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'分光光度法测生活用水中铜离子浓度的研究导读:就爱阅读网友为您分享以下“分光光度法测生活用水中铜离子浓度的研究”资讯,希望对您有所帮助,感谢您对92to.com的支持!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设计评66
阅化工系毕业设计(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66
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0.06~3.20μg/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SPECTROPHOTOMETRYOFCOPPERIONCONCENTRATIONIN66
WATERRESEARCHABSTRACTThisexperimentusedspectrophotometricmethodfordeterminationofcopperinwaterion.Theexperimentofcopperionsfirstinfluencecontentdeterminatioofactors,suchasthewavelength,time,PHvalueandcopperreagent,suchasthedosageofUSESasinglevariablemethodbyoptimization,selectthebestdeterminationconditions;Inthebestcondition,renderingthecopperionsstandardcurve;Againthedaybearlakesamples,throughmeasuringtheacidificationtreatment,soastogettheabsorbencyofcopper(accuratecontent.Theexperimentalresultsshowthat:spectrophotometricmethodformeasuringthebestconditionsforcoppermaximumabsorptionwavelength450nm,bestshowcolortime1min,bestpHvalueand,bestcopperreagentconsumptionis3.00mL;Thebestconditions,coppertheconcentrationoftheionsin0.06~3.20μg/mL,copperionconcentrationandabsorbencybetweenvaluewithlang“beer’slaw,hasthegoodlinearrelationship,thelinearcorrelationcoefficientis0.9894,andmarkrtherecoveryis97.89%.KEYWORDS:spectrophotometrycopperionscopperreagentswater目66
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......................................................103.166
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........................................113.3pH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...................................................................271分光光度法测生活用水中铜离子浓度的研究第1章66
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100~200mg,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66
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2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66
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66
0~0.4μg/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ε412=2.03×105L·mol-1·cm-1,线性范围0~0.1μg/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.Chaisuksant[3]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、66
催3化还原动力学光度法、阻抑动力学光度法等。ASafavi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2~400ng/mL范围内符合比尔定律。在文献[5]中,GastonAdrianCrespo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8.3×10-7g·L-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,0~0.024μg·25mL-1,检测定限为1.54×10-11g·mL-1。张东等报道,66
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0.39×10-3μg/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0~60μg·L-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(Ⅱ)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ε10=1.65×106L·mol-1·cm-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,66
最大吸收波长595nm,铜含量在0~5.00μg/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,ε605=2.3×105L·mol-1·cm-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0~0.34μg/mL。ManishaThakur利用Cu(Ⅱ)-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4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(Ⅱ)-SAF-PVA-Tween-20显色反应的条件及其应用,ε563=1.68×105L·mol-1·cm-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1.00×105L·mol66
