鄰菲羅啉法測定氧化鋁中鐵

原理：
1.  樣品溶解： 將氧化鋁粉末樣品溶解（通常采用酸溶或堿熔融法），使其中包含的鐵（Fe³⁺）轉化為可溶性離子。
2.  鐵離子還原： 在酸性介質中，將樣品溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺（常用鹽酸羥胺或抗壞血酸作為還原劑）。
3.  顯色反應： 在特定pH條件下，F(xiàn)e²⁺與顯色劑（如鄰菲啰啉）反應，生成穩(wěn)定的有色絡合物。
4.  分光光度測量： 在絡合物的最大吸收波長下，使用分光光度計測量顯色后溶液的吸光度。
5.  定量分析： 根據(jù)在相同條件下繪制的鐵標準溶液吸光度-濃度標準曲線，計算出樣品溶液中鐵的濃度，進而換算為氧化鋁粉末中三氧化二鐵的含量。
鄰菲啰啉法 (詳細步驟)

試劑與材料：
1.  濃鹽酸 (HCl)： 優(yōu)級純。
2.  濃硝酸 (HNO₃)： 優(yōu)級純。
3.  鹽酸溶液 (1+1)： 1體積濃鹽酸與1體積水混合。
4.  鹽酸羥胺溶液 (100 g/L)： 稱取10g鹽酸羥胺(NH₂OH·HCl)溶于水中，稀釋至100mL (臨用現(xiàn)配或冷藏保存)。
5.  鄰菲啰啉溶液 (2 g/L)： 稱取0.2g鄰菲啰啉一水合物(C₁₂H₈N₂·H₂O)溶于約80mL溫水中，冷卻后稀釋至100mL (避光保存)。
6.  醋酸-醋酸鈉緩沖溶液 (pH ≈ 4.5)： 稱取68g醋酸鈉(CH₃COONa·3H₂O)溶于水中，加入28.8mL冰醋酸，用水稀釋至1L，搖勻。用pH計校準。
7.  鐵標準儲備溶液 (100 μg/mL Fe)： 準確稱取0.1000g高純鐵絲(99.99%以上)或0.1430g基準三氧化二鐵(Fe₂O₃, 預先于800°C灼燒1h)，置于燒杯中，加20mL (1+1) HCl，低溫加熱溶解完全。冷卻后移入1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。
8.  鐵標準工作溶液 (10 μg/mL Fe)： 準確移取10.00mL鐵標準儲備溶液(100 μg/mL Fe)于100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻 (臨用現(xiàn)配)。
9.  氧化鋁粉末樣品： 干燥、磨細至能通過150-200目篩。
10. 分光光度計： 配備1 cm比色皿。
11. 實驗室常用器皿： 容量瓶(50mL, 100mL, 1000mL)、移液管、燒杯、電爐或電熱板、馬弗爐(若需熔融)、分析天平(精度0.1mg)。

