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本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）論文題目 ：碳納米管在熒光酮分光光度法測(cè)定鐵離子的研究 姓名 ：學(xué)號(hào) ： 09056203班級(jí) ： 090562 班年級(jí) ： 2009 級(jí)專業(yè) ： 材料化學(xué)學(xué)院 ： 化學(xué)生物與材料工程學(xué)院指導(dǎo)教師 ：完成時(shí)間 ： 2013 年 5 月 30 日作 者 聲 明本人以信譽(yù)鄭重聲明：所呈交的學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由本人獨(dú)立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，不包含他人成果及為獲得東華理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸東華理工大學(xué)所有。特此聲明。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）：簽字日期： 年 月 日本人聲明：該學(xué)位論文是本人指導(dǎo)學(xué)生完成的研究成果，已經(jīng)審閱過論文的全部?jī)?nèi)容，并能夠保證題目、關(guān)鍵詞、摘要部分中英文內(nèi)容的一致性和準(zhǔn)確性。學(xué)位論文指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要摘 要鐵是一種常見金屬。鐵污染是鐵對(duì)環(huán)境的污染。鐵對(duì)人和動(dòng)物毒性很小，但水體中鐵化合物濃度為 0.1～0.3 毫克/升時(shí)，會(huì)影響水的色、嗅、味等。一些特殊工業(yè)對(duì)水中含鐵量要求較高，如紡織、造紙、釀造和食品工業(yè)等。所以對(duì)于鐵化合物的測(cè)定及測(cè)定方法的研究具有重要的意義。本研究選擇了新型顯色體系（鐵離子-苯基熒光酮-羧基碳納米管-緩沖溶液）對(duì)鐵離子的含量進(jìn)行測(cè)定，使得檢查體系的靈敏度得到提高。這次研究主要針對(duì)不同碳納米管。碳納米管的含量、顯色劑體系的酸度、試劑添加順序?qū)τ陲@色體系的影響的比較，并且做出了碳納米管增效劑里和這次研究體系的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。本課題研究了碳納米管(CNTs)存在下，苯基熒光酮(PF) 與Fe( Ⅱ)的顯色反應(yīng)。研究表明在pH=5時(shí)，線性回歸方程： A = 0.06014c +0.08207， R2=0.99954。 ε=8.207 ×104L·mol﹣1 ·cm-1；具有很高的靈敏性；鐵含量在0~11μg/25mL范圍內(nèi)符合朗伯比爾定律。關(guān)鍵詞：鐵離子；苯基熒光酮；碳納米管；分光光度法東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACTABSTRACTIron is a common metal. Iron iron pollution is pollution of the environment. Iron toxicity to humans and animals is very small, but the iron compounds in water concentrations of 0.1~0.3 mg/l, and effects such as color, smell and taste of the water. High iron content in water by special industrial requirements, such as textile, paper making, brewing and food industries. Study on determination method for the determination of iron compounds and is of great significance.This study has selected a new type color system (iron-phenylfluorone-carboxylic carbon nanotube-buffer solution) on the determination of iron content, check the sensitivity of the system is improved. This study will target different carbon nano-tubes. Content of carbon nano-tubes, reagent, reagent adding system acidity effects of sequential color system, and made a Synergist in carbon nanotubes and the study of the standard curve. This topic is studied, in the presence of carbon nanotubes (CNTs) phenylfluorone (PF) and Fe (Ⅱ) color reaction. Research shows that when pH = 5, iron red and chromogenic agent form 1:2 complex; Complex maximum absorption wavelength of 529.60 nm, the system meets LamberBeer law and equation of linear regression:A=0.008+0.36471c，R 2=0.99689。ε=8.10×10 4L·mol﹣1 ·cm-1 ; Iron content in 0 ~ 11 mu 25 g/ml range conforms to the lambert beer's law. Key words: iron ion; Phenylfluorone; Carbon nanotubes; Spectrophotometric method東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目 錄第一章 緒 論 11.1 引言 11.2 鐵元素的測(cè)定方法 11.3 紫外可見分光法測(cè)定鐵 .31.3.1 在分光光度法測(cè)定鐵中表面活性劑的應(yīng)用 31.3.2 緩沖溶液的影響 .31.3.4 時(shí)間的影響 41.3.5 溫度的影響 .41.3.6 pH 值的影響 .41.3.7 顯色劑用量的影響 .51.3.8 干擾離子的影響 .51.3.9 顯色劑的選擇 51.4 碳納米管的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) .51.4.1 碳納米管的應(yīng)用性能 61.4.1.1 碳納米管的電磁性能 61.4.1.2 碳納米管的力學(xué)性能 .61.4.1.3 碳納米管的光學(xué)性能 .61.4.1.4 特殊吸附材料 .61.4.1 碳納米管在分析化學(xué)中的應(yīng)用 71.5 選題背景與研究?jī)?nèi)容 .71.5.1 立題背景 71.5.2 研究?jī)?nèi)容 8第二章 實(shí)驗(yàn)部分 92.