-1·cm-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ε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(ε580=2.95×106L·mol-1·cm-1),铜浓度在0.004~0.024μg/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66
10-20μg/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5.0-500μg/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(ε560=2.45×106L·mol-1·cm-1)。张焕弟[11]探讨了Cu(Ⅱ)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0.25~2μg/L范围内服从比尔定律,检出限为0.1μg/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66
μg/L级铜含量的新方法。类似的研究还有很多。YadollahYamini把膜技术5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0~1.5g/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NaH266
PO4-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0~0.4μg/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)。NorioTeshimay[16]等人指出,在1,10-邻二氮杂菲存在下,铜对铁(Ⅲ)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,0.1~10ng/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66
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;6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。7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66
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3.00mL540mg/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350~480nm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66
-波长表1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3.00mL540mg/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。2.3.1.3pH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=1~14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pH66
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1~6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1~9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66
标铜离子浓度作横坐标绘制吸光度A-铜离子标准曲线图。22.3.3水样分析取自来水500mL置于烧杯中,加入浓硝酸调pH=1~2,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1~9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,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1cm66
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1~7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1~5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、4.00mL10ug/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66
-镍离子浓度表并根据此表以吸光3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1~5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、5.00mL10ug/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。41第3章结果与讨论3.166
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350~480nm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图3-1吸光度-吸收波长曲线图0.050.10.150.20.250.30.350.40.45350360370380385390395400410420430440450460470480λ/nm吸光度值Α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66
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350~400nm时铜离子的吸光度值变化不大,上升趋势很小;吸收波长在400~450nm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450~470nm之间时铜离子的吸光度值变化不大;在470~480nm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450~470nm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3.266
反应时间对吸光度值影响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1~45min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,23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。3.3pH值对反应的影响在1~10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1~3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66
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3.3pH7时的吸光度值A在4~10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。图3-2吸光度-反应时间曲线图0.050.10.150.20.250.30.350.40.45135101520253035404566
