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【摘要】补铁剂中铁元素的含量是衡量补铁剂质量的重要指标。通过应用现代化的测量技术——手持技术来测定补铁剂中铁元素的含量。第一部分是运用化学鉴别方法判断补铁剂中铁元素的存在形态。第二部分使用计算机测定补铁剂中铁元素的含量。
【关键词】手持技术;补铁剂;铁含量;色度传感器;数据采集器
引言
手持技术又称掌上技术,是在新课程理念的指导下,帮助教师和学生利用一种新型的实验技术,它能真实、实时、快速、准确地设计和实施中学理科课程(物理、化学、生物)中的部分实验,开展定量的科学探究。该技术的实验器材主要是数据采集器、应用软件及各类传感器。三者构成了数据的实时采集、处理的现代化教学实验平台。该实验系统工作原理是传感器把从外部感应到的物理量通过以电信号的形式传输到数据采集器,数据采集器将信号规范整合后传送到数据处理系统进行实时分析、统计、拟合等处理(如图1)。
铁是人体必需的微量元素之一,人体内约含3～4g,尽管量很少,但却是营养学上最重要的元素之一。当铁摄入量不足时,可能导致缺铁性贫血。对此可服用补铁剂补铁。科学家对补铁剂的人体吸收实验表明,二价铁比三价铁更有利于人体的吸收,所以我们运用化学鉴别方法判断补铁剂中铁元素的存在形态并使用计算机测定其中铁元素的含量。
1.实验探究内容
第一部分是运用化学鉴别方法判断补铁剂中铁元素的存在形态。
第二部分使用计算机测定补铁剂中铁元素的含量。
2.实验用品
补铁剂,盐酸,活性炭,KSCN溶液,稀硝酸,H2O2,[Fe(SCN)6]3-标准溶液(浓度为:0.0010mol/L、0.0008 mol/L、0.0006 mol/L、0.0004 mol/L、0.0002 mol/L),蒸馏水,滤纸。
铁架台、烧杯、试管、玻璃棒、胶头滴管、漏斗、计算机、数据采集器、“Logger Pro 3.4. 2 中文版” 软件、色度计。
3.实验原理及装置
实验原理解析说明:本实验主要利用比尔定律和手持技术来测量溶液的浓度。
3.1 补铁剂待测溶液的制备
将补铁剂经过溶解、脱色、氧化等步骤进行处理,将其中的铁元素转化为Fe3+溶液,Fe3+与足量的KSCN溶液反应后形成红色的Fe(SCN)6]3-。Fe(SCN)6]3-可以吸收蓝光,且浓度越大,溶液颜色越深,对光的吸收程度越大。
3.2 比尔定律
溶液的吸光度与溶液的浓度、液层的厚度及溶液的性质成正比。即:A=εbc。
我们如果控制液层的厚度、溶液的性质等变量,溶液的吸光度就与溶液的浓度成正比例关系,即:A=kc 。如果绘出了这条过原点的直线,我们就可以利用吸光度来确定溶液的浓度了。
在实验中,我们要利用标准溶液(已知浓度的五种溶液),使用色度计测定其吸光度。绘制出吸光度与浓度关系的标准曲线。如右图1所示,再利用色度计测定未知溶液的吸光度。根据吸光度数值A可在标准曲线上查到水平轴上对应的浓度C,或计算标准曲线的斜率,根据斜率及吸光度数值来计算它的浓度。
把盛有未知浓度溶液的比色皿放在色度计中,测量吸光度。根据吸光度数值A可在标准曲线上查到水平轴上对应的浓度C。
另一个办法是:计算标准曲线的斜率,根据斜率及吸光度来计算它的浓度。
3.3 手持技术
手持技术又称掌上技术,是在新课程理念的指导下,帮助教师和学生利用一种新型的实验技术,它能真实、实时、快速、准确地设计和实施中学理科课程(物理、化学、生物)中的部分实验,开展定量的科学探究。该技术的实验器材主要是数据采集器、应用软件及各类传感器。三者构成了数据的实时采集、处理的现代化教学实验平台。该实验系统工作原理是传感器把从外部感应到的物理量通过以电信号的形式传输到数据采集器,数据采集器将信号规范整合后传送到数据处理系统进行实时分析、统计、拟合等处理。如图2:
4.实验步骤
4.1 运用化学鉴别方法判断补铁剂中铁元素的存在形态
4.1.1 样品处理
