一种区分铁的不同价态六价铁FeO的制作方法

一种区分铁的不同价态六价铁feo
42-和三价铁fe
3
的方法
技术领域
1.本发明涉及一种分析区分方法，具体地说是建立“hcho
‑ꢀ
nahso3ꢀ‑ꢀ
na2so
3”为底物的ph时钟体系，根据该体系对于铁元素不同价态（氧化态）响应的不同、即诱导时间的不同，实现对于feo
42-和fe
3
的定性分析方法，属于分析化学领域。


背景技术：

2.铁(fe)以多种价态、即多种氧化数(fe(ⅵ)、fe(ⅲ)和fe(ⅱ))形式存在，是地壳中分布最广、含量最丰富的过渡金属之一。三价铁fe
3
，是铁原子失去3个电子后形成的离子，是铁的最稳定离子，有较强的氧化性，是一种重要的工业用剂。在人体中，fe(ⅲ)在氧气运输、细胞代谢、酶催化和电子传递等生物过程中发挥着必不可少的作用。六价铁feo
42-(fe(ⅵ)的存在形式)由于其强烈的氧化作用，可以破坏藻类和细菌的结构，因此在净水中发挥着巨大的作用。因为铁可以以多种氧化态存在，不同的氧化态具有不同的生化功能，因此区分铁的不同氧化态对于保护人体健康和维持生态平衡至关重要。
3.在区分铁元素的价态（氧化态）方面，传统上有不同的仪器设备，如紫外-可见分光光度法(uv-vis)、x射线光电子能谱法(xps)、电感耦合等离子体质谱法(icp-ms)和电感耦合等离子体光谱法(icp-oes)。uv-vis具有灵敏度高、选择性好等优点，但是合适配体的寻找限制了紫外-可见光谱的应用。xps测定准确、灵敏度高，但是其测定样品大多为固体，并且仪器使用的x射线可能会使金属的高氧化态被还原，使得不同氧化态金属的区分不准确。icp-ms可以快速同时检测多个元素。但是该方法所使用仪器体积大，并且测定费用昂贵，不能满足现场测定的需求。因此寻找一种检测效果好且操作简便快速的检测分析方法就显得十分必要。


技术实现要素：

4.本发明旨在为六价铁feo
42-和三价铁fe
3
提供一种新颖且方便快捷的区分方法，即以“hcho
‑ꢀ
nahso3ꢀ‑ꢀ
na2so3”ꢀ
ph时钟反应体系为区分溶液对feo
42-和fe
3
进行定性区分的方法，本方法是基于该ph时钟体系对feo
42-和fe
3
的敏感响应而开发的一种时钟体系法。具体地说，应用“hcho
‑ꢀ
nahso3ꢀ‑ꢀ
na2so
3”ph时钟反应体系作为区分溶液，记录ph随时间变化的图谱，当ph时钟反应开始时，分别将相同浓度待区分样品（feo
42-和fe
3
）等体积加入到ph时钟体系中，根据ph时钟体系所产生的诱导时间的不同，实现对于待区分样品的区分：若加入待区分溶液后，ph时钟的诱导时间缩短，则所加入的待区分样品为feo
42-；若加入待区分溶液后，ph时钟的诱导时间有所延长，则所加入的待区分样品为fe
3
。且本发明处理样品时间短，测定条件简单易控制便于推广和应用。
5.本定性区分方法与现有技术的区别在于，本发明应用“hcho
‑ꢀ
nahso
3 ‑ꢀ
na2so
3”ph时钟体系作为区分溶液，以及该体系对于feo
42-和fe
3
的响应不同即诱导时间的不同，实现对于feo
42-和fe
3
的定性分析。
6.feo
42-和fe
3
在区分溶液（ph时钟体系）中的可区分的浓度范围为2.0
×
10-4-1.2
×
10-3
mol/l。
7.区分待测溶液时ph时钟体系的温度被控制在20-25℃范围内任意一个特定的温度。
8.上述待区分溶液可区分的浓度范围是经实验确定的最优浓度范围。在该浓度范围内，feo
42-和fe
3