50t/min吸光度值A4表3.4pH≥7时的吸光度值A由表3.3和3.4可综合做出图3-3如下所示: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1~5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5~6时曲线迅速上升;pH在6~9时曲线上升的速度减缓,幅度减小;pH在9~12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9~12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。3.466
铜试剂用量对吸光度值的影响在1~6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。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A5表3.5不同量的铜试剂所对应的吸光度值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66
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1.00~3.00mL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。图3-4吸光度-铜试剂用量曲线图0.050.10.150.20.250.30.350.40.4566
123456V/ml吸光度值A表3.10所测定吸光度值由空白实验根据公式Dc=c×3σ/ADm=cV×3σ/Aσ=[∑(Ai-A)²/﹙n-1﹚]½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1~9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3.1166
铜的标准曲线67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0.01~3.20ug/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0.01~3.2ug/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3.1266
精密度的测定定实验结果表明: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0.09~0.5之间时,具有良好的精密度。ρ铜离子标准曲线0.10.20.30.40.50.60.700.40.81.21.622.42.83.23.6吸光度值A3.7.2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3.00mL540mg/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加标试验实验结果表明:用此方法分析水样中的回收率为97.89%,66
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=1~2,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,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1~9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、66
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3.6Na+的存在对吸光度值的影响910原子分光光度法只适用于单元素的测定定,如果溶液中同时存在多种浓度相差不大的金属元素时此方法就不能使用了,因此我们必须排除干扰离子的存在。由上图可以看出溶液中钠离子的浓度在0~260ug/mL时,反应产物的吸光度值几乎不发生变化,但当溶液中钠离子的浓度超过260ug/mL时,反应产物的吸光度值迅速减小。由上图可得出结论:钠离子浓度在0~260ug/mL时不会对反应造成干扰,如果超出这个范围就会对反应造成干扰。3.9.2镁离子的存在对反应的影响在1~7号100mL容量瓶中分别移入10.00mL20ug/mL的铜标准溶液,再加入66
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线定容,摇匀。在pH=9左右、波长为450nm、时间为1min、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定其吸光度值,如表3.7所示。表3.7镁离子存在的条件下所对应的吸光度值A图3-5吸光度-钠离子浓度曲线图0.00.0.10.0.20.0.30.0.4048121620242628ρ吸光度值1166
由上图可以看出溶液中镁离子的浓度在0~10ug/mL时,反应产物的吸光度值几乎不发生变化,但当溶液中镁离子的浓度超过10ug/mL时,反应产物的吸光度值迅速减小。由上图可得出结论:镁离子浓度在0~10ug/mL时不会对反应造成干扰,但如果超出这个范围就会对反应造成干扰。3.9.3镍离子的存在对吸光度值的影响在1~5号100mL容量瓶中分别移入10.00mL20ug/mL的铜标准工作溶液,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、4.00mL10ug/mL的氯化镍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1min、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3.8所示。3.8镍离子存在的条件下所对应的吸光度值A由图3-8可以看出溶液中镍离子的浓度在0~0.3ug/mL时,反应产物的吸光度值几乎不发生变化,但溶液中镍离子的浓度超过0.3ug/mL时,反应产物的吸光度值迅速减小,曲线迅速下降。由上图可得出结论:镍离子浓度在0~10ug/mL时不会对反应造成干图3-6吸光度-镁离子浓度曲线图66
0.050.10.150.20.250.30.350.40.45024681012ρ(ug/mL)吸光度值A12扰,如果超出这个范围就会对反应造成负干扰。3.9.4铁离子的存在对吸光度值的影响在1~5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、5.00mL10ug/mL的氯化铁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1min、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3.9所66
示。表3.9铁离子存在的条件下所对应的吸光度值A由图3-8可以看出溶液中铁离子的浓度在0~0.4ug/mL时,反应产物的吸光度值几乎不发生变化,但溶液中铁离子的浓度超出这个范围时,反应产物的吸光度值不同于钠,镁,镍离子对反应产物的影响,反而增加,曲线上升。由上图可得出结论:铁离子含量在0~0.4ug/mL范围内对反应测定定没有干扰。如果超出这个范围就会破坏反应的平衡,对反应造成正误差。此时需要用柠檬酸钠溶液进行掩蔽,使铁生成稳定的配合物,消除干扰。图3-7吸光度-镍离子浓度曲线图0.050.10.150.20.250.30.350.40.4500.10.20.30.4ρ(ug/mL)吸光度值A1366