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器 92.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品 92.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器 92.2 實(shí)驗(yàn)過程 .92.2.1 溶液的配置 92.2.2 實(shí)驗(yàn)技術(shù)線路 102.2.3 實(shí)驗(yàn)方法 10第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 113.1 碳納米管的種類的選擇及增敏機(jī)理的研究 .113.1.1 碳納米管的增色機(jī)理的研究 123.1.2 碳納米管的種類對(duì)鉛離子顯色反應(yīng)的研究 133.2 碳納米管用量的影響 133.3 苯基熒光酮用量對(duì)鉛離子顯色反應(yīng)的影響 143.4 緩沖溶液的酸度和用量對(duì)鐵離子顯色反應(yīng)的影響 .153.5 添加順序的影響 .163.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線的完成 .17結(jié)論 18致謝 19參考文獻(xiàn) 20東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論1第一章 緒 論1.1 引言在當(dāng)今社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，環(huán)境問題已經(jīng)成為了人們?cè)絹碓疥P(guān)注的幾個(gè)問題之一，其中一些金屬元素對(duì)環(huán)境污染的問題也成為了人們關(guān)注的對(duì)象，所以一些金屬元素的測(cè)定也成為了現(xiàn)在熱門的研究課題。鐵元素是與人們生活息息相關(guān)的元素之一，鐵是有光澤的銀白色金屬，有良好延展性和導(dǎo)熱性，也能導(dǎo)電。 常溫時(shí)，鐵在干燥的空氣里不易與氧、硫、氯等非金屬單質(zhì)起反應(yīng)，在高溫時(shí)，則劇烈反應(yīng)。 鐵還是人體的必需微量元素，是血紅蛋白的重要部分，人全身都需要它。鐵污染是鐵對(duì)環(huán)境的污染。鐵對(duì)人和動(dòng)物毒性很小，但水體中鐵化合物濃度為 0.1～0.3 毫克/升時(shí)，會(huì)影響水的色、嗅、味等。一些特殊工業(yè)對(duì)水中含鐵量要求較高，如紡織、造紙、釀造和食品工業(yè)等。 因此，研究出一個(gè)能有效并且快速檢測(cè)鐵含量的方法便具有了重要的意義。但是以前一些關(guān)于微量鐵元素的檢測(cè)體系的有成本較高，步驟繁瑣，靈敏度差的缺點(diǎn)，所以尋找一個(gè)分析成本低，靈敏度高，步驟簡(jiǎn)單的檢測(cè)體系，對(duì)于準(zhǔn)確，快速的測(cè)定鐵含量有著較高的應(yīng)用價(jià)值。1.2 鐵元素的測(cè)定方法自 20 世紀(jì) 80 年代起，水體中的金屬的形態(tài)分析有了跨越性的發(fā)展，在分析化學(xué)和環(huán)境化學(xué)以及生命科學(xué)中都是比較熱門的課題。目前許多研究學(xué)者都在關(guān)注著微量鐵元素的測(cè)定的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，并進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，其中痕量鐵元素的測(cè)定方法主要有以下幾種：熒光酮分光光度法；萃取光度法；差示光度法；雙波長(zhǎng)分光光度法；鄰菲啰啉光度法等。(1) 熒光酮分光光度法苯基熒光酮是近幾年來用的較多的高靈敏度顯色劑。根據(jù)有關(guān)報(bào)道 [1]，在β-環(huán)糊精和乳化劑 OP（聚乙二醇辛基苯基醚）存在下 Fe 與苯基熒光酮的顯色反應(yīng)。該法用于自來水中鐵的測(cè)定，靈敏、干擾少，鐵含量在 0.0~8.0μg/25 mL 范圍內(nèi)服從比爾定律，結(jié)果令人滿意。(2) 萃取光度法非離子表面活性劑析相液-液萃取光度法作為一種分離富集技術(shù)已應(yīng)用于微量金屬離子分析中 ，然而在實(shí)際操作中卻存在著一些問題。例如：析相速度較慢(一般需要 40 min～1 h)；析出的有機(jī)相位于水相之下，測(cè)定時(shí)需先將上層清液小心棄去，再加水定容，微熱測(cè)定，操作比較麻煩。為解決上述問題，研究 [2]提出用微乳液代替表面活性劑膠束體系用于析相液-液萃取光度分析。對(duì) Fe（II ） 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論2- 5-Br-PADAP - 微乳液體系進(jìn)行了較為詳盡的研究 ，與 Fe（II） - 5-Br-PADAP - 乳化劑 OP 體系相比，微乳液體系析出的有機(jī)相位于水相之上，可直接吸取測(cè)定，析相時(shí)間大大縮短，表觀摩爾吸光系數(shù)顯著提高。另外，方法的選擇性很好，其它共存離子不影響測(cè)定，可直接進(jìn)行地面水中鐵的測(cè)定，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。(3) 差示光度法差示光度法應(yīng)用于常含量鐵的測(cè)定已有較多的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。劉青山等 [4]應(yīng)用巰基乙酸顯色，差示分光光度法測(cè)定不同含量的鐵。方法簡(jiǎn)便快速，選擇性好，適用于不同量特別是中常含量鐵的測(cè)定。而王秀英等 [5]以鄰菲啰啉為顯色劑差示法測(cè)定硅酸鹽和鐵礦中鐵，所得結(jié)果與重鉻酸鉀滴定法相符，方法重現(xiàn)性好，快速、簡(jiǎn)便，能很好地滿足生產(chǎn)要求。(4) 雙波長(zhǎng)分光光度法鄰二苯酚紫(PV)是一種常用的指示劑 ，多用于滴定分析中 ，將其用于光度法測(cè)定鐵的報(bào)道很少。任慧娟等 [6]研究了鐵(Ⅱ，Ⅲ)與 PV 在 KCl - NaOH 堿性介質(zhì)中的顯色反應(yīng)。方法用于水樣中總鐵的測(cè)定，回收率為 98 %。(5) 鄰菲啰啉光度法鄰菲啰啉光度法是測(cè)定鐵最常用的方法之一。一般的鄰菲啰啉光度法不僅靈敏度低，且多將鐵（III ）還原成鐵（II ）進(jìn)行測(cè)定 [7]。經(jīng)過改進(jìn)，將鄰菲啰啉光度法與其他方法相結(jié)合，比如與離心光度法相結(jié)合，其靈敏度高于傳統(tǒng)的Fe(II)-phen-二元顯色體系的 18 倍。采用鄰菲啰啉光化還原分光光度法測(cè)定鐵，此法較化學(xué)還原法更為快速，準(zhǔn)確，簡(jiǎn)便。還有與其他的試劑一起配合顯色劑的方法，例如硫氰酸鹽-鄰菲啰啉-吐溫-80 分光光度法，對(duì)顯色劑的靈敏度得到了很高的提高。(6) 原子吸收分光光度法由待測(cè)元素?zé)舭l(fā)出的特征譜線通過供試品蒸氣時(shí)，被蒸氣中待測(cè)元素的基態(tài)原子所吸收，吸收遵循一般分光光度法的吸收定律，通過測(cè)定輻射光強(qiáng)度減弱的程度可求出供試品中待測(cè)元素的含量。通常借比較標(biāo)準(zhǔn)品和供試品的吸收度，求得供試品中待測(cè)元素的含量。為克服試劑消耗量大、方法靈敏度不高，對(duì)環(huán)境有一定的污染等缺點(diǎn)，提高分析準(zhǔn)確性和安全性，鄭蓉 [8]建立了 CL -TBP 萃淋樹脂分離鈾 -原子吸收分光光度法測(cè)定 Fe 的新方法。