分光光度法测定铬黑T解离常数实验设计

doi:10.3866/PKU.DXHX202112039

大学化学 >> 2022, Vol. 37 >> Issue (12): 2112039.doi: 10.3866/PKU.DXHX202112039

分光光度法测定铬黑T解离常数实验设计

孙瑞卿(), 许紫婷, 陈珠灵, 林佳丽

福州大学化学学院, 化学化工国家级实验教学示范中心, 福州 350116

收稿日期:2021-12-14 录用日期:2022-02-22 发布日期:2022-03-22
通讯作者: 孙瑞卿 E-mail:1031598981@qq.com
作者简介:孙瑞卿, Email: 1031598981@qq.com

Experimental Design on the Determination of Dissociation Constants of Eriochrome Black T by Spectrophotometry

Ruiqing Sun(), Ziting Xu, Zhuling Chen, Jiali Lin

National Experimental Teaching Demonstration Center for Chemistry and Chemical Engineering, College of Chemistry, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China

Received:2021-12-14 Accepted:2022-02-22 Published:2022-03-22
Contact: Ruiqing Sun E-mail:1031598981@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

在分析化学实验教学基础上，引入光谱分析和数据处理，设计了用紫外-可见分光光度法测定铬黑T解离常数的实验。根据系列pH下铬黑T溶液的吸光度，利用ORIGIN进行数学拟合，推导出相应的数学模型，计算铬黑T水溶液的解离常数pK_a1、pK_a2、pK_a3。实验方案简单高效，结果准确度高，可以拓展本科化学实验内容，深入理解酸碱解离过程，加强对仪器分析的认识和应用，培养学生实验设计、数据处理、拟合建模、推导判断的综合能力。

关键词: 解离常数, 紫外-可见分光光度法, 铬黑T

Abstract:

This work aims to provide an approach to determine the dissociation constant (pK_a) of Eriochrome Black T by using UV-Visible spectrophotometry. The absorbance of Eriochrome Black T was measured at different pH and the data was fitted by ORIGIN with specific function model. Based on the obtained formula, the three pK_a of Eriochrome Black T can be calculated, respectively. This method is highly efficient, accurate, and easy to operate. It can also serve as an expansion for the undergraduates' chemistry laboratory, which can help cultivate the students' comprehensive ability of experimental design, data processing, and model derivation.

Key words: Dissociation constant, Ultraviolet-visible spectrophotometry, Eriochrome Black T

孙瑞卿, 许紫婷, 陈珠灵, 林佳丽. 分光光度法测定铬黑T解离常数实验设计[J]. 大学化学, 2022, 37(12): 2112039.

Ruiqing Sun, Ziting Xu, Zhuling Chen, Jiali Lin. Experimental Design on the Determination of Dissociation Constants of Eriochrome Black T by Spectrophotometry[J]. University Chemistry, 2022, 37(12): 2112039.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202112039

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2022/V37/I12/2112039

图/表 14

图1

表1

图2

表2

表3

表4

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图5

图6

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表5

表6

参考文献 16

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样品编号	pH	样品编号	pH	样品编号	pH
1	2.09	11	5.75	21	10.84
2	2.82	12	5.98	22	11.26
3	3.18	13	6.25	23	11.58
4	3.55	14	6.74	24	11.76
5	3.90	15	7.02	25	11.98
6	4.22	16	7.85	26	12.27
7	4.50	17	8.63	27	12.58
8	4.77	18	8.97	28	12.81
9	4.98	19	10.06	29	12.98
10	5.54	20	10.42