分析:溶液中铁离子过量对反应造成正误差的原因可能是,氯化铁溶液也呈棕黄色增大了溶液的吸光度。图3-8吸光度—铁离子曲线图0.10.20.30.40.50.600.10.20.30.40.5ρ(ug/mL)吸光度值A第4章结论1、本实验采用分光光度法测得铜离子的最佳测定条件为分光光度法测定铜的最佳条件为最大吸收波长为450nm、最佳显色时间为1min、最佳pH值为9、最佳铜试剂用量为3.00mL;2、当铜离子的浓度在0.01~3.20ug/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0.01~3.2ug/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。3、用此方法测定自来水中铜离子的平均浓度为66
0.088mg/L,此方法的平均相对偏差为0.04%。。4、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。5、由以上实验可得结论,当铜离子浓度在0.01~3.20ug/ml范围内用此方法测定生活用水中铜离子的浓度可获得较好的准确度和精密度,而且避免了大量使用有机试剂萃取所带来的污染和浪费。它是测定水中铜离子浓度的有效方法。本次方法仅适用于测定水中单一元素微量铜离子的浓度,由于分光光度计的灵敏度有限则无法测定水中痕量铜离子的浓度。但相对于火焰原子吸收法,分光光度法仍具有很大的优势。综合多方面因素考虑分光光度法测定水中铜的含量在未来发展中将会占主要地位。参考文献24[1]魏本郡,邹为和.双环己酮草酰二腙分光光度法测铜的试验研究[J].山东电力技术,2003,(6):45-46.[2]倪燕,艾显会,冉茂光.5-Br-PADAP光度法测定粮食中的微量铜[J]四川省卫生管理干部学院学报,1999,18(3):164-165.[3]ChaisuksantR,Palkawong-na-ayuthayaW,GrudpanK.SpectrophotometricDeterminationofcopperinalloysusNaphthazarin[J].Talanta,2000(53):579-585.[4]Safavi66
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不溶于乙醚和苯。水溶液呈碱性并逐渐分解。熔点93~94℃。沸点30℃。用途:铜的显色反应。比色测定中提取少量重金属(2)3.68ug/ml硫酸的配制取1.00ml浓硫酸(1.84mg/ml)于500ml容量瓶中加水稀释至刻度线,摇匀,即配成3.68ug/ml的硫酸溶液。(3)4mg/ml硫酸钠溶液的配制取硫酸钠固体0.2g加少量水溶解后移入50ml容量瓶中,加去离子水至刻度线,摇匀,即配成4mg/ml的硫酸钠溶液.(4)200ug/ml硫酸镁溶液的配制取0.01g硫酸镁固体,加少量水溶解后移入50ml的容量瓶中,加去离子水至刻度线,摇匀,即配成200ug/ml的硫酸镁溶液。(5)10ug/ml氯化镍溶液的配制取0.001g氯化镍固体加少量水溶解后移入100ml容量瓶中,加去离子水定容至刻度线,摇匀,即得10ug/ml的氯化镍溶液。(6)10ug/ml氯化铁溶液的配制取0.001g氯化铁固体加少量水溶解后移入100ml容量瓶中,加去离子水定容至刻度线,摇匀,即得10ug/ml的氯化铁溶液。(7)回收量=加标后的质量-加标前的质量回收率=加标样测定值-未加标样测定值66
/标样加入量(8)RSD=S/x×100%S=[∑(xi-x)²/﹙n-1﹚]½26致谢时光荏苒,三年的大学生活即将过去,这三年间老师们给我的谆谆教诲和无微不至的关怀我将会铭记在心。这是我人生中一笔难能可贵的财富。我不仅在他们身上学到许多专业知识,更多的是为人处世的道理,使我受用终身。在做毕业设计的过程中,祁强老师给我提出了许多宝贵的意见和建议,使我的实验思路更清晰、完整。祁老师扎实的专业知识和精益求精的工作精神使我深受感动。在此真挚的感谢祈老师在我实验过程中对我的启发和帮助。同时也很感谢在我实验过程中给了我许多帮助的同学。在本论文的写作过程中,祁老师也给我提出了许多宝贵的意见和建议。在每一交稿的时候,祁老师都会不厌其烦的将我的论文仔细审查一遍,大到章节小到错别字都会给我提出来,经过祁老师的耐心指导,我的论文才得以顺利完成在此谨给与我最大帮助的祁强老师致以最真挚的谢意!也祝愿老师们工作顺利。27英文翻译COPPERIONSININDUSTRIALWASTEWATER66
TREATMENTCopperionsinindustrialwastewatertreatmentmethodssuchasacidcopperplatingwastewatercontainingcoppermedia,isamoresophisticatedmethodofdealingwithoneofelectroplatingwastewatercontainingcopper,domesticgoodsequipmentsupply.Currently,thecommonplateelectrodecellinaddition,thereareflatwithnon-conductiveparticlesandthefluidizedbedelectrodecellandotherformsofcellcell.Experimentalresearchinrecentyears,themethodcanalsobeusedforcyanidecopper,pyrophosphatecopperplatingsuchaselectroplatingwastewatertreatment.L.SzpyrkowiczsuchastheuseofstainlesssteelelectrodeinpHvalueof13wastewaterdirectlywhenoxidationofcoppercyanide,coppermadeinthe1.5hintheconcentrationofcopperinwastewaterfromthe470mg/Ldownto0.25mg/L,recoveryofcopper335.3mg[4],alsopointedoutthatthestainlesssteelelectrodesurfacestateontheoxidationofcoppercyanidecompoundshaveimportantimplications,especiallyinhydraulicconditionsontheelectrochemicalreactor,theimpactofbrokencoppercyanidecomplexesandproposednewreactoraccuratepowerandcurrentefficiency66
values[5].Researchersandcontinuetoimprovetheelectrode,greatlyimprovingthecurrentefficiencyandrecoverycapability,butbecausetheelectrodeisveryeasytopollution,energyconsumption,anddisposalcostslimitthedisadvantagesofelectrochemicalcopperplatingwastewatertreatmentapplications.2ionexchangecopperelectroplatingwastewatertreatmentTreatmentofheavymetalionexchangemethodisoneofthemainwastewater.Andcontinuestointroducenewkindsofionexchangeagent.Manytypesofionexchangeagent.Inrecentyears,cellulosematerialbegantobefavored;complexingagentdealwiththemethodofelectroplatingwastewatercontainingcoppersmall.2.1IonexchangeresinsInadditiontocopperion-exchangeresinsquitegoodresults,theresintreatmentofcoppercontaininghighconcentrationsofammoniahavebeenreportedrinse;alsohasfactoriesweakacidcationexchangeresinwithacidsulfatecopperplatingrinsewastewatertreatment;Somecompanieswithstrongbasicanionexchangeresinpyrophosphatecopperplatingwastewatertreatment,sothatpartofthewatercycle[6].Anotherchelatingresinhasgoodselectivity,adsorptioncapacity,theadvantagesofrapid66