以上方法有的靈敏度高、穩(wěn)定性好、可信度高的的特點(diǎn)，但需要昂貴的設(shè)備，提高了實(shí)驗(yàn)成本。但有的實(shí)驗(yàn)方法雖然成本較低、操作方法簡(jiǎn)便，卻存在著靈敏度低，穩(wěn)定性不好的缺點(diǎn)。因此，我們便需要在以前的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步的探索優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件從而得到一個(gè)成本低但靈敏度高、穩(wěn)定性好的工藝路線。本課題的主要研究和討論的是一種步驟簡(jiǎn)單和成本低的關(guān)于在水中微量鐵、東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論3鋅、鉻等元素的測(cè)定方法—碳納米管紫外分光光度法測(cè)定微量鐵元素。紫外可見光分光光度是一種比較常見的常規(guī)檢測(cè)方法，雖然它具有儀器便宜，操作方法簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)成本低、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是卻有著穩(wěn)定性以及靈敏度不高的缺點(diǎn)。所以如果能改良紫外分光光度法，提高它穩(wěn)定性及靈敏度，會(huì)為將來測(cè)量環(huán)境中的鐵離子帶來極大的便利。1.3 紫外可見分光法測(cè)定鐵紫外可見分光光度法在儀器分析這一領(lǐng)域是一種應(yīng)用最廣泛、技術(shù)成熟的一種光學(xué)分析手段。其應(yīng)用原理是是通過可見-紫外分光光度計(jì), 產(chǎn)生可見光, 紫外線照射某些不同物質(zhì), 不同濃度的吸收光譜的不同, 可獲得不同吸收光譜的曲線, 同時(shí)它們的吸收峰數(shù)值與濃度成正比關(guān)系 , 遵循朗伯-比爾定律,不僅能鑒別物質(zhì)及測(cè)定物質(zhì)的含量, 而且能和其他方法配合, 研究物質(zhì)的組成。1.3.1 在分光光度法測(cè)定鐵中表面活性劑的應(yīng)用雖然紫外可見分光光度法有著精確度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但由于重金屬離子與常有的顯色劑的結(jié)合性不理想，即便有配合物生成也容易在短時(shí)間內(nèi)分解，導(dǎo)致了顯色系統(tǒng)的重現(xiàn)性差且吸光度較低，從而使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果缺乏可信度和說服力。要提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度與說服力，那么必須要提高系統(tǒng)的靈敏度與穩(wěn)定性 [9]。由于 2 價(jià)鐵離子的吸光度并不高，所以需要添加增敏劑來增加 2價(jià)鐵離子的吸光度，經(jīng)過對(duì)比本實(shí)驗(yàn)選擇了 CNTs 作為增敏劑，讓它對(duì) Fe2+進(jìn)行吸附，然后加入顯示劑，形成有色絡(luò)合物，通過形成的顏色對(duì)差，使紫外分光光度計(jì)對(duì)吸光度的檢測(cè)更加方便。本課題還研究了經(jīng)過不同改性以后的CNTs 的增敏效果；實(shí)驗(yàn)條件（PH、溫度、溶劑極性等）不同，吸收峰的位置、吸收光譜的形狀以及吸收強(qiáng)度等可能發(fā)生的變化，通過研究這一系列的條件對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，尋找到一個(gè)最佳的測(cè)試方法。1.3.2 緩沖溶液的影響因?yàn)轱@示劑一般都屬于螯合劑，所以在絡(luò)合顯色反應(yīng)中，酸度會(huì)對(duì)顯示劑的平衡濃度還有顏色造成影響，并且會(huì)對(duì)被測(cè)金屬離子的存在狀態(tài)以及絡(luò)合物的組成造成影響，酸度的不適當(dāng)可能導(dǎo)致絡(luò)合物反應(yīng)不完全，甚至絡(luò)合物無法形成。因此在酸度的選擇上應(yīng)該根據(jù)測(cè)定所需環(huán)境而定，通關(guān)查閱文獻(xiàn)得到本實(shí)驗(yàn)在 PH 位 6.0-8.0，為本體系所需的環(huán)境酸度。接下來是本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的一些關(guān)于酸度的最新研究文獻(xiàn)。在溶液中固體顆粒會(huì)受到表面特性的影響而在表面帶上一定的電荷，在靜電場(chǎng)的作用下，固體表面的電荷會(huì)形成定向流動(dòng)，即電泳，從而形成了電流。Zeta 電位就是利用固體顆粒表面的電泳行為形成的電流轉(zhuǎn)換成電壓的行為。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論4利用 zeta 電位可以得到液體中固體顆粒的帶電情況，當(dāng)表面所帶正電荷越多時(shí)，電位越正，當(dāng)負(fù)電荷越多時(shí)，電位為負(fù)，而當(dāng) Zeta 電位為零時(shí)也就是表面電荷為零時(shí)，此時(shí)即為零電位點(diǎn)。固體表面所吸附的電荷多少以及電荷種類在不同的 PH 值下也是不同的，所以測(cè)試物質(zhì)在不同的 PH 條件下的其表面電荷的情況可以通過 Zeta 電位得到。通過研究可知，當(dāng) PH 值較小時(shí)，MWNTs 表面帶正電荷，電位為正；當(dāng)PH 值較大時(shí)， MWNTs 表面帶負(fù)電荷，電位為負(fù)；當(dāng) PH 為 5.8 時(shí)，MWNTs表面到達(dá)到零電位。為了讓 mwnts 可以吸附更多的鐵離子，所以本實(shí)驗(yàn)選擇了將 PH 設(shè)置為堿性，當(dāng) PH 值較大時(shí)，MWNTs 的表面為負(fù)可以更好的吸附鐵離子。1.3.4 時(shí)間的影響袁云芳等 [9]研究了 2,4-二氯酚濃度為 40mg/L 的情況下，在 PH 值等于 6.0時(shí)，分別取 0.04g 的各種屬性的 CNTS，分別加入到含有 40mL 的 2,4-二氯酚容量為 100mL 的具塞錐形瓶中，25℃恒溫震蕩，取在不同的時(shí)間段上澄清液來測(cè)定吸光度值，然后把結(jié)果帶入到朗伯比爾定律線性方程中，從而得到了不同時(shí)間下的濃度 CT，通過 Ct 對(duì)時(shí)間作圖可得到時(shí)間對(duì)各種屬性的 CNTs 去除 2,4-二氯酚的影響,通過下圖可以得知各種 CNTs 去除 2,4-二氯酚都在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到飽平衡。其中單壁 CNTs 在 10min 左右平衡，多壁 CNTs 則在 30min 左右平衡。單壁 CNTs 需要低得多的飽和時(shí)間是由于其具有更大的比表面積，更有利于把 2,4-二氯酚吸附到其表面上，縮短了吸附時(shí)間，提高了吸附速率。酸化改性 CNTs 需要更長(zhǎng)的平衡時(shí)間，SWNTs 在 10min 的時(shí)候已經(jīng)達(dá)到平衡， ASWNTs 在 15min 左右平衡； MWNTs 與 Fe-MWNTs 平衡時(shí)間相差不多，在約 30min 的時(shí)候達(dá)到平衡，AMWNTs 在 40min 的時(shí)候平衡。