在烧杯中用20ml 6mol/ml盐酸溶解一片补铁剂。溶解后,用活性炭脱色处理后过滤,把过滤后的溶液加入少量蒸馏水配制成补铁剂溶液。
4.1.2 铁元素价态判断
取少量补铁剂溶液于试管中,加入少量KSCN溶液,观察溶液颜色有无变化,若溶液颜色呈血红色,说明补铁剂中铁元素为+3价,若无明显变化,再加入稀硝酸后溶液呈血红色,说明补铁剂中铁元素为+2价。
4.2 使用计算机测定补铁剂中铁元素的含量
4.2.1 补铁剂待测溶液的制备
将补铁剂经过溶解、脱色、氧化等步骤进行处理,将其中的铁元素转化为Fe3+溶液,Fe3+与足量的KSCN溶液反应后形成红色的[Fe(SCN)6]3-。所用补铁剂待测溶液浓度配制为原补铁剂的1/10。
4.2.2 数据采集器的设置与色度计的校正
(1)开启电脑,连接色度计、数据采集器、电脑,开启“Logger Pro”软件(本程序支持自动识别,吸光度与时间关系的图表将出现在电脑屏幕上)。
(2)按快捷键 [打开],出现 [实验]文件夹,选择[化学使用电脑]打开 [铁含量测定](屏幕上会出现纵轴显示吸光度,横轴显示浓度的图表和一个实时仪表)。
(3)对色度计供电5分钟后校准。校准时首先按下色度计上的选择按钮选择470nm的实验波长。
(4)打开色度计盖子,插入装有蒸馏水的无色比色皿(0号)。注意:手持比色皿有楞纹的一面,光滑的一面对着比色皿槽上部的箭头。
(5)关闭色度计盖子。按下CAL按钮开始校准程序。当红灯闪烁时,松开CAL按钮。
此时的吸光度为:0.000或0.001,说明校准工作完成,可以开始采集数据了。
4.3 标准溶液吸光度的测定及绘制标准曲线
(1)现在开始采集五个标准溶液的吸光度数据。
把1号比色皿( 0.0010mol/L[Fe(SCN)6]3-标准溶液)用滤纸擦干外面,光滑面对着箭头放入色度计中,关闭盖子后,点击开始采集数据。等待显示的吸光度读数稳定后,按[保持],在编辑方块输入“0.001”,然后按[确定] 键。则刚收集的一对数据会出现在图表中,最后按[停止]键。
(2)把2号比色皿(0.0008mol/L[Fe(SCN)6]3-标准溶液)用滤纸擦干外面,光滑面对着箭头放入色度计中,盖上盖子后,点击后选择[附加在最新数据后面]点击,等待显示的吸光度读数稳定后,按[保持],在编辑方块输入“0.0008”,然后按[确定] 键,刚收集的一对数据也会出现在图表中,最后按[停止]键。
(3)用比色皿3(0.0006 mol/L)、4(0.0004 mol/L)、5(0.0002 mol/L)重复2步完成测量后,按。
(4)将表格窗口显示的吸光度和浓度数据记录在实验报告后面的数据表格内。
(5)标准曲线图的绘制只要点击[线性拟合]键。一条最佳的拟合直线会出现在五个数据据点旁,这条线应该穿过或接近所有的数据点和原点。
4.4 测定补铁剂中铁元素含量
(1)把盛有未知浓度多维乳酸亚铁(X号)比色皿用滤纸擦干外面,光滑面对着箭头放入色度计中,盖上盖子后,阅读实时仪表显示的吸光度(注意:不要用按键阅读吸光度值,仪表窗口会现时显现数值) 。
等显示的吸光度读数稳定后,将数值记录在后面的数据表格中。
(2)计算未知溶液的浓度方法。在[分析]菜单选择[内插],一条垂直指针线出现在标准曲线中。浮动对话框内显示指针线的坐标值(浓度和吸光度)。将指针线沿拟合直线移动至前面测出的X号吸光度值时,所求浓度数值亦同时显现,记录,然后关闭[内插]出现的浮动对话框。
(3)重复前两步,测定另一未知浓度维生素补血露Y号浓度,记录比较两种补铁剂,哪种铁含量高。
(4)同上,测定大红枣浸出液Z号的吸光度,拟合出其浓度。
5.实验数据
6.实验结果分析
通过实验测定可知两种补铁剂中维生素补血露中铁的含量高于多维乳酸亚铁的铁的含量。测定大红枣浸出液的铁的含量也很高,因此,在饮食中多食用含铁的食物,也能满足人体对铁的需求。
参考文献
[1]钱扬义等.掌上实验室(Lab in Hand)的特点及其功能[J].电化教育研究,2003,(10):59-62.