样品编号	pH	A(λ_{618 nm})	$ \lg \left( {\frac{{{A_0} - {A_1}}}{{{A_1} - {A_2}}}} \right) $	样品编号	pH	A(λ_{618 nm})	$ \lg \left( {\frac{{{A_0} - {A_1}}}{{{A_1} - {A_2}}}} \right) $	样品编号	pH	A(λ_{618 nm})	$ \lg \left( {\frac{{{A_0} - {A_1}}}{{{A_1} - {A_2}}}} \right) $
1	2.09	0.103		11	5.75	0.193	?0.940	21	10.84	0.693	?0.470
2	2.82	0.104	?0.903	12	5.98	0.277	?0.570	22	11.26	0.602	?0.240
3	3.18	0.105	?0.540	13	6.25	0.37	?0.310	23	11.58	0.494	0.004
4	3.55	0.106	?0.300	14	6.74	0.622	0.275	24	11.76	0.39	0.238
5	3.90	0.107	?0.100	15	7.02	0.783	0.785	25	11.98	0.301	0.465
6	4.22	0.108	0.097	16	7.85	0.89	2.414	26	12.27	0.195	0.856
7	4.50	0.11	0.544	17	8.63	0.893		27	12.58	0.153	1.131
8	4.77	0.112		18	8.97	0.894		28	12.81	0.134	1.327
9	4.98	0.112		19	10.06	0.853	?1.270	29	12.98	0.098
10	5.54	0.153	?1.260	20	10.42	0.79	?0.820

样品编号	pH	A(λ_{516 nm})	$ \lg \left( {\frac{{{A_0} - {A_1}}}{{{A_1} - {A_2}}}} \right) $	样品编号	pH	A(λ_{516 nm})	$ \lg \left( {\frac{{{A_0} - {A_1}}}{{{A_1} - {A_2}}}} \right) $
1	2.09	0.276		9	4.98	0.288
2	2.82	0.276		10	5.54	0.289	?1.890
3	3.18	0.277	?1.040	11	5.75	0.291	?1.400
4	3.55	0.28	?0.300	12	5.98	0.303	?0.630
5	3.90	0.282	0	13	6.25	0.316	?0.260
6	4.22	0.285	0.477	14	6.74	0.354	0.706
7	4.50	0.287	1.041	15	7.02	0.365	1.585
8	4.77	0.288		16	7.85	0.367

样品编号	pH	A(λ_{455 nm})	$ \lg \left( {\frac{{{A_0} - {A_1}}}{{{A_1} - {A_2}}}} \right) $	样品编号	pH	A(λ_{455 nm})	$ \lg \left( {\frac{{{A_0} - {A_1}}}{{{A_1} - {A_2}}}} \right) $
16	7.85	0.254		23	11.58	0.375	?0.100
17	8.63	0.252		24	11.76	0.407	0.1
18	8.97	0.256	?1.840	25	11.98	0.447	0.371
19	10.06	0.275	?1.040	26	12.27	0.467	0.533
20	10.42	0.28	?0.950	27	12.58	0.493	0.814
21	10.84	0.294	?0.750	28	12.81	0.51	1.111
22	11.26	0.333	?0.390	29	12.98	0.53

波长	拟合方程	pK_a值	R² (可决系数)
516 nm	y = 0.661x + 3.85	pK_a1 = 3.85	0.979
618 nm	y = 1.24x + 3.94	pK_a1 = 3.94	0.966
516 nm	y = 0.441x + 6.35	pK_a2 = 6.35	0.987
618 nm	y = 0.644x + 6.41	pK_a2 = 6.41	0.982
455 nm	y = 1.29x + 11.57	pK_a3 = 11.57	0.980
618 nm	y = 1.07x + 11.43	pK_a3 = 11.43	0.989

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Experimental Design on the Determination of Dissociation Constants of Eriochrome Black T by Spectrophotometry

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文献值	测定平均值	相对偏差	样品数n	标准差S	F检验
文献值	测定平均值	相对偏差	样品数n	标准差S	F_表	F_计算
pK_a1 = 3.9	516 nm，pK_a1 = 3.85	?1.38%	5	0.0342	6.26	2.29
pK_a1 = 3.9	618 nm，pK_a1 = 3.94	1.13%	6	0.0518	6.26	2.29
pK_a2 = 6.4	516 nm，pK_a2 = 6.35	?0.78%	6	0.0272	4.95	2.29
pK_a2 = 6.4	618 nm，pK_a2 = 6.41	0.16%	7	0.0412	4.95	2.29
pK_a3 = 11.5	455 nm，pK_a3 = 11.57	0.61%	11	0.0511	3.14	2.79
pK_a3 = 11.5	618 nm，pK_a3 = 11.43	?0.61%	10	0.0306	3.14	2.79

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