文档介绍：甲基橙实验
甲基橙解离常数测定、印染废水中甲基橙含量测定及脱色实验
一、实验背景
1、实验目的
(1) 掌握分光光度法测定解离常数的原理及方法;
(2) 掌握甲基橙含量测定方法及方法评价(F、T检验法);
(3) 掌握废水中甲基橙物理脱色及催化氧化脱色的原理和过程;
2、实验原理
1、pKa的测定
(1) 甲基橙解离常数测定
甲基橙是一种典型的偶氮染料,存在下列解离平衡:
(碱型,偶氮式) 黄色(酸型,锟式)红色
以HIn代表甲基橙的酸式结构,In-代表甲基橙的碱式结构,则解离平衡简式为:
H+In HIn
则 Ka = [H+][In-]/[HIn]
若甲基橙总浓度为c,则c = [HIn] + [In-],所以就有:
[In-] +-cKKa+[H] (1) c[H+][HIn]Ka+[H] (2)
甲基橙的酸式和碱式具有不同颜色即具有不同的吸收光谱。利用分光光度法,将酸式、碱式甲基橙的吸光度叠加,得出不同pH下甲基橙溶液
吸收值为:
---A =AHIn + A In= εHIn b [HIn] + εIn b [In] (3)
将(1)(2)带入可得
c[H+]cKaA=εHInbεIn-+Ka+[H]Ka+[H] (4)
其中b为光程,εHIn为酸式摩尔吸光系数,εIn-为碱式摩尔吸光系数,A为甲基橙溶
--液的吸光值。当b为1cm 时,上式简化为 A = εHIn [HIn] + εIn [In]。当溶液为强酸
性条件(pH较低)时,甲基橙几乎全部以酸型HIn存在,存在酸式最大吸收波长(λa)。此时c≌[HIn],则
AHIn = εHIn[HIn] =εHIn c (5) 其中,AHIn为强酸性条件下甲基橙溶液的吸光值。因此,测定强酸性条件下,一定已知浓度甲基橙溶液的吸光度,可得出酸式摩尔吸光系数εHIn (εHIn = AHIn/c)。
当溶液为强酸性条件(pH较高)时,甲基橙几乎全部以碱型In-存在,存在碱式最大吸收波长(λb)。此时c= [In-],则AIn-=εIn-[In-] =εIn-c,其中AIn-为强碱性条件下甲基橙溶液的吸光值。因此,测定强碱性条件下,一定已知浓度甲基橙溶液的吸光度,可得出碱式摩尔吸光系数εIn- (εIn- = AIn-/c)。将εHIn、εIn-代入(4)可得出任一pH条件下,甲基橙溶液的吸光度为
cKac[H+]- In]=HIn]=A = AHIn/c Ka+[H]+ AIn-/c Ka+[H]
整理得:
Ka=AHIn-A[H+]A-AIn-
AHIn-ApKa=pH+lgA-AIn- (6)
)时pKa = pH。当lgAHIn-AIn-=0时,即A-A
A-AIn-=1 (A=AHIn+A2
利用(6)式可以利用双线作图法进行pKa的测定,从而得出甲基橙解离常数Ka。双线作图法为:分别选择酸性和碱性吸收波长,固定甲基橙溶液浓度而改变pH,进行吸收值的测量,作A-pH曲线,两条A-pH曲线的交点所对应pH即为pKa,如图1所示。
图1 双线作图法计算pKa
(2) 甲基橙含量测定及方法评价
当溶液pH较低时,甲基橙几乎全部以酸型HIn存在,存在酸式最大吸收波长(λa)。在此吸收波长下,一定浓度范围内的甲基橙溶液,吸光度与浓度服从郎伯-比尔定律,可以进行定量分析。
当溶液pH较高时,甲基橙几乎全部以碱型In-存在,存在碱式最大吸收波长(λb),在此吸收波长下,一定浓度范围内的甲基橙溶液,吸光度与浓度服从郎伯-比尔定律服从郎伯-比尔定律,可以进行定量分析。
酸性吸收曲线和碱性吸收曲线之间存在一个交叉点,即等吸收点波长(λe),在这个波长下一定浓度范围内的甲基橙溶液,在任何酸碱性条件下,吸光度与浓度均服从郎伯-比尔定律,可以进行定量分析。
利用逐级稀释法配置一系列不同浓度的酸性或碱性甲基橙标准溶液,在λa、λb、λe下,建立三条甲基橙浓度-吸光度工作曲线,可分别进行甲基橙含量分析。当置信度为95%时,采用F检验判断是否存在精密度的显著性差异,再利用
T检验法判断三个波长下计算出的甲基橙含量是否存在系统误差。
(3) 废水中甲基橙的脱色研究
印染染料废水排放量大、有机物浓度高、难于生化降解,是备受关注的工业废水。染料废水的处理方法很多,主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等。其中,物理吸附法是利用吸附剂对废水中染料的吸附作用去除污染物。吸附剂是多孔性物质,具有很大的比表面积. 活性炭是目前最有效的吸附剂之一,能有效去除废水中的染料。以过渡金属为催化剂、以过氧化氢为氧化剂的催化氧化体系是目前广泛应用的染料脱色体系