[2]钱扬义.手持技术在理科实验中的应用的研究[M].北京:高等教育出版社,2003.
[3]江琳才,钱扬义.义务教育课程标准实验教科书化学九年级(上下册)[M].北京:科学出版社,2004.
[4]谢戈平,沈晓虹.利用手持技术探究简易化学电池[J].教学仪器与实验,2006,22(8):19-20.
作者简介:沈晓虹(1970—),女,内蒙古赤峰人,现供职于深圳市宝安中学高中部。
【关键词】手持技术;补铁剂;铁含量;色度传感器;数据采集器
引言
手持技术又称掌上技术,是在新课程理念的指导下,帮助教师和学生利用一种新型的实验技术,它能真实、实时、快速、准确地设计和实施中学理科课程(物理、化学、生物)中的部分实验,开展定量的科学探究。该技术的实验器材主要是数据采集器、应用软件及各类传感器。三者构成了数据的实时采集、处理的现代化教学实验平台。该实验系统工作原理是传感器把从外部感应到的物理量通过以电信号的形式传输到数据采集器,数据采集器将信号规范整合后传送到数据处理系统进行实时分析、统计、拟合等处理(如图1)。
铁是人体必需的微量元素之一,人体内约含3～4g,尽管量很少,但却是营养学上最重要的元素之一。当铁摄入量不足时,可能导致缺铁性贫血。对此可服用补铁剂补铁。科学家对补铁剂的人体吸收实验表明,二价铁比三价铁更有利于人体的吸收,所以我们运用化学鉴别方法判断补铁剂中铁元素的存在形态并使用计算机测定其中铁元素的含量。
1.实验探究内容
第一部分是运用化学鉴别方法判断补铁剂中铁元素的存在形态。
第二部分使用计算机测定补铁剂中铁元素的含量。
2.实验用品
补铁剂,盐酸,活性炭,KSCN溶液,稀硝酸,H2O2,[Fe(SCN)6]3-标准溶液(浓度为:0.0010mol/L、0.0008 mol/L、0.0006 mol/L、0.0004 mol/L、0.0002 mol/L),蒸馏水,滤纸。
铁架台、烧杯、试管、玻璃棒、胶头滴管、漏斗、计算机、数据采集器、“Logger Pro 3.4. 2 中文版” 软件、色度计。
3.实验原理及装置
实验原理解析说明:本实验主要利用比尔定律和手持技术来测量溶液的浓度。
3.1 补铁剂待测溶液的制备
将补铁剂经过溶解、脱色、氧化等步骤进行处理,将其中的铁元素转化为Fe3+溶液,Fe3+与足量的KSCN溶液反应后形成红色的Fe(SCN)6]3-。Fe(SCN)6]3-可以吸收蓝光,且浓度越大,溶液颜色越深,对光的吸收程度越大。
3.2 比尔定律
溶液的吸光度与溶液的浓度、