1.3.5 溫度的影響反應(yīng)的溫度會(huì)影響鐵離子測(cè)定的準(zhǔn)確性，不同類型的樣品由于選用方法不同其反應(yīng)溫度也不盡相同。通過查閱文獻(xiàn)查詢反應(yīng)溫度的影響。當(dāng)溫度在10~30 ℃時(shí)，吸光度值最大；當(dāng)溫度為 30~100 ℃ 時(shí)，吸光度值降低且不穩(wěn)定，這是離子締合物穩(wěn)定性降低所致。故選擇室溫條件下 10~30 ℃反應(yīng)。若室溫較高，需在低溫恒溫槽控溫條件下測(cè)定。1.3.6 pH 值的影響溶液的酸度對(duì)顯色溶液的吸光度有很大的影響, 造成這些影響的因素主要東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論5是酸度對(duì)二價(jià)鐵離子的穩(wěn)定性有很大影響, 主要考慮到二價(jià)鐵離子被氧化為三價(jià)鐵離子, 還要考慮到鐵離子的水解對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響, 同時(shí)酸度對(duì)干擾離子也具有明顯的影響,結(jié)果表明，緩沖溶液在 pH4~5.5 時(shí)，其吸光度基本穩(wěn)定，其實(shí)驗(yàn)選擇 pH=5 的緩沖溶液。1.3.7 顯色劑用量的影響PF 用量的影響很大, 必須準(zhǔn)確加入。當(dāng) PF 用量大時(shí)靈敏度低 , 線性范圍寬; 反之,則靈敏度高, 線性范圍變窄。通關(guān)查閱多元配合物的分光光度法研究中探討了顯色劑用量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,通過研究，兼顧靈敏度和線性范圍, 本文選用 PF溶液 4. 0mL。1.3.8 干擾離子的影響陳克菲 [22]試驗(yàn)考察了水中常見共存離子的干擾情況。在Fe 2+ 濃度為30mg/ L的溶液中加入不同量的干擾離子(以倍數(shù)計(jì)) , 若誤差不超過5%, 視為不干擾。干擾離子試驗(yàn)結(jié)果表明: 40倍的Sn 2+、AL 3+、 Mg2+、 Zn; 20倍的C r( V I)、V ( V )、P( V ); 5倍的Co 2+ 、Ni 2+Cu2+ 等干擾測(cè)定。隨著分析技術(shù)的發(fā)展，諸如分離富集-原子吸收/發(fā)射光譜法、化學(xué)傳感器法、電化學(xué)方法等新的鋅離子檢測(cè)技術(shù)不斷出現(xiàn)，化學(xué)分析工作者們也都在相關(guān)方向做了大量有益的探索性工作。但需要指出的是，同分光光度法相比，上述幾種方法還不是十分成熟和完善。與分光光度法相比，新的檢測(cè)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)過程中影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的因素更為繁瑣和復(fù)雜。分光光度法仍然是測(cè)定樣品中鋅離子含量的主要實(shí)驗(yàn)方法，需要分析工作者在實(shí)踐中熟練的掌握。1.3.9 顯色劑的選擇苯基熒光酮及其衍生物是一類性能優(yōu)異的光度分析試劑,廣泛應(yīng)用于痕量金屬離子含量的測(cè)定及 EDTA 和抗壞血酸等化合物含量的測(cè)定中。用鈹載體沉淀分離，苯基熒光酮光度法可用于測(cè)定硅鐵合金中痕量的錫。在強(qiáng)酸性溶液中，鍺與苯基熒光酮生成紅色絡(luò)合物能被苯萃取到乙醇溶液中，經(jīng)苯萃取后，可不經(jīng)洗滌和反萃取使Ge與其它元素分離，便可用于多種鐵礦石、銅礦石、巖石、硅酸鹽、云母、錳鐵礦中痕量鍺的測(cè)定。方法選擇性好，靈敏度高，結(jié)果穩(wěn)定，準(zhǔn)確。另外，在表面活性劑存在下，苯基熒光酮測(cè)定Fe(III)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)時(shí)表觀摩爾吸光系數(shù)均可達(dá)10 5以上。1.4 碳納米管的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)碳納米管，別名巴基管，由石墨原子單層繞同軸纏繞而成或由單層石墨圓筒沿同軸層層套構(gòu)而成的管狀物。其直徑一般在一到幾十個(gè)納米之間，長(zhǎng)度則遠(yuǎn)大于其直徑。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論6在 1991 年日本 NEC 公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡專家飯島(Iijima) [11]在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗(yàn)石墨電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子,這就是現(xiàn)在被稱作的“Carbon nanotube” ，即碳納米管,又名巴基管。 1.4.1 碳納米管的應(yīng)用性能1.4.1.1 碳納米管的電磁性能由于碳納米管的有著奇特的結(jié)構(gòu)，使得它具有獨(dú)特的導(dǎo)電性、很高的熱穩(wěn)定性，并且它的比表面積大，當(dāng)微孔集中在一定范圍內(nèi)時(shí)，可以滿足理想的超級(jí)電容器電極材料的要求 [12]，這一特點(diǎn)在移動(dòng)通訊、電動(dòng)汽車、信息技術(shù)、國(guó)防科技和航空航天等方面具有極其重要和廣闊的應(yīng)用前景。Hmada、Mintmire 和 Saito[13] 等根據(jù)理論模型分別推出了碳納米管的導(dǎo)電屬性，他們得出這種屬性與碳管的獨(dú)特結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，并且他們還指出由于碳納米管的直徑和螺旋度數(shù)的不同，使其會(huì)呈現(xiàn)金屬導(dǎo)電性或半導(dǎo)體的特性。在碳納米管里面，由于電子的量子限域所致。1.4.1.2 碳納米管的力學(xué)性能 據(jù)了解，碳納米管具有極高的強(qiáng)度、彈性模量和韌性力學(xué)性能，它是一種特別好的纖維材料，它的性能可以優(yōu)于當(dāng)前的任何纖維，并被稱為是未來的“超級(jí)纖維”。它具有碳纖維的所特有的紡織纖維的柔軟可編性、陶瓷材料的耐蝕耐熱性和高分子材料的易加工性，它將會(huì)是一種一材多能多用的特殊功能材料，可有望應(yīng)用于材料的多個(gè)領(lǐng)域。王淼 [14]把碳納米管用于金屬表面的復(fù)合鍍層，使得它獲得了超強(qiáng)的耐磨性和自潤(rùn)滑性，并且該復(fù)合鍍層還具有很高耐腐蝕性和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。此外碳納米管還具有較大的長(zhǎng)徑比，并且納米尺度的尖端還可以與被觀察物體進(jìn)行軟接觸，應(yīng)用這一優(yōu)點(diǎn)，可以把它用于電子顯微鏡的探針，這樣能夠極大提高顯微鏡的分辨率。這一特點(diǎn)具有很大的應(yīng)用潛能和發(fā)展前景。1.4.1.3 碳納米管的光學(xué)性能由于碳納米管的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使得其具有不同于常規(guī)材料的光學(xué)性能，它是目前所研究的重要課題。Smallery [15]研究用表面活性劑 SDS(sodium dodecyl sulfate)所分散的單壁碳納米管，并研究了半導(dǎo)體碳納米管的熒光光譜。