favoredbywatertreatmentexperts,manyresearchershavesynthesizedavarietyofchelatingresinforcopperremovalandrecovery,SongJiming,etc.[7]useofsodiumphosphatechelatingaminoresintreatment,thewatermakestheconcentrationofCu2+isnotgreaterthan0.015mg/L,M.R.Lutfor[8]bypolyacrylonitrilegraftedstarchwerepreparedwithaminofunctionalgroupschelatingresin,pH6theadsorptioncapacityofcopperupto3.0mmol/g,andfastswitchingspeed.However,duetotheexpensivechelatingresins,mostofthemremaininthepilotphase,fewerlarge-scaleapplicationinindustry.281IonexchangefiberIonexchangefiberisarapiddevelopmentofnewionexchangematerialinthefieldofheavymetal.wastewatertreatmentalsohavealargerdevelopment.ModificationofAcrylicFiberAdsorptionofcopperelectroplatingwastewaterstudieshaveshownthatcopperelectroplatingwastewaterbyadsorptionofmodifiedPANfiber,thecopperionsweresignificantlylowerthanthenationalemissionstandards[9].Researchinrecentyearsbecomeahotspotofnaturalfiber,naturalfiberlowprices,widevarietyof66
sources,isapromisingionexchangeagent,theuseofcoconutshell,palmfiberandriceshelltoremoveheavymetalsandothernaturalfibersofgoodresults.Coppersulfateionsinindustrialwastewatertreatment,thecopperlayeroftenasnickel,tin,chrome,silver,gold-platedbottom,inordertoimprovethesurfaceofthebasemetalandcoatingadhesionandcorrosionresistancecoating,so,copperelectroplatingwastewateriscommonintheelectroplatingindustry,andthekindsofwastewaterusuallycontainsavarietyofheavymetalsandcomplexingagents,whichgivescopperandothermetalsremovalandrecoveryhasbroughttrouble,safelyandeffectivelydealwithmixedcopperplatingElectroplatingwastewatertreatmentwastewaterisstillanarduoustaskCurrently,themaincopperelectroplatingwastewaterbychemicalmethods,ionexchange,membraneseparation,adsorption,biologicalmethods,etc.Thesemethodsarecommonlyusedinheavymetalwastewatertreatmentmethodwhich,thispaperdescribesthecopperelectroplatingwastewaterspecificapplication.Atpresent,usuallybychemicalneutralization,66
coagulationintegratedcopperelectroplatingwastewatertreatment,wastewaterintheacid,alkaliandinthesametime,thecopperionstoformcopperhydroxideprecipitate,andthenbythesolid-liquidseparationdevicetoInadditiontosediment.PHvalueofwaterinasinglecopper6.92,willbeabletoremovethestandardcopperionprecipitation,generallyofcopperinelectroplatingwastewaterandironco-exist,thecontrolpHvalueof8to9,butalsoenableittomeetemissionstandards.However,forbothcopperandotherheavymetalsandcomplexeswithmixedelectroplatingwastewater,theremovalofcopperisnotgood,oftendonotdischargestandard,mainlybecausethismethodistoadjustthewastewatertreatmentofpHvalueinrealterms,andavarietyofoptimumprecipitationpHvalueofmetalindifferent,makingtheremovalofbad;Furthermoreifthewastewatercontainscyanide,ammoniumcomplexionsformcomplexwithcopperions,copperionsfromsolutionisnoteasy,makingthecopperionscannotmeetemissionsstandards.Especiallyformixedcoppercyanidecontainingwastewatertreatment,theconcentrationofcopperionsandisalmostdirectlyproportionaltotheconcentrationofCN-,66