操作步驟：
1. 樣品前處理 (溶解)：
酸溶法 (適用于多數(shù)可溶于酸的氧化鋁)：
<1.  準確稱取約0.5g (精確至0.0001g) 干燥的氧化鋁粉末樣品 (記為 `m_sample`)，置于150mL燒杯中。
<2.  加入少量水潤濕樣品。
<3.  加入15-20mL (1+1) HCl。
<4.  蓋上表面皿，于電熱板上低溫加熱至微沸，保持約15-30分鐘，直至樣品完全溶解或殘渣極少。若溶解不完全，可滴加幾滴HNO₃助溶。
<5.  蒸發(fā)溶液至近干 (約剩1-2mL)，以驅趕過量酸。
<6.  冷卻后，加入約20mL熱水，微熱溶解可溶性鹽類。
<7.  用中速定量濾紙過濾，濾液承接于100mL容量瓶中。用熱水洗滌燒杯和濾紙數(shù)次 (確保鐵離子全部轉移)。
<8.  冷卻至室溫，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液為樣品儲備液 (S)。
       堿熔融法 (適用于難溶氧化鋁)：
<1.  準確稱取約0.1-0.2g樣品 (m_sample)于鉑坩堝中。
<2.  加入3-5g無水碳酸鈉或硼砂-碳酸鈉混合熔劑，混勻，表面再覆蓋一層熔劑。
<3.  放入馬弗爐中，從低溫升至900-1000°C，熔融15-30分鐘，至熔融物透明均勻。
<4.  取出冷卻至溫熱，將坩堝放入250mL燒杯中，加入50mL (1+1) HCl浸取熔塊，加熱使熔塊完全溶解。
<5.  取出坩堝并洗凈。將溶液加熱蒸發(fā)至近干 (鹽類析出)。
<6.  加入約20mL (1+1) HCl，加熱溶解鹽類。
<7.  稍冷后，將溶液轉移至100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液為樣品儲備液 (S)。注意：熔融法引入大量鹽分，可能需分取部分溶液進行后續(xù)顯色或進行分離。
2. 顯色反應與測量：
<1.  根據(jù)樣品中鐵的預估含量 (通常氧化鋁中鐵含量不高)，準確移取適量樣品儲備液 (S) (如5.00mL, 10.00mL 或 20.00mL) 于一個50mL容量瓶中 (記為溶液 `A`)。同時做試劑空白試驗：取與樣品儲備液等量的酸液或熔劑空白液于另一個50mL容量瓶中 (記為溶液 `Blank`)。
<2.  向 `A` 和 `Blank` 容量瓶中分別加入：1mL 鹽酸羥胺溶液 (100 g/L)。搖勻，放置5分鐘 (使Fe³⁺充分還原為Fe²⁺)。
<3.  加入5mL 醋酸-醋酸鈉緩沖溶液 (pH≈4.5)。
<4.  加入2mL 鄰菲啰啉溶液 (2 g/L)。
<5.  用水稀釋至刻度，搖勻。
<6.  室溫下放置至少15分鐘 (確保顯色反應完全且穩(wěn)定)。
<7.  使用1cm比色皿，以試劑空白溶液 (`Blank`) 為參比，在分光光度計上于 510 nm 波長處測量溶液 `A` 的吸光度 (記為 `A_sample`)。
3. 標準曲線的繪制：
<1.  取6個50mL容量瓶，編號。
<2.  分別準確移取鐵標準工作溶液 (10 μg/mL Fe) 0.00mL, 1.00mL, 2.00mL, 4.00mL, 6.00mL, 8.00mL (相當于含鐵0μg, 10μg, 20μg, 40μg, 60μg, 80μg) 于各容量瓶中。
<3.  按上述“顯色反應與測量”步驟 2-7 進行操作 (即加入鹽酸羥胺、緩沖液、顯色劑、定容、放置、測量)。注意0.00mL溶液作為標準曲線的空白參比。
<4.  以各標準溶液中鐵的絕對質量 (μg) 為橫坐標 (X)，以扣除空白后測得的吸光度為縱坐標 (Y)，繪制標準曲線。標準曲線應是一條通過原點或接近原點的直線。計算線性回歸方程 `Y = aX + b` (其中`a`為斜率，`b`為截距)。
4. 結果計算：
<1.  從標準曲線或回歸方程中，根據(jù)測得的樣品溶液吸光度 `A_sample`，查得或計算出樣品顯色溶液 `A` 中所含鐵的質量 `m_Fe_A` (單位為 μg)。
2.  計算整個樣品中的總鐵含量：
           總鐵質量 `m_Fe_total (μg) = m_Fe_A  (V_total / V_A)`
               `V_total`: 樣品儲備液(S)的總體積 (100 mL)
               `V_A`: 移取用于顯色的樣品儲備液(S)的體積 (mL)
3.  計算樣品中三氧化二鐵 (Fe₂O₃) 的質量分數(shù) `w(Fe₂O₃)`：
        樣品中三氧化二鐵的質量分數(shù) = [ (樣品中總鐵質量  (159.69/ (2*55.85 )) / (樣品稱樣量 10^6) ]  100
其中：
三氧化二鐵的摩爾質量 (159.69 g/mol);鐵的摩爾質量 (55.85 g/mol);`10^6`: 將 μg 轉換為 g 的換算因子 (1 g = 10^6 μg)
關鍵注意事項：
1.  樣品代表性： 確保樣品充分混勻、干燥、細度合適。
2.  溶解完全： 這是關鍵步驟。酸溶法適用于大部分工業(yè)氧化鋁。對于剛玉等難溶物，必須采用熔融法。熔融法后需徹底趕盡硅酸或進行分離，防止干擾或比色時渾濁。
3.  酸度控制：
       還原Fe³⁺需在酸性介質中進行。
       鄰菲啰啉顯色需在pH≈4.5左右。緩沖液加入量要準確，保證顯色pH最佳。pH過低顯色慢且不完全；pH過高Fe²⁺可能水解或Al³⁺干擾增大。
4.  還原劑： 鹽酸羥胺必須足量且放置時間足夠，確保Fe³⁺完全還原為Fe²⁺。
5.  顯色劑： 鄰菲啰啉加入量應足夠絡合所有Fe²⁺。
6.  顯色時間與穩(wěn)定性： 鄰菲啰啉絡合物通常在15-30分鐘內顯色完全，且在數(shù)小時內穩(wěn)定。確保所有樣品和標準品放置時間一致。
7.  干擾元素：
       鄰菲啰啉法： 主要干擾是能與鄰菲啰啉絡合的金屬離子（如Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺）。在氧化鋁中，這些元素含量通常很低。高濃度Al³⁺本身不干擾，但可能使溶液粘度增大。強氧化劑、氰化物、磷酸鹽、高濃度陰離子（如檸檬酸、酒石酸）會干擾。若懷疑干擾，可采取萃取分離（如用MIBK萃取Fe-鄰菲啰啉絡合物）或掩蔽（如EDTA可掩蔽大多數(shù)干擾離子，但需注意EDTA也會絡合Fe²⁺，需在加入EDTA前先加鄰菲啰啉）。
       磺基水楊酸法： Al³⁺在堿性條件下也能與磺基水楊酸形成無色絡合物，消耗顯色劑，故鋁含量高時干擾顯著。其他能與磺基水楊酸絡合或本身有顏色的離子（如Ti⁴⁺、Cr³⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等）也有干擾。通常鄰菲啰啉法更適合高鋁基質。
8.  標準曲線： 必須與樣品同步、同條件操作（包括試劑用量、溫度、放置時間）。線性范圍通常為0-80μg Fe/50mL。樣品吸光度應落在標準曲線的線性范圍內，否則需調整取樣量。
9.  空白試驗： 試劑空白至關重要，必須嚴格操作以扣除試劑和背景引入的吸光度。
10. 儀器： 分光光度計需預熱穩(wěn)定，比色皿需配對且清潔無痕。波長設置準確。
11. 安全： 操作濃酸、強堿熔融時，務必佩戴防護眼鏡、手套，在通風櫥內進行，注意高溫灼傷。
通過嚴格遵循上述步驟和控制關鍵因素，分光光度法（尤其是鄰菲啰啉法）能夠準確可靠地測定氧化鋁粉末中低含量的三氧化二鐵。對于超低含量（如高純氧化鋁），可能需要更靈敏的方法（如石墨爐原子吸收光譜法或ICP-OES/MS）。