简介概要

RhB褪色光度法测定煤矸石中微量铈

来源期刊：稀有金属2003年第6期

论文作者：夏畅斌何湘柱黄念东

关键词：煤矸石; 铈; 罗丹明B; 聚乙烯醇; 褪色光度法;

摘要：研究了在H2SO4介质和聚乙烯醇(PVA)的存在下铈(Ⅳ)对紫红色罗丹明B(RhB)的褪色反应, 褪色程度与铈(Ⅳ)量线性相关, 借此建立了测定微量铈(Ⅳ)的分光光度法. 结果表明在pH=1的H2SO4溶液中, 有色溶液的最大吸收波长为550 nm, 方法检出限为2.5 μg*L-1. 铈(Ⅳ)量在0～2.0 μg*ml-1范围内符合比耳定律, 铈(Ⅳ)的加标回收率在98.7%～104.3%之间. 本法可用于测定煤矸石中的微量铈.

稀有金属 2003,(06),863-865 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.06.047

RhB褪色光度法测定煤矸石中微量铈

黄念东何湘柱

湖南科技大学环境工程与化工新技术研究所,湖南科技大学环境工程与化工新技术研究所,湖南科技大学环境工程与化工新技术研究所湖南湘潭411201 ,湖南湘潭411201 ,湖南湘潭411201

摘要：

研究了在H2 SO4 介质和聚乙烯醇 (PVA) 的存在下铈 (Ⅳ ) 对紫红色罗丹明B (RhB) 的褪色反应 , 褪色程度与铈 (Ⅳ ) 量线性相关 , 借此建立了测定微量铈 (Ⅳ ) 的分光光度法。结果表明在pH =1的H2 SO4 溶液中 , 有色溶液的最大吸收波长为 5 5 0nm , 方法检出限为 2 .5 μg·L- 1 。铈 (Ⅳ ) 量在 0～ 2 .0 μg·ml- 1 范围内符合比耳定律 , 铈 (Ⅳ ) 的加标回收率在 98.7%～ 10 4.3 %之间。本法可用于测定煤矸石中的微量铈

关键词：

煤矸石;铈;罗丹明B;聚乙烯醇;褪色光度法;

中图分类号： O657.3

收稿日期：2002-11-30

Spectrophotometric Determination of Trace Cerium in Coal Gangue by Decoloring Rhodamine B

Abstract：

The decolorization reaction of trace Ce (Ⅳ) with amaranth rhodamine B (RhB) in H 2SO 4 medium in the presence of polyvinyl alcohol (PAV) and the linear relationsship of fading level with Ce (Ⅳ) content were studied. Based on this study, a decolouring spectrophotometric method for determining trace Ce (Ⅳ) was developed.The results show that the maximun absorption wavelength of the color solution in H 2SO 4 solution with pH 1 is at 550 nm and the detection limits of the method is 2 5 μg·L -1 for Ce (Ⅳ) . Beer′s law is obeyed for Ce (Ⅳ) in the range of 0～2 0 μg·ml -1 , and the standard recovery of Ce (Ⅳ) is 98.7%～104.3%. The method has been applied to the determination of trace Ce in coal gangue with satisfactory results.

Keyword：

coal gangue; cerium; rhodamine B; polyvinyl alcohol; decolouring spectrophotometry;

Received： 2002-11-30

煤矸石是煤矿排放的固体废弃物, 近年来, 在水处理方面得到了广泛的应用 ^[1,2] 。在稀土元素中, 铈是矿物中丰度最大的元素之一, 因此对于煤矸石中铈的测定显得尤为重要, 而寻求简易的分析方法具有实际意义。常用于测定微量铈的方法有甲肟法和8-羟基喹啉法 ^[3] , 前者显色后溶液极不稳定, λ_max也不在可见光区, 灵敏度不高; 而后者操作繁琐, 不利于铈的测定。近年来利用氧化褪色测定微量铈的研究颇为活跃, 是测定铈的重要方法之一 ^[4,5,6,7] 。

