甲基橙实验.doc

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、 pK a 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: HInH ++In - 则 Ka= [H+][In-]/[HIn] 若甲基橙总浓度为 c ,则 c=[ HIn] + [In-] ,所以就有: [In -]= cK aK a+[H +] (1) [HIn]= c[H +]K a+[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 -=ε HIn b [HIn] +ε In -b [In -] (3) 将(1)(2) 带入可得 c[H +]K a+[H +] +cK aK a+[H +] A=ε HInbε In-b (4) 其中 b 为光程,ε HIn 为酸式摩尔吸光系数,ε In- 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=ε HIn [HIn] +ε In - [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(λ a)。此时 c≌[ HIn] ,则 AHIn =ε HIn [ HIn] =ε HIn 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ε HIn (ε HIn = 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(λ b) 。此时 c= [In-] ,则 AIn- =ε In- [ In-] =ε In- 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ε In- (ε In- = AIn-/c) 。将ε HIn 、ε In- 代入(4) 可得出任一 pH 条件下, 甲基橙溶液的吸光度为 A= AHIn/c [HIn]= c[H +]K a+[H +]+ AIn-/c [In -]= cK aK a+[H +] 整理得: A In-A- A HIn-A[H +] K a=A In-A- A HIn-A pK a=pH+lg (6) 当 A In-A- A HIn-A lg=0 时,即 A In-A- A HIn-A=1( A HIn+A In-A=2)时pKa= pH。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 K a 。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(λ a)。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(λ b) ,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(λ e) ,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。