对该区分溶液产生的影响差异十分明显，易于观察分析，容易实现区分。另外，区分溶液（ph时钟体系）中各组分的浓度范围如表1所示，经过多次实验得到的区分溶液（ph时钟体系）的最佳溶液如表2所示：表1：ph时钟体系中各组分的浓度hcho(mol/l)nahso3(mol/l)na2so3(mol/l)0.045-0.06360.044-0.06350.0044-0.00635表2：ph时钟体系中各组分的最佳浓度hcho(mol/l)nahso3(mol/l)na2so3(mol/l)0.05250.05250.00525具体实验步骤如下：1、按表1规定的浓度范围配制待区分溶液（ph时钟体系），其温度被控制在20-25℃之间的某一特定的温度值保持不变；将准备好的工作电极（ph复合电极，雷磁，e-331）插入溶液中，工作电极的另一端通过电位/温度/ph综合测试仪（嘉兴迪生电子科技有限公司，zhfx-595）连接至电脑，打开电脑中化学信号采集分析程序对采集时间和取样速度进行设置后，迅速点击开始键对溶液进行ph监测。计算机记录所采集的ph随时间变化的曲线，即ph时钟图谱（此时尚未加入待测试样），以作空白对照。向两组各组分浓度相同的区分溶液中，在ph时钟体系反应开始的同时迅速加入待区分溶液，按相同的方式记录ph随时间变化的ph时钟图谱，根据ph时钟体系对待区分样品的响应不同即诱导时间不同，实现对待区分样品的定性分析。具体如下：若加入待区分溶液后，ph时钟的诱导时间缩短，则所加入的待区分样品为feo
42-；若加入待区分溶液后，ph时钟的诱导时间有所延长，则所加入的待区分样品为fe
3
。
9.ph时钟图谱的基本参数包括：诱导时间：从ph时钟体系反应开始到ph突跃所需的时间。
10.ph突跃范围：ph突跃开始对应的ph到ph突跃结束对应的ph。
附图说明
11.图1是实施例1中，未加入待区分样品时，区分溶液（ph时钟体系）ph值随时间变化的图谱。
12.图2是实施例1中，加入4.0
×
10-4
mol/l feo
42-后，区分溶液（ph时钟体系）ph值随时间变化的图谱。
13.图3是实施例1中，加入4.0
×
10-4
mol/l fe
3
后，区分溶液（ph时钟体系）ph值随时间变化的图谱。
14.图4是实施例2中，未加入待区分样品时，区分溶液（ph时钟体系）ph值随时间变化的图谱。
15.图5是实施例2中，加入6.0
×
10-4
mol/l feo
42-后，区分溶液（ph时钟体系）ph值随时
间变化的图谱。
16.图6是实施例2中，加入6.0
×
10-4
mol/l fe
3
后，区分溶液（ph时钟体系）ph值随时间变化的图谱。
17.图7是实施例3中，未加入待区分样品时，区分溶液（ph时钟体系）ph值随时间变化的图谱。
18.图8是实施例3中，加入8.0
×
10-4
mol/l feo
42-后，区分溶液（ph时钟体系）ph值随时间变化的图谱。
19.图9是实施例3中，加入8.0
×
10-4
mol/l fe
3
后，区分溶液（ph时钟体系）ph值随时间变化的图谱。
具体实施方式
20.实施例1：本实施例按如下步骤验证本发明feo
42-和fe
3
的区分方法的可行性：(1) 配制溶液首先用蒸馏水配制分别配制0.2mol/l的hcho溶液、0.1mol/l的nahso3和0.01mol/l 的na2so3的混合溶液。向50ml小烧杯中依次加入8.5ml 蒸馏水溶液、21.0ml nahso
3 ‑ꢀ
na2so3混合溶液、10.5ml 0.2mol/l hcho溶液，以保证“hcho
‑ꢀ
nahso
3 ‑ꢀ
na2so
3”ph时钟体系中各组分的浓度为hcho 0.0525mol/l、nahso
3 0.0525mol/l、na2so
3 0.00525mol/l，总体积为40ml，温度被控制在23℃。
21.同时以蒸馏水为溶剂，配制系0.1mol/l的k2feo4溶液和fecl3溶液。
22.(2) 获得ph时钟图谱配制好的区分溶液的ph值随时间变化的图谱由装有化学信号采集分析程序的计算机记录（未加入区分样品）。如图1所示。ph诱导时间为245s以作空白对照。另配置两组各组分浓度与上述区分溶液相同的区分溶液。对于其中一组，在反应开始的同时，向40 ml的ph时钟体系中加入160μl 0.1mol/l的k2feo4样品溶液，使得k2feo4在区分液中的浓度为4.0
×
10-4