CN-aslongasthewastewaterinthepresenceofcopperionconcentrationintheeffluentwillnotbestandard[1].Thismakestheuseofcopperandprecipitationofmixedwastewatereffluenttreatmentineffective,especiallyforthepoorremovalofcopper.1.2SulfideprecipitationWastewaterTreatmentsulfideprecipitationhasgreatadvantagesandcansolvesomeoftheweaknon-complianceofheavymetalsincomplexstateissues,thesolubilityofcoppersulfideismuchlowerthanthesolubilityofcopperhydroxide,andthereactionofawiderangeofpHvalues,curingsomethingscanprecipitatecoppercomplex,sodonotneedsegregation[2].However,sulfideprecipitationsmallanddifficultsettlement,limitingits29application,whilethepresenceofcyanidesulfideprecipitation,willdissolvepartofthesulfidesprecipitation.2ElectrochemicalElectrochemicaltreatmentofheavymetalwastewaterwithhighefficiency,automaticcontrol,theadvantagesoflesssludge,andwastewatertreatmentcanbedirectlyrecycledcopperplatingofcopperandcopperinwastewater66
treatmenttoadapttoawiderangeofconcentrations,especiallyforhigherconcentrations(copperconcentrationgreaterthan1g/Lwhen)therearecertaineconomicbenefitsofwastewater,butthecurrentlowefficiencyatlowconcentrations.Themethodismainlyusedforelectroplatingcopperintheelectroplatingindustry,inadditiontotherequirementsof3platingmembraneseparationtechnologycopperelectroplatingwastewatertreatmentMembranetreatmentofindustrialwastewaterisgenerallyusedinreverseosmosis,ultrafiltrationandacombinationofboth,membranetreatmentofindustrialwastewateristhekeytochoosetherightundertheseparationconditionsofthemembrane.Usingreverseosmosismembraneseparationtechnologyfortreatmentofelectroplatingwastewatercontainingcopperhavebeenreportedalot[10],themethodofelectroplatingwastewatercontainingcoppercomplexeffectsaregood,somehavebeenusedinindustry,andwithotherwatertreatmenttechnologiesUsedtoobtaingoodresults.Inaddition,treatmentofheavymetalliquidwasteintheUnitedStates,Japan,Germanyhasbeenreported,andsomeempiricallawshavebeen,F.valenzuela,etc.[11]usingSpan-80-66
salicylicacidoximeliquidmembranesysteminthecopperminingwastewaterprocessing,andtheestablishmentofastirringremovalofcopperDynamicmodel.4TreatmentofelectroplatingwastewatercontainingcopperadsorptionAdsorptionofheavymetalwastewatertreatmenthasmanyadvantages,asthefocusoftreatmentresearch,developedanumberofgoodperformancesorbents,inparticulartheuseofindustrialwasteandagriculturalresidueasadsorbent,andthemodificationoftheexistingadsorbentstoimprovetheiradsorption,aresearchhotspotinrecentyears.Zeoliteandstonelowprices,thewidelyused,stoneadsorptionofcopperionscanreachmorethan95%;kyaniteunderappropriateconditionscanreach100%ofthecopperionsadsorptioneffect;cigaretteash,slag,etc.canbeusedasadsorbentcopperelectroplatingwastewater,andsyntheticcoalashfromthesmokecanabsorbheavymetals4Azeolite,theadsorptionofcopperionsworkswell[12].Anothermodificationtotheexistingadsorbentscangreatlyenhancetheexchangecapacityandefficiency.LiaiYangetal[13]66