本研究发现, 在聚乙烯醇 (PVA) 的存在下, 于H₂SO₄体系中, 铈 (Ⅳ) 氧化RhB具有较灵敏的褪色反应, 借此建立了测定微量铈 (Ⅳ) 的分光光度法, 方法检出限为2.5 μg·L^-1。该方法具有简便、快速、准确、选择性好等特点, 是目前测定铈 (Ⅳ) 最灵敏的反应之一。用于煤矸石样品中微量铈的测定, 结果令人满意。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

铈 (Ⅳ) 标准溶液:10.0 mg·L^-1 (0.1 mol·L^-1 H₂SO₄介质) , RhB溶液:10 mg·L^-1水溶液; PVA (化学纯) 溶液:20 g·L^-1水溶液; H₂SO₄溶液:1 mol·L^-1; 实验用水为蒸馏水。 7230型分光光度计 (厦门分析仪器厂) ; CS-501 SP超级数显恒温器 (重庆四达实验仪器厂) ; pHS-3C 型酸度计 (上海第二分析仪器厂) 。煤矸石样品分别为萍乡矿矸石、资兴矿矸石和白沙矿矸石。

1.2 实验方法

准确移取一定量的铈 (Ⅳ) 标准溶液于50 ml容量瓶中, 依次加入1 mol·L^-1 H₂SO₄溶液4 ml, 10 mg·L^-1 RhB溶液10 ml, 20 g·L^-1 PVA溶液2 ml, 用去离子水稀释至刻度, 摇匀。在7230型分光光度计上于550 nm处, 用3 cm比色皿, 以去离子水作参比, 分别测定试剂空白和褪色溶液的吸光度A₁和A₂, 并计算ΔA=A₁-A₂。

2 结果和讨论

2.1 吸收光谱

分别吸取含铈 (Ⅳ) 量为0, 40.0, 80.0 μg的标准溶液于3个50 ml容量瓶中, 按实验方法操作。以水为参比, 测定在500~600 nm波长处试剂空白与各含铈 (Ⅳ) 溶液的吸光度值。其吸收曲线如图1。从图1可以看出, 不同体系的最大吸收波长均在550 nm, 且随着铈 (Ⅳ) 用量的增加, 吸光度成比例减小; 加入铈 (Ⅳ) 量在0~2.0 μg·ml^-1之间, 其褪色程度与铈 (Ⅳ) 量呈线性关系。因此, 本法选择550 nm作为测量波长。

2.2 酸度的影响

按照实验方法在不同用量的H₂SO₄溶液中进行测定。结果表明铈 (Ⅳ) -RhB褪色体系在1 mol·L^-1 H₂SO₄溶液用量为3.5~4.5 ml时, ΔA最大且保持恒定。本法选1 mol·L^-1 H₂SO₄溶液的用量为4.0 ml。

2.3 PVA及RhB用量的影响

按实验方法改变PVA及RhB溶液的用量进行测定。结果表明当

图1 含铈溶液吸收光谱 (1) 试剂空白兑水; (2) 40.0 μg Ce (Ⅳ) 兑水; (3) 80.0 μg Ce (Ⅳ) 兑水 Fig.1 Absorption spectra

20 g·L^-1 PVA溶液用量在1.5~2.5 ml, 10 mg·L^-1 RhB溶液的用量在8~12 ml时, ΔA最大且保持恒定。本法分别选用20 g·L^-1 PVA溶液的用量为2 ml, 10 mg·L^-1 RhB溶液的用量为10 ml。

2.4 温度的影响

按照实验方法, 固定反应时间为30 min, 在温度20~60 ℃的水浴中进行测定。结果表明, 当反应温度低于20 ℃, 氧化褪色反应进行不完全; 当反应温度高于60 ℃, ΔA值不稳定。当反应温度在20~60 ℃, ΔA最大且保持恒定。本法选定反应在室温下进行。

2.5 反应时间及稳定性

实验结果表明, 在室温下, 铈 (Ⅳ) 氧化RhB的褪色反应在30 min后完成, ΔA值最大且保持恒定。本法选定反应在室温下反应30 min后进行测定。将已褪色溶液的吸光度于室温下至少保持6 h基本不变, 即稳定时间为6 h。