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，通過物理或化學(xué)修飾方法不僅可以改善碳納米管的表面結(jié)構(gòu)，還可能會(huì)影響到它的光學(xué)性質(zhì)。Izard [16]等研究發(fā)現(xiàn)碳納米管從納米級(jí)至微米級(jí)別時(shí)，激光具有很大的限幅作用。這些關(guān)于碳納米管優(yōu)異的光學(xué)性能，能夠使其在發(fā)光材料和寬帶限幅材料等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論71.4.1.4 特殊吸附材料據(jù)了解，水中含有很多對(duì)人體有害的重金屬元素和有機(jī)物，使用常規(guī)的吸收劑很難滿足吸附要求。由于碳納米管具有優(yōu)異的吸附能力，從而使得它在環(huán)境保護(hù)中可成為良好的吸附劑。Long[17]發(fā)現(xiàn)碳納米管對(duì)二氧化鉛吸附能力比活性炭更強(qiáng)，并且還發(fā)現(xiàn)其高的抗氧化性有利于高溫再生的這一特點(diǎn)使得碳納米管的實(shí)際應(yīng)用具有重要的意義。Mustafa 和 Tuzen[18]分別以碳納米管和綠膿桿菌固定碳納米管來作為生物吸附劑做研究，它的目的是用于分析環(huán)境水樣中的重金屬離子，并且這一研究成功地測(cè)定了西紅柿葉、紅茶、地衣、小麥及自然水樣中的重金屬離子含量。所以說，碳納米管優(yōu)良的吸附性能還為環(huán)境保護(hù)這一領(lǐng)域提供了新的應(yīng)用前景?？偠灾?，碳納米管以其特殊的結(jié)構(gòu)和極其廣泛的應(yīng)用范圍已經(jīng)吸引了全世界科學(xué)家的關(guān)注，并且這一課題也成為了當(dāng)前重要的國(guó)際前沿課題之一，并且碳納米管的這些優(yōu)點(diǎn)將會(huì)給人類帶來巨大的利益。本課題研究就沿用了它的特殊的吸附能力。1.4.1 碳納米管在分析化學(xué)中的應(yīng)用（1）顯微鏡探針針尖 [19]碳納米管具有很好的力學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)測(cè)得多壁碳納米管(MWNTs)和單壁碳納米管(SWNTs) 的楊氏模量分別為 1.3Tpa 和 1.25Tpa。此特性的優(yōu)勢(shì)使其成為應(yīng)用于顯微鏡探針針尖的理想材料。由于碳納米管具有直徑小和長(zhǎng)徑比大的特點(diǎn)，將其制作成顯微鏡探針針尖相比傳統(tǒng)的 Si3N4 或 Si 針尖具有壓倒性的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)在分辨率更高，可以探測(cè)到的深度更深以及具有可以探測(cè)狹縫。除此之外，碳納米管具有良好的彈性，在承受到比較大的負(fù)荷時(shí)不會(huì)發(fā)生破裂，也不會(huì)發(fā)生塑性變形。碳納米管的兩端可以進(jìn)行有選擇地化學(xué)修飾，制備具有特殊功能的探針針尖，從而使測(cè)定的準(zhǔn)確度和靈敏度有了大大的提高。這種碳納米管針尖的特殊功能是對(duì)樣品有特定化學(xué)和生物方面的識(shí)別能力，目前已經(jīng)被運(yùn)用于特定分析領(lǐng)域中。（2）氣體傳感器 [20]當(dāng)把單壁碳納米管(SWNTs)暴露在氨氣或二氧化氮的氛圍中時(shí)，其電導(dǎo)會(huì)發(fā)生明顯的增加或減少，此種變化使其能夠作為納米分子傳感器而被應(yīng)用。在室溫下，納米管分子傳感器的快速響應(yīng)及較高的靈敏度均比現(xiàn)有的固態(tài)傳感器優(yōu)越，且 SWNTs 傳感器具有很好的可逆性，高溫下得以快速恢復(fù)，在室溫下可慢慢恢復(fù)。當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)下，納米管分子線有望成為先進(jìn)的微型化學(xué)傳感器。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論81.5 選題背景與研究?jī)?nèi)容1.5.1 立題背景在當(dāng)今社會(huì)碳納米管的大規(guī)模合成已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，而碳納米管的主要應(yīng)用還只是停留在實(shí)驗(yàn)室中，因而開拓其實(shí)際應(yīng)用是當(dāng)務(wù)之急。而在環(huán)境問題日益嚴(yán)重的今日，各種吸附劑都不可能在環(huán)境樣品預(yù)處理中通用，所以說發(fā)展新型吸附劑是努力方向。碳納米管作為吸附劑它獨(dú)特的性能收到了許許多多學(xué)者的關(guān)心，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于碳納米管在微量金屬離子檢測(cè)的研究剛剛起步，所以碳納米管在這方面有著更廣闊的的天空等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)去探索。鐵污染是鐵對(duì)環(huán)境的污染。鐵對(duì)人和動(dòng)物毒性很小，但水體中鐵化合物濃度為 0.1～0.3 毫克/升時(shí)，會(huì)影響水的色、嗅、味等。一些特殊工業(yè)對(duì)水中含鐵量要求較高，如紡織、造紙、釀造和食品工業(yè)等。 因此，研究出一個(gè)能有效并且快速檢測(cè)鐵含量的方法便具有了重要的意義。1.5.2 研究?jī)?nèi)容本文的研究?jī)?nèi)容利用碳納米管側(cè)壁獨(dú)特的六元環(huán)狀共扼表面，與其它具有共扼基團(tuán)的物質(zhì)進(jìn)行非共價(jià)功能化反應(yīng)，改變其水溶性和兼容性，探索它在分析化學(xué)中的應(yīng)用，重點(diǎn)在于開展碳納米管在光度分析法中的應(yīng)用研究。具體研究?jī)?nèi)容：(1)研究碳納米管用量對(duì) Fe2+-PF-緩沖溶液顯色體系吸光度的影響；(2)研究各試劑添加順序?qū)μ技{米管增敏作用的影響。(3)研究碳納米管與苯基熒光酮結(jié)合 Fe2+對(duì)測(cè)定增色原理。(4)研究碳納米管在顯色體系中對(duì)配合物組成及穩(wěn)定性的影響東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論9東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)部分10第二章 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品多壁碳納米管（MWNTs） ，羥基化多壁碳納米管（MWNTs-OH ） ，羧基化多壁碳納米管（MWNTs-COOH） ，40-60nm，純度95%,深圳納米港有限公司；六水合硫酸亞鐵銨，分析純,天津石英鐘廠霸州市化工分廠;苯基熒光酮（PF） ，分析純 ,上海源葉生物科技有限公司 ;磷酸氫二鈉，分析純,西隴化工股份有限公司;檸檬酸，分析純;天津市大茂化學(xué)試劑廠;濃硝酸，分析純,江西洪都生物化學(xué)有限公司;過氧化氫（30%） ，天津市大茂化學(xué)試劑廠；無水乙醇，分析純，純度≥95%，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；蒸餾水，東華理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室。