modificationofclinoptilolitetoimprovetheadsorptionproperties,theeffectiveremovalofcopper,andthesimultaneousremovalofzinc,separated,lead,heavymetals,industrialeffectisgood;SelvarajRengaraj[14]onthelongandshortammoniatedwaterpermeabilityandprotonbauxiteformodificationtoachievetheconcentrationofcopperwas100mg/Lremoved95%ofwastewaterforlowconcentrationsofcopperwastewatertreatmentopeneduptheroad.Currentresearchfocustoanumberofplantandanimalwasteasadsorbent,inordertoincreasetheadsorptioncapacityandadsorptionselectivity,modified,modifiedadsorbentafter30theadsorptionofcopperionsincreasedsignificantly.Bytartaricacidmodifiedricehuskgreatlyimprovetheadsorptionofcopperions[15],afterthealkalitreatmentbyadsorptionofchickenfeathersgreatlyimprovethecapacityofcopperionadsorptiongoodresults[16].Adsorptionusingsawdustmixtureofcopperionsinelectroplatingwastewater,wastewatercontainingcopperisbetterthanasingletreatment66
[17].5BiologicalTreatmentofelectroplatingwastewatercontainingcopperBiologicalWastewaterTreatmentbiggestfeatureisinoperationcontinuously,theproliferationofmicroorganisms,biomassremovalofmetalionsincreasedwiththeincreaseofbiomass.Applicationofbiologicalmethodhasmanyadvantages,suchastheintegratedtreatmentofability,sothatwasteofcopper,chromium,nickel,zinc,separated,leadandhazardousmetalionsareeffectivelyremoved;treatmentofsimpleandpractical;processcontrolsimple;sludgeless,significantlyreducedsecondarypollution.However,treatmentofheavymetalwastewaterbiologicalexistenceofafunctionalbacterialreproductionrateandthereactionrateslowtoaddresstheshortcomingsofthewaterisdifficulttoreuse.Atpresent,somemicroorganismshavebeenusedinthepurificationofelectroplatingwastewatercontainingcopper,biosorptionistheuseofcertaintypesofbiota,theaccumulationofheavymetalsfromwastewater,thebiotacanberegardedasagentsofbiologicalionexchangeadsorption.Microbialorganismsbelongtodifferentspecies,suchasbacteria,fungi,yeasts,algae,thesenatural,66
abundantandinexpensivemicro-organismscanbeusedasaneffectivebiosorbentfortheselectiveremovalofcopperionsinwastewater,theMicrobialremovalofmanyreportsofcopperions[18-20].Althoughtheactivityofmicrobialadsorptioncapacityandadsorptionefficiencythannon-activemicro-organisms,usuallystillusenon-activemicrobes,themainactivityofmicroorganismsfromenvironmentalnon-toxic,nutrient,growthmediarestrictions,desorptioneasy,microbescanre-use,simpleprocesscontrolorganismstostaylonger,biosorptionquickly.WastewaterTreatmentusingmicrobialresearchhasbecomeahotspot.6ConclusionMixedcopperelectroplatingwastewaterremoval,especiallywithcyanideandotherheavymetalionsandcomplexexistenceofthetreatmentofelectroplatingwastewaterlessisstillaproblem,tosolvethisproblemishowtoremovalordestructionofcoppercomplexesfreecopperafterthecoppercomplexprecipitation.Andautomaticcontrolofadiversifiedportfolioofresourcescombinedelectroplatingwastewaterreusetechnologyintothemainstreamofgovernance,suchas66
chemicalmethodandthecombinationofionexchangemethod;electrolysisandbiologicalmethodscombined;membranebindingandionexchange,etc.takeadvantageofavarietyoftechniquestomakeupforitsshortcomings,toachievethemostoptimalcombination.Therefore,thein-depthstudyanduseofelectroplatingwastewatertreatmentprocesscombiningavarietyoftechniquestodealwithmixedelectroplatingwastewatercontainingcopper,withaverywiderangeofeconomicandsocialbenefits.31工业废水中铜离子处理方法工业废水中铜离子处理方法镀铜废水等酸性介质的含铜废水,是较为成熟的处理含铜电镀废水的方法之一,国内有商品设备供应。目前,常用的除平板电极电解槽外,还有含非导体颗粒的平板电极电解槽和流化床电解槽等多种形式的电解槽。近年来的试验研究该方法也能用于氰化铜、焦磷酸镀铜等电镀废水处理。L.Szpyrkowicz等利用不锈钢电极在pH值为13时直接氧化氰化铜废水,在1.5h内使得含铜废水中铜的质量浓度由470mg/L降到0.25mg/L,回收金属铜335.3mg[4],同时指出不锈钢电极的表面状态对氧化铜氰化合物具有重要的影响,66