mol/l，加入的k2feo4使诱导时间缩短为223s如图2所示；对于另一组，在反应开始的同时，向40 ml的ph时钟体系中加入160μl 0.1mol/l的fecl
3 样品溶液，使得fecl3在区分溶液中的浓度为4.0
×
10-4
mol/l，加入的fecl3使得诱导时间延长为275s如图3所示。
23.(3) 区分feo
42-和fe
3
的氧化能力不同。feo
42-具有较强的氧化能力可与ph时钟底物hso
3-反应；而fe
3
的氧化能力无法氧化hso
3-，只会与溶液中的oh-结合生成fe(oh)3。因此，feo
42-的加入使得诱导时间缩短，而fe
3
的加入使得诱导时间延长。比较图2 图3可知，k2feo4的加入，使得ph时钟的诱导时间缩短；fecl3的加入，使得ph时钟的诱导时间有所延长。由上述实验可知，通过比较ph时钟体系诱导时间的变化，可以实现对k2feo4和fecl3的区分。
24.取事先配制的两个0.1mol/l的待区分样品的溶液（其中一个为k2feo4溶液，另一个为fecl3溶液，但两者尚未区分），将其中一个标记为样品1，另一个标记为样品2；配制两组各组分浓度与上述浓度相同的ph时钟体系溶液，分别采集相应的扰动图谱，在ph时钟开始时分别加入160μl 0.1mol/l的样品1和样品2，使得它们在区分溶液中的浓度为4.0
×
10-4
mol/l。
25.分析比较可知：样品1的加入，使得ph时钟诱导时间缩短(振荡图谱与图2相对应、与图3不对应)，而样品2的加入，使得ph时钟的诱导时间有所延长（振荡图谱与图3相对应、与图2不对应）。因此，样品1是k2feo4溶液、样品2是fecl3溶液，从而实现了对k2feo4和fecl3溶液的区分。
26.实施例2：本实施例按如下步骤验证本发明feo
42-和fe
3
的区分方法的可行性：(1) 配制溶液首先用蒸馏水配制分别配制0.2mol/l的hcho溶液、0.1mol/l的nahso3和0.01mol/l 的na2so3的混合溶液。向50ml小烧杯中依次加入8.4ml 蒸馏水溶液、20.8ml nahso
3 ‑ꢀ
na2so3混合溶液、10.8ml 0.2mol/l hcho溶液，以保证“hcho
‑ꢀ
nahso
3 ‑ꢀ
na2so
3”ph时钟体系中各组分的浓度为hcho 0.054mol/l、nahso
3 0.052mol/l、na2so
3 0.0052mol/l，总体积为40ml，温度被控制在23℃。
27.同时以蒸馏水为溶剂，配制系0.1mol/l的k2feo4溶液和fecl3溶液。
28.(2) 获得ph时钟图谱配制好的区分溶液的ph值随时间变化的图谱由装有化学信号采集分析程序的计算机记录（未加入区分样品）。如图4所示。ph诱导时间为245s以作空白对照。另配置两组各组分浓度与上述区分溶液相同的区分溶液。对于其中一组，在反应开始的同时，向40 ml的ph时钟体系中加入240μl 0.1mol/l的k2feo4样品溶液，使得k2feo4在区分液中的浓度为6.0
×
10-4
mol/l，加入k2feo4后诱导时间缩短为214s如图5所示；对于另一组，在反应开始的同时，向40 ml的ph时钟体系中加入240μl 0.1mol/l的fecl3样品溶液，使得fecl3在区分溶液中的浓度为6.0
×
10-4
mol/l，加入的fecl3使得诱导时间延长为297s如图6所示。
29.(3) 区分feo
42-和fe
3
的氧化能力不同。feo
42-具有较强的氧化能力可与ph时钟底物hso
3-反应；而fe
3
的氧化能力无法氧化hso
3-，只会与溶液中的oh-结合生成fe(oh)3。因此，feo
42-的加入使得诱导时间缩短，而fe
3
的加入使得诱导时间延长。比较图5 图6可知，k2feo4的加入，使得ph时钟的诱导时间缩短；fecl3的加入，使得ph时钟的诱导时间有所延长。由上述实验可知，通过比较ph时钟体系诱导时间的变化，可以实现对k2feo4和fecl3的区分。