2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器T6 分光光度計(jì)，石英比色皿（北京普析通用有限公司） ；KQ3200E 型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司） ；電子分析天平（奧豪斯國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司） ；DZF-6050 型真空干燥箱（上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司） ；M303686 型傅立葉紅外光譜儀（北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司） 。2.2 實(shí)驗(yàn)過程2.2.1 溶液的配置亞鐵離子標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取 0.7022g 六水合硫酸亞鐵銨，將其溶解于去離子水，然后定容至 100mL 容量瓶中，搖勻，再?gòu)闹幸迫?1.0mL 置于另一 100ml 的容量瓶中定容，便得到 10ug/L 標(biāo)準(zhǔn)亞鐵離子溶液；苯基熒光酮(PF)醇標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取熒光酮 0.0100g，加三滴濃硫酸后，用無水乙醇溶解，定容于 100mL 容量瓶中，搖勻得到 0.01%苯基熒光酮（PF）醇溶液。0.01%碳納米管(CNTs-COOH/ CNTs-OH/ CNTs-未改性)：分別準(zhǔn)確稱取0.0100g 碳納米管(CNTs-COOH/ CNTs-OH/ CNTs-未改性)，研磨 20min 后，分別將其定容于 100mL 容量瓶，再用超聲波浴振蕩 4h；緩沖液：分別用電子天平準(zhǔn)確稱取磷酸氫二鈉、檸檬酸各 3.5610g 和2.1014g，再分別用蒸餾水進(jìn)行溶解、定容于 100mL 的容量瓶中，分別得到東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)部分110.2mol·L-1 和 0.1mol·L-1 的磷酸氫二鈉和檸檬酸溶液，再分別用移液管分別移取 51.50mL 和和 48.50mL 于 100mL 容量瓶便得到 pH=5.0 緩沖液。2.2.2 實(shí)驗(yàn)技術(shù)線路本研究擬通過用表面不同改性的碳納米管作為增敏劑和增穩(wěn)劑，將其應(yīng)用于鋅離子和苯基熒光酮(PF)體系的顯色反應(yīng)，并對(duì)其吸光效果進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)。其具體的技術(shù)路線如圖 2-1 所示：2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法于 25mL 的比色管中依次加入 1.0mL 濃度為 10μg/mL 的亞鐵離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，2.0mL 0.01%的苯基熒光酮(PF)乙醇溶液，1.0mL 0.01%的不同種類的碳納米管(CNTs)溶液， 6.0mL 的 pH=5 的緩沖溶液并用去離子水稀釋至刻度，搖勻。在室溫下放置 30min 后，倒入 b=1cm 的石英比色皿，以試劑空白做為參比，在 T6紫外可見分光光度計(jì)上進(jìn)行光譜掃描測(cè)量，并記錄結(jié)果。依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法，逐步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，確立最佳 PF 用量、最佳碳納米管用量、最佳 PH 值、最佳緩沖溶液用量研究亞鐵離子濃度對(duì)體系吸光度的影響，結(jié)合此方法繪制出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。求得線性回歸方程 y=ax+b 和相關(guān)系數(shù) R。由朗伯比爾定律 A=ξbc 可求得本方法的表觀摩爾吸收系數(shù) ξ。式中 A 為吸光度；Fe2+溶液 PF 乙醇溶液 CNTs 溶液 緩沖溶液確定 λ max、A max混合液吸收光譜分光光度計(jì)增敏機(jī)理研究標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制圖 2-1 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線圖東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)部分12ξ 為表觀摩爾吸收系數(shù)，L·mol -1·cm-1；b 為樣品槽厚度，cm；c 為溶液的物質(zhì)的量濃度，mol/L。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論13第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論針對(duì)目前分光光度法測(cè)定鐵離子中可信度低、靈敏性差的缺點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)研究了用碳納米管作為增效劑來提高鉛離子-熒光酮顯色體系的靈敏度。并且還研究了不同碳納米管、碳納米管的含量、苯基熒光酮的含量和添加順序?qū)︼@色體系的影響，并且給出了碳納米管增效機(jī)理。3.1 碳納米管的種類的選擇及增敏機(jī)理的研究 不同種類的碳納米管的對(duì)于Fe離子的顯色反應(yīng)而言，是有很大影響的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖3-1所示。結(jié)果表明，在下列的碳納米管中，峰值最高的為羧基碳納米管CNTS —COOH，其次為羥基碳納米管CNTS-OH ，然后是純碳納米管和不加碳納米管。所以羧基碳納米管對(duì)鉛離子顯色反應(yīng)的吸光度最大，效果最好。450 50 50 60 650-0.50.0.50.10.150.2 Absλ /nmabcd0.40.30.20.10.-0.14 450 50 50 60東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論143.1.1 碳納米管的增色機(jī)理的研究 在圖3-1 中，曲線d與曲線a、b、c 相對(duì)比，d的吸光度明顯最低。這可以說明碳納米管的加入對(duì)Fe離子體系有明顯的增敏效果。主要是由于下列幾點(diǎn)造成：（1）碳納米管比表面積很大且有很強(qiáng)大的過剩表面能，并且由于碳納米管的負(fù)Zeta 電位而導(dǎo)致了碳納米管對(duì)水中的金屬離子（Fe離子）有很強(qiáng)的吸附性。（2）碳納米管側(cè)壁它是由sp 2雜化且具有非常大的比表面積和大量高度離域的π電子所組成，而這些 π電子可以與其它含有共軛結(jié)構(gòu)的分子發(fā)生較強(qiáng)的非共價(jià)作用。(3)苯基熒光酮是一種含有共軛體系的芳香族化合物，它可與碳納米管發(fā)生較強(qiáng)的非共價(jià)作用。如圖3-2和3-3所示。