特别是水力条件对电化学反应器破铜氰络合物的影响,并提出了新的反应器的动力和电流效率的精确数值[5]。研究者又不断地改进电极,大大提高了电流效率和回收能力,然而由于电极很容易污染,耗能、处理费用高等缺点限制了电化学法处理含铜电镀废水的应用。1化学法处理含铜电镀废水1.1中和沉淀法目前国内常采用化学中和法、混凝沉淀法处理含铜综合电镀废水,在对废水中的酸、碱进行中和的同时,铜离子形成氢氧化铜沉淀,然后再经固液分离装置去除沉淀物。单一含铜废水在pH值为6.92时,就能使铜离子沉淀去除而达标,一般电镀废水中的铜与铁共存时,控制pH值在8~9,也能使其达到排放标准。然而对既含铜又含其它重金属及络合物的混合电镀废水,铜的去除效果不好,往往达不到排放标准,主要是因为此方法的处理实质是调节废水pH值,而各种金属最佳沉淀的pH值不同,使得去除效果不好;再者如果废水中含有氰、铵等络合离子,与铜离子形成络合物,铜离子不易离解,使得铜离子不能达标排放。特别是对含有氰的含铜混合废水经处理后,铜离子的浓度和CN-的浓度几乎成正比,只要废水中的CN-存在,出水中的铜离子浓度就不会达标[1]。这就使得利用中和沉淀法处理含铜混合废水的出水效果不好,66
特别是对于铜的去除效果不佳。1.2硫化物沉淀法硫化物沉淀法处理重金属废水具有很大的优势,可以解决一些弱络合态重金属不达标的问题,硫化铜的溶解度比氢氧化铜的溶解度低得多,而且反应的pH值范围较宽,硫化物还能沉淀部分铜离子络合物,所以不需要分流处理[2]。然而,由于硫化物沉淀细小,不易沉降,限制了它的应用,另外氰根离子的存在影响硫化物的沉淀,会溶解部分硫化物沉淀。32沉淀法处理电镀废水应用最为广泛,除了以上两种常见的方法之外,很多研究者把研究的重点放到了重金属沉淀剂的开发上。用淀粉黄原酸酯(ISX)处理含铜电镀废水,铜脱除率大于99%。YijiuLi等利用二乙基氨基二硫代甲酸钠(DDTC)作为重金属捕获剂,当DDTC与铜的质量比为0.8~1.2时,铜的去除率可以达到99.6%[3],该捕获剂已经工业应用。重金属沉淀剂的研究将更有利于化学沉淀法的发展。1.3电化学法电化学方法处理重金属废水具有高效、可自动控制、污泥量少等优点,且处理含铜电镀废水能直接回收金属铜,处理时对废水含铜浓度的范围适应较广,尤其对浓度较高(铜的质量浓度大于1g/L时)66
的废水有一定的经济效益,但低浓度时电流效率较低。该方法主要用于电镀铜在电镀行业,除了镀件要求的。2离子交换法处理含铜电镀废水离子交换法是处理重金属废水的主要方法之一。而各种离子交换剂不断推陈出新。离子交换剂种类很多。近年来,纤维素物质开始受到青睐;络合剂对该方法处理含铜电镀废水的影响较小。2.1离子交换树脂离子交换树脂除铜效果颇佳,树脂法处理含高浓度氨铜漂洗液已见报道;也有工厂采用弱酸性阳离子交换树脂处理酸性硫酸盐镀铜漂洗废水;有些企业用强碱性阴离子交换树脂处理焦磷酸盐镀铜废水,使部分水循环利用[6]。另外鳌合树脂具有选择性好、吸附容量大、快速等优点受到水处理专家的青睐,许多研究者合成了多种多样的鳌合树脂用于铜的去除和回收,宋吉明等[7]利用钠型氨基磷酸鳌合树脂使得处理后的出水Cu2+的质量浓度不大于0.015mg/L,M.R.Lutfor等[8]通过将聚丙烯晴嫁接在淀粉上制备含氨基功能团的鳌合树脂,在pH值为6时对铜的吸附能力高达3.0mmol/g,并且交换速度快。然而由于这些鳌合树脂价格昂贵,大多停留在试验阶段,较少在工业中大规模应用。2.2离子交换纤维离子交换纤维是近年来发展较快的一种离子交换新材料,66
在重金属废水处理领域也有较大的发展。改性聚丙烯腈纤维对电镀废水中铜的吸附研究表明,含铜电镀废水经改性聚丙烯腈纤维吸附后,铜离子的含量显著低于国家排放标准[9]。近年来天然纤维研究成为热点,天然纤维价格低廉,来源广泛,是一种很有前途的离子交换剂,利用椰子外壳,棕榈纤维和稻米外壳等天然纤维去除重金属离子的研究效果很好。硫酸铜工业废33水中铜离子处理方法之外,镀铜层常作为镀镍、镀锡、镀铬、镀银、镀金的底层,以提高基体金属与表面镀层的结合力和镀层的防腐蚀性能,因此,含铜电镀废水在电镀行业中十分普遍,而该种废水通常含有多种重金属和络合剂,这给铜以及其它金属的去除和回收带来了麻烦,安全而有效地处理含铜混合电镀废水仍是电镀废水处理的一项艰巨任务。目前,对于含铜电镀废水的处理主要采用化学法、离子交换法、膜分离法、吸附法、生物法等,这些方法也是处理它重金属废水常用的方法,本文主要介绍在含铜电镀废水中的具体应用。3膜分离技术处理含铜电镀废水膜法处理工业废水一般选用反渗透、超滤及二者的结合技术,膜法处理工业废水的66
关键是根据分离条件选择合适的膜。利用反渗透膜分离技术对含铜电镀废水的处理已见报道很多[10],该方法对含铜络合物的电镀废水处理效果也不错,有的已应用于工业,并与其它水处理技术连用取得很好的效果。另外,液膜法处理重金属废水在美国、日本、德国有报道,有的已获得经验性规律,F.valenzuela等[11]利用Span-80-水杨醛肟液膜体系对酸性采矿废水中的铜进行处理,并建立了搅拌条件下去除铜的动力模型。4吸附法处理含铜电镀废水吸附法处理重金属废水具有很多优点,成为水处理研究的重点,开发了许多性能良好的吸附剂,特别是利用工业废弃物和农作物余物作吸附剂,并且对现有的吸附剂改性提高其吸附性能,成为近年来研究的热点。沸石和麦饭石价格低廉,应用较广泛,麦饭石对铜离子的吸附可以达到95%以上;蓝晶石在适当的条件下对铜离子可以达到100%的吸附效果;烟煤灰、炉渣等可以用作吸附剂处理含铜电镀废水,而且从烟煤灰中合成4A沸石可以吸附多种重金属,对铜离子的吸附效果很好[12]。另外对现有的吸附剂进行改性可以大大提高交换容量和效率。李爱阳等[13]对斜发沸石改性,提高了吸附性能,有效去除铜,并同时去除锌、隔、铅等重金属离子,工业运行效果良好;SelvarajRengaraj等[14]对多空渗水性钒土进行氨化和质子化改性,实现了对含铜的质量浓度为100mg/L66
的废水去除达到95%,为低浓度的含铜废水的处理开辟了道路。目前研究重点转向了一些植物和动物的废弃物作为吸附剂,为了增大吸附量和吸附选择性,进行改性,改性后的吸附剂对铜离子的吸附效果显著提高。经酒石酸改性后的谷壳大大提高对铜离子的吸附效果[15],通过碱液处理后的鸡羽毛吸附铜离子的容量34大大提高,吸附效果很好[16]。利用木屑吸附混合电镀废水中的铜离子,效果优于单一废水中铜的处理[17]。5生物法处理含铜电镀废水生物法处理重金属废水最大的特点是在运行过程中微生物能不断地增殖,生物质去除金属离子的量随生物质量的增加而增加。生物法在应用上具有很多优点,如综合处理能力较强,使废水中的铜、六价铬、镍、锌、隔、铅等有害金属离子得到有效的去除;处理方法简便实用;过程控制简单;污泥量少,二次污染明显减少。然而生物法处理重金属废水存在着功能菌繁殖速度和反应速率慢,处理水难以回用的缺点。目前一些微生物已经应用于含铜电镀废水的净化,生物吸附是利用一定种类的生物群积聚废水中的重金属,生物群可以被认为是生物吸附的离子交换剂。微生物有机体属于不同的种属,如细菌、真菌、酵母菌、藻类等,66
这些天然的、丰富的、价廉的微生物可以用作有效的生物吸附剂选择性地去除废水中的铜离子,有关利用微生物去除铜离子的报道很多[18-20]。虽然活性微生物的吸附量和吸附效率高于非活性微生物,通常仍选用非活性微生物,主要是非活性微生物不受环境毒性、营养物、生长介质的限制,解吸容易,微生物可以再利用,过程控制简单,生物体停留时间较长,生物吸附迅速。采用微生物处理重金属废水的研究已成为热点。6结束语混合电镀废水中的铜的去除,特别是对含有氰根离子及其它络合离子和多种重金属存在的电镀废水的处理研究较少,仍是一项难题,解决这一难题的关键是如何去除铜络合物或破坏铜络合物将铜游离后沉淀。多元化组合和自动控制相结合的资源回用技术成为电镀废水治理中的主流,如化学法与离子交换法的结合;电解法与生物法的结合;微滤膜与离子交换法的结合等,取各种工艺的优点弥补其缺点,达到最优化组合。因此,深入研究电镀废水处理工艺并利用66
多种工艺相结合来处理含铜混合电镀废水,具有很广泛的经济和社会效益。35百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网92to.com,您的在线图书馆66'
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