2.6 工作曲线及灵敏度

按照实验方法, 分别吸取10.0 mg·L^-1的铈 (Ⅳ) 标准溶液0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0, 11.0, 12.0 ml于50 ml容量瓶中作工作曲线。结果表明, 铈 (Ⅳ) 的质量浓度在0~2.0 μg·ml^-1范围内符合比耳定律, 工作曲线的回归方程为ΔA=0.001+0.2255c_Ce (μg·ml^-1) , 相关系数r= 0.9985。根据IUPAC对检测限的规定, 按11次空白试验标准偏差的3倍求得方法的检出限为2.5 μg·L^-1。

2.7 共存离子的影响

按照实验方法, 相对误差≤±5%, 对煤矸石中常见元素的干扰进行了实验, 取0.8 μg·ml^-1 Ce (Ⅳ) 于50 ml进行实验共存离子允许量 (mg) 为: Mg²⁺, Zn²⁺ (4) ; Fe³⁺, Co²⁺, Mo (Ⅴ) (3) ; Al³⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Cs⁺ (1.5) ; Nd³⁺, La³⁺, Ag⁺, Pr (Ⅳ) (1) ; Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ (0.5) ; Cd²⁺, V (Ⅴ) , Ga³⁺, Pb²⁺, Bi³⁺ (0.3) ; Ti (Ⅳ) , Zr (Ⅳ) , Hf (Ⅳ) (0.1) ; SiO₃^2-, F^- (30) ; SO₄^2-, PO₄^3-, Cl^- (15) ; 大量的Na⁺, K⁺, NH₄⁺ (>100) 对测定不干扰。 Cr (Ⅵ) , Mn (Ⅶ) 的存在对测定有严重干扰, 采用732^#强酸性型阳离子交换树脂分离消除其影响 ^[8] 。

3 煤矸石样品分析

准确称取3.0~5.0 g通过0.074 mm筛的煤矸石粉样于瓷坩埚中, 在600 ℃的马弗炉中灰化2 h, 取出冷却, 加入2 g K₂SO₄, 8~10 ml浓H₂SO₄, 盖上表面皿, 加热到氧化物完全溶解, 冷却后, 将瓷坩埚放入含有50 ml H₂O, 1 ml 10 g·L^-1 AgNO₃溶液和5 g (NH₄) ₂S₂O₈的250 ml烧杯中, 摇动溶解后, 用2 mol·L^-1 H₂SO₄洗涤瓷坩埚3次, 再用去离子水冲洗, 洗涤液并入烧杯中, 再将溶液加热煮沸发生大气泡并持续2~3 min, 使过剩的 (NH₄) ₂S₂O₈分解, 取下冷却, 过滤, 洗涤。将滤液和洗涤液移入250 ml容量瓶中, 用去离子水稀释至刻度, 摇匀。以下按实验方法进行测定, 结果见表1。同时进行标准加入回收实验 (表2) , 回收率在98.7%~104.3%之间。

表1 煤矸石样品中铈的分析结果Table 1 Analytical results of Ce in coal gangue samples

试样	本法测定值 ρ_Ce/ (mg·kg)	平均值 ρ_Ce/ (mg·kg)	RSD/ %
萍乡矸石	54.01, 54.95, 55.35 54.05, 53.80, 54.78	54.49	1.1
资兴矸石	69.33, 68.55, 69, 64 67.11, 67.78, 69.04	68.58	1.4
白沙矸石	60.34, 61.25, 60.88 59.02, 60.77, 59.18	60.24	1.5

表2 Ce (Ⅳ) 标准加入回收实验结果Table 2 Recovery results of Ce (Ⅳ) standard addition

试样	原量 m_Ce/μg	加入量 m_Ce/μg	测得总量 m_Ce/μg	回收率/ %
萍乡矸石	35.56	20.00	56.42	104.3
资兴矸石	48.10	20.00	68.12	100.1
白沙矸石	36.25	20.00	55.99	98.7