當(dāng)碳納米管加入到Fe 2+—PF絡(luò)合物體系中時(shí)，由于碳納米管對(duì)離子的吸附圖 3-1 碳納米管種類對(duì)鐵離子顯色反應(yīng)吸光度的影響（a） Fe2+-PF-CNTs-COOH-緩沖液體系（b） Fe2+-PF-CNTs-OH-緩沖液體系（c） Fe2+-PF-CNTs-緩沖液體系（d） Fe2+-PF-緩沖液體系圖 3-2 苯基熒光酮結(jié)構(gòu)圖 圖 3-3 碳納米管與 PF 共軛結(jié)構(gòu)圖東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論15作用及與PF的發(fā)生非共價(jià)功能化，使得鐵離子與 PF緊密地吸附在碳納米管的側(cè)壁，且不易發(fā)生水解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵離子的的富集，達(dá)到增敏效果。碳納米管增敏機(jī)理的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-4所示。圖 3-4 碳納米管增色機(jī)理示意圖3.1.2 碳納米管的種類對(duì)鉛離子顯色反應(yīng)的研究由圖 3-1 可知，在曲線 a、 b、c 中，a 的吸光度最大。也就是說，羧基碳納米管對(duì)鉛離子體系顯色反應(yīng)的效果最好。它的主要原因是由于碳納米管經(jīng)羥基化或羧基化后，其側(cè)壁的部分碳原子由 sp2 雜化轉(zhuǎn)變?yōu)?sp3 雜化。但有研究表明這對(duì) PF 與 CNTs 發(fā)生非共價(jià)作用影響不大。所以不同種類碳納米管間增敏作用大小的比較主要取決于其對(duì)鐵離子的吸附作用強(qiáng)弱。而由圖 3-5 可知，在紅外光掃描下，羧基碳納米管 CNTs-COOH 和羥基碳納米管 CNTs-OH 比未改性的碳納米管有明顯的吸收峰。且羧基碳納米管 CNTs-COOH 的吸收峰在 1375cm-1 處最大。所以在此三種碳納米管中，羧基化碳納米管對(duì)鐵離子的吸附作用最強(qiáng)。CNTs-COOH 對(duì)鉛離子的增敏作用最為明顯。圖 3-5 紅外吸收光譜：a.未改性 CNTs b. CNTs-OH c.CNTs-COOH東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論163.2 碳納米管用量的影響在其他條件不變的情況下，研究了羧基碳納米管用量對(duì)顯色體系吸光度的影響。其結(jié)果如圖 3-6 所示。由圖可知，碳納米管用量為 1mL 時(shí)，顯色效果最為明顯，故本實(shí)驗(yàn)碳納米管的用量為 1mL。0.6 0.9 1.2 1.50.290.30.310.320.30.340.35Abs V/mL由于碳納米管用量過低時(shí)而不能提供足夠的碳納米管表面吸附鐵離子及與PF進(jìn)行非共價(jià)功能化，從而使得一部分鐵離子 -熒光酮發(fā)生水解而不能使增敏效果最大化；當(dāng)然也不是越多越好，當(dāng)碳納米管用量超過1.0mL且逐漸增加時(shí)會(huì)因碳管自身比表面積大而加劇發(fā)生纏繞聚團(tuán)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致顯色體系的吸光度逐漸降低而使得增敏作用不明顯。所以說，碳納米管的量是鐵離子顯色反應(yīng)吸光度的影響因素之一。并在1mL左右時(shí)，所測(cè)得的吸光度的值最大。3.3 苯基熒光酮用量對(duì)鉛離子顯色反應(yīng)的影響PF的用量對(duì)于鉛離子的顯色反應(yīng)而言，也是相當(dāng)重要的。它是影響顯色反應(yīng)吸光度的原因之一。且在PF 的用量為2.5mL 時(shí)，鉛離子顯色反應(yīng)的吸光度達(dá)到最大。結(jié)果如圖3-7所示。圖 3-6 碳納米管的用量對(duì)鐵離子吸光度的影響東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論172.0 2.4 2.80.0.10.20.30.4AbsV/mL實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)苯基熒光酮的用量為2.5mL時(shí)，所得到的吸光度值最大。并且由此分析可得出顯色劑PF 的用量對(duì)體系的靈敏度有較大的影響。當(dāng)苯基熒光酮用量少于2.5mL，苯基熒光酮與羧基化碳納米管的所得到絡(luò)合顯色結(jié)果明顯不好，這是由于它的量不足，使得絡(luò)合顯色不完全所造成的；當(dāng)顯色劑用量大于2.5mL 時(shí)，由于苯基熒光酮與羧基化碳納米管的結(jié)合過多而導(dǎo)致鉛離子與羧基化碳納米管的吸附不完全，也使得溶液的吸光度大大降低，所以在選擇PF量的時(shí)候就更應(yīng)該確定一個(gè)最佳的值。所以，苯基熒光酮的用量對(duì)鉛離子顯色反應(yīng)的吸光度而言，是有影響的。當(dāng)PF的用量為2.5mL時(shí),所測(cè)的鐵離子顯色體系的吸光度達(dá)到最大。所以本實(shí)驗(yàn)選擇2.5mLPF。3.4 緩沖溶液的酸度和用量對(duì)鐵離子顯色反應(yīng)的影響緩沖溶液的酸度對(duì)于此課題的研究也是不容忽視的。且當(dāng)以緩沖溶液的pH值為變量時(shí)，測(cè)得在pH=5.3時(shí)，鐵離子顯色反應(yīng)的吸光度達(dá)到最大。如圖3-8所示： 圖 3-7 PF 用量對(duì)鐵離子顯色反應(yīng)的吸光度的影響東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論18圖 3-9 緩沖液的不同用量對(duì)吸光度的影響3 4 5 60.140.210.280.35AbsPH當(dāng)它的pH值在4.0到5.3之間，呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)；此時(shí)，PF分子中羧基上的氫隨著pH值的增大電離也逐漸增大，當(dāng)pH=5.3左右時(shí)，電離程度最佳，此時(shí)吸光值也達(dá)到最佳。當(dāng)它的值大于5.3時(shí)，呈下降趨勢(shì)，表明PF分子中羧基上的氫離子在pH=5.3之后與鐵離子配位不穩(wěn)定。所以緩沖溶液的酸度對(duì)鐵離子顯色反應(yīng)的吸光度是有影響的，并且當(dāng)pH值為5.3左右時(shí)，效果最佳。本實(shí)驗(yàn)采用pH=5.3。緩沖液的用量對(duì)吸光度而言，也是其中的一個(gè)影響因素， 并當(dāng)緩沖溶液的量在10.8—11.5時(shí)，對(duì)鐵離子的顯色反應(yīng)效果最佳。結(jié)果如圖3-9所示： 2 3 4 50.150.180.210.240.270.30.30.36AbsV/ml圖 3-8 pH 值對(duì)鉛離子顯色反應(yīng)吸光度的影響東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論19表 3-1 添加順序?qū)ξ舛鹊挠绊憣?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)緩沖溶液的用量小于 4.0mL 時(shí)，顯色效果不夠穩(wěn)定，得不到的很好緩沖效果；當(dāng)用量大于 4.0mL 時(shí)，又會(huì)對(duì)體系的 pH 發(fā)生影響。所以，緩沖溶液的最佳用量范圍為 3.8-4.2mL，此時(shí)，吸光度最大。因此，本實(shí)驗(yàn)中緩沖液的用量為 4.0mL。3.5 添加順序的影響各物質(zhì)的添加順序?qū)ξ舛扔杏绊?，由圖表3-1可知第一組順序Cr 6+→PF→緩沖溶液→CNTs-COOH最佳，其A=0.187Abs，λ max=536.80nm。