30.取事先配制的两个0.1mol/l的待区分样品的溶液（其中一个为k2feo4溶液，另一个为fecl3溶液，但两者尚未区分），将其中一个标记为样品1，另一个标记为样品2；配制两组各组分浓度与上述浓度相同的ph时钟体系溶液，分别采集相应的扰动图谱，在ph时钟开始时分别加入240μl 0.1mol/l的样品1和样品2，使得它们在区分溶液中的浓度为6.0
×
10-4
mol/l。
31.分析比较可知：样品1的加入使得ph时钟诱导时间缩短(振荡图谱与图5相对应、与图6不对应)，而样品2的加入，使得ph时钟的诱导时间有所延长（振荡图谱与图6相对应、与图5不对应）。因此，样品1是k2feo4溶液、样品2是fecl3溶液，从而实现了对k2feo4和fecl3溶液的区分。
32.实施例3：本实施例按如下步骤验证本发明feo
42-和fe
3
的区分方法的可行性：(1) 配制溶液
首先用蒸馏水配制分别配制0.2mol/l的hcho溶液、0.1mol/l的nahso3和0.01mol/l 的na2so3的混合溶液。向50ml小烧杯中依次加入11.0ml 蒸馏水溶液、19.0ml nahso
3 ‑ꢀ
na2so3混合溶液、11.0ml 0.2mol/l hcho溶液，以保证“hcho
‑ꢀ
nahso
3 ‑ꢀ
na2so
3”ph时钟体系中各组分的浓度为hcho 0.055mol/l、nahso
3 0.0475mol/l、na2so
3 0.00475mol/l，总体积为40ml，温度被控制在23℃。
33.同时以蒸馏水为溶剂，配制系0.1mol/l的k2feo4溶液和fecl3溶液。
34.(2) 获得ph时钟图谱配制好的区分溶液的ph值随时间变化的图谱由装有化学信号采集分析程序的计算机记录（未加入区分样品）。如图7所示。ph诱导时间为245s以作空白对照。另配置两组各组分浓度与上述区分溶液相同的区分溶液。对于其中一组，在反应开始的同时，向40 ml的ph时钟体系中加入320μl 0.1mol/l的k2feo4样品溶液，使得k2feo4在区分液中的浓度为8.0
×
10-4
mol/l，加入k2feo4后诱导时间缩短为205s如图8所示；对于另一组，在反应开始的同时，向40 ml的ph时钟体系中加入320μl 0.1mol/l的fecl3样品溶液，使得fecl3在区分溶液中的浓度为8.0
×
10-4
mol/l，加入的fecl3使得诱导时间延长为313s如图9所示。
35.(3) 区分feo
42-和fe
3
的氧化能力不同。feo
42-具有较强的氧化能力可与ph时钟底物hso
3-反应；而fe
3
的氧化能力无法氧化hso
3-，只会与溶液中的oh-结合生成fe(oh)3。因此，feo
42-的加入使得诱导时间缩短，而fe
3
的加入使得诱导时间延长。比较图8 图9可知，k2feo4的加入使得ph时钟的诱导时间缩短；fecl3的加入，使得ph时钟的诱导时间有所延长。由上述实验可知，通过比较ph时钟体系诱导时间的变化，可以实现对k2feo4和fecl3的区分。
36.取事先配制的两个0.1mol/l的待区分样品的溶液（其中一个为k2feo4溶液，另一个为fecl3溶液，但两者尚未区分），将其中一个标记为样品1，另一个标记为样品2；配制两组各组分浓度与上述浓度相同的ph时钟体系溶液，分别采集相应的扰动图谱，在ph时钟开始时分别加入320μl 0.1mol/l的样品1和样品2，使得它们在区分溶液中的浓度为8.0
×
10-4
mol/l。
37.分析比较可知：样品1的加入使得ph时钟诱导时间缩短(振荡图谱与图8相对应、与图9不对应)，而样品2的加入，使得ph时钟的诱导时间有所延长（振荡图谱与图9相对应、与图8不对应）。因此，样品1是k2feo4溶液、样品2是fecl3溶液，从而实现了对k2feo4和fecl3溶液的区分。
38.通过以上各实施例可以看出，更小或更大浓度的k2feo4及fecl3溶液也可以通过本发明方法进行区分。