加快，但超过3min后催化效应显著增大，并测得体系的△A值与反应时间呈线性关系，故选用线性范围最大值5min为该体系的反应时间。
2.2.6体系的稳定性
试验表明，用自来水骤冷3min中止反应后，室温下放置2h，催化反应和非催化反应体系的吸光度差值几乎不变，表明体系十分稳定。
2.3共存离子的影响
对0.9μg/10mL铁（Ⅲ）的测定，当相对误差在±5%时，以下共存离子的允许量（以μg计）为：K+、Na+（1000）；Mg2+、Ca2+、Ba2+（100）；、Ni+、Sn2+（80）；Cr6+（60）；Zn2+（50）；Co2+、Mn2+（30）；Al3+（15）；Pb2+（10）；Cu2+、Hg2+（5）；Ag+、Pd2+（1）；SiO32-、PO43-（500）；Cl-、I-、IO3-（200）；WO42-（10）；MnO4-（5）。处理样品时Ag+、Pd2+已被除去。
2.4工作曲线
在试验条件下，加入不同含量的铁（Ⅲ）标准溶液，按试验方法测定A0及A，并计算lgA0/A的值，作出标准曲线，标准曲线的线性范围为0.2×10-4～1.0×10-4g•L-1，其回归方程为：lgA0/A＝0.0533＋0.5304CFe（Ⅲ），相关系数为0.9992，按3σ/s测定方法的检出限为1.9124×10-6g•L-1。
2.5反应级数的测定
在铁（Ⅲ）质量浓度为1.0×10-4g•L-1时，采用积分速率方程式（尝试法）将各数据分别按△A-t，ln(A0/A)-t，(1/A-1/ A0)-t作图。经证实ln(A0/A)与t呈线性关系，故此反应为一级反应，其回归方程为ln(A0/A)＝-0.5477＋0.245t，相关系数为0.9986。
2.6试样分析及回收率
2.6.1模拟食品分析
准确配制模拟食品样品，稀释100倍后，各取1mL按试验方法测定，并同时作回收率试验，结果见表1。

表1     样品中铁的分析结果及回收率（n=5）

2.6.2食品样品分析
称取食品试样5.0000g于瓷坩锅中，先小火在可调式电热板上炭化至无烟，移入马弗炉500℃灰化6h，冷却。加入浓硝酸5 mL于电热板（140℃）加热30min，再加入过氧化氢3mL，加热至近干，再加入浓硝酸5 mL加热至近干，冷却。最后用水溶解转移至25.0 mL容量瓶中，用水少量多次洗涤瓷坩锅，洗液合并于容量瓶中，定容至刻度，混匀备用，同时做试剂空白。按试验方法测定，并取一组试管同时做回收率试验，结果见表2。

表2     样品中铁的分析结果及回收率（n=5）

参考文献
[1]  H.A.施罗德. 痕量元素与人[M]. 陈荣三译. 北京：科学技术出版社，1979：33.
[2] 马美华，冯连生，李小华. 用甲基橙催化褪色的新指示反应测定痕量钯[J]. 理化检验-化学分册，2001，37（3）：129.
[3] 李小华，马美华，冯连生. 催化动力学光度测定痕量铜的研究[J]. 苏州大学学报，1997，12（3）74-77.
[4] 李小华，马美华，冯连生. 催化动力学光度测定痕量钯[J]. 分析试验室，1998，17（6）43-45.
[5] 陈国树. 催化动力学分析法及其应用[M]. 南昌：江西高效出版社，1991：1-160.
[6] 庄会荣. 过氧化氢氧化氨基黑10B催化光度法测定痕量铁的研究[J]. 冶金分析，2003，23（2）：42-43.
[7] 何荣恒，王建华，邢红雁. 新催化动力学分析法测定微量铁的研究——锫花青-O2指示反应体系[J]. 分析科学学报，2000，16（1）：31-33.
[8] 楼书聪，杨玉玲. 化学试剂配制手册[M]. 江苏：科学技术出版社，2003：407-478.

南京晓庄学院化学系应用化学研究所 马美华 陈昌云

江苏经贸职业技术学院工程技术系 李小华