試劑添加順序 吸光度(A)a: PF→CNTs-COOH→Fe 2+→緩沖液b: Fe2+→緩沖液→PF→CNTs-COOHc: Fe2+→PF→ 緩沖液→CNTs-COOHd: PF→緩沖液→Fe 2+→CNTs-COOHe: CNTs-COOH→緩沖液→Fe 2+→PF0.3610.3490.3740.3690.358實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：按照加入順序c時(shí)，A max為0.374，其顯色體系的吸光度最高；當(dāng)按照加入順序b時(shí)，鐵離子事先與pH混合后再加入到顯色體系中， Amax =0.349，兩者的混合發(fā)生了絡(luò)合鉻應(yīng)，當(dāng)加入CNTs-COOH時(shí)，絡(luò)合物中的Fe 2+的空間位阻部分地阻礙了CNTs-COOH與PF 之間的絡(luò)合作用，降低了體系的吸光度；當(dāng)按照加入順序a 時(shí)， Amax=0.361，相比順序 c而言，PF先于CNTs-COOH加入到顯色溶液中，F(xiàn)e 2+-PF絡(luò)合物被隨之加入的pH包裹在膠束內(nèi)部，而減弱其與CNTs-COOH之間的π~π作用，從而降低了靈敏度；在加入順序?yàn)?d時(shí)，PF事先與pH混合后再加入到顯色體系中，A max= 0.369，PF事先混合使熒光酮分子被包裹在膠束內(nèi)部，不僅減弱PF 與CNTs-COOH之間的π~π作用，而且與Fe 2+之間的絡(luò)合作用也大大降低，故靈敏度低；在加入順序?yàn)閑時(shí)，A=0.358 ，CNTs-COOH事先與pH混合，一方面pH對(duì)CNTs-COOH起到很好的分散作用，另一方面PF的疏水基團(tuán)將CNTs-COOH 包裹，部分地阻礙了熒光酮或絡(luò)合物分子與碳納米管之間的π~π作用，從而吸光度降低。綜上所述，加入順序a，即試劑添加順序Fe 2+→PF→pH→CNTs-COOH為最佳實(shí)驗(yàn)順序。3.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線的完成在上述實(shí)驗(yàn)條件確定的情況下，研究了不同鉛離子含量對(duì)顯色體系的吸光度的影響，并給出了該實(shí)驗(yàn)條件下的的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 3-10 所示。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論20表 3-10 鐵離子的標(biāo)準(zhǔn)曲線由圖可知，F(xiàn)e 2+含量在 0-11μg/25mL 范圍內(nèi)滿足朗伯比爾定律。并算出線性回歸方程：A=0.008+0.36471c ，R 2=0.99689。ε=8.10×10 4L·mol﹣1 ·cm-1。以上數(shù)據(jù)表明羧基化碳納米管側(cè)壁與苯基熒光酮的結(jié)合吸附，有效地增大了反應(yīng)分子的截面積，使得分子碰撞的幾率增大，從而增大了分光光度法達(dá)到的理論靈敏度，使得檢測(cè)更加準(zhǔn)確。0. 0.4 0.8 1.20.0.10.20.30.4AbsV/mL東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論21結(jié) 論本實(shí)驗(yàn)主要研究了碳納米管作為新型的吸附劑在Fe 2+上的應(yīng)用，并且還探討了苯基熒光酮作為顯色劑在鉛的測(cè)定上的應(yīng)用和用何種碳納米管的吸附性能最好。并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，得出各種試劑的最佳用量，并畫出了標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果總結(jié)為：（1）在幾種碳納米管當(dāng)中，羧基碳納米管的吸光度表現(xiàn)最佳，顯色效果最好。（2）在顯色反應(yīng)中，羧基碳納米管的最佳用量為1.0mL；苯基熒光酮的用量在2.5mL；緩沖液的用量在4.0mL；緩沖液的最佳PH值為5.3；并且此時(shí)Amax=0.361。（3）在確定好最佳的條件后，進(jìn)行測(cè)量得到結(jié)論，鐵含量在 0～11μg/25mL 滿足朗伯-比爾定律，線性回歸方程：A=0.008+0.36471c，R 2=0.99689。ε=8.10×10 4L·mol﹣1 ·cm-1 具有很高的靈敏性。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致謝22致 謝本論文是在陰強(qiáng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，老師不遺余力的精心指導(dǎo)、淵博的專業(yè)知識(shí)和開闊的視野令我受益匪淺，和藹可親、坦誠(chéng)為人的風(fēng)格更令我備受感動(dòng)。在此，謹(jǐn)向陰老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！其次是要感謝院系老師對(duì)我的的殷切關(guān)懷和對(duì)我大學(xué)四年來的熱心的指導(dǎo)，讓筆者受益匪淺。院領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我們的思想、學(xué)習(xí)、生活都帶來極大的幫助，借此機(jī)會(huì)對(duì)他們表示由衷的感謝。 實(shí)驗(yàn)過程中還得到了同組的謝陽(yáng)志的鼎力相助。在此，表示我最誠(chéng)摯的謝意！最后，我還要感謝東華理工大學(xué)給我提供了四年的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和良好的學(xué)習(xí)平臺(tái)！感謝我的父母在我整個(gè)學(xué)生生涯中對(duì)我的支持與鼓勵(lì)！謝謝你們！感謝各位老師對(duì)本論文提出的寶貴意見和建議！東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致謝23東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn)24參考文獻(xiàn)[1] 陳世界，陳治春，李英杰.在 β-環(huán)糊精和乳化劑 OP 作用下苯基熒光酮分光光度法測(cè)定鐵的研究[J]. 高師理科學(xué)刊，2006，26：3-5[2] 孫雪花，馬紅燕，田銳等. 對(duì)二乙氨基苯基熒光酮分光光度法測(cè)定鐵的研究 [J].化學(xué)試劑，2007，29(5) ：293-294[3] 范哲鋒，孫樹志，溫建玲等. 聚乙二醇-硫酸銨- 鄰二氮菲體系萃取光度法測(cè)定鐵的研究[J]. 化學(xué)世界，2001， （6）：291-292[4] 劉青山，吳曉濱.疏基乙酸差示分光光度法測(cè)定鐵的研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2001， （4）：27[5] 王秀英，肖文勝.差示光度法測(cè)定鐵[J].礦物巖石，1993. 13(1)：112~114[6] 任慧娟，符連社，白建祥等. 鐵(Ⅱ，Ⅲ ) -鄰苯二酚紫-表面活性劑雙峰雙波長(zhǎng)分光光度法測(cè)定鐵[J]. 東北師大學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，1988，[7] 方文煥，吳紹祖. 高鐵- 鄰菲啰啉－溴甲酚藍(lán)顯色體系－離心光度法測(cè)定鐵[J].分析化學(xué)，1998，26（10）：1280[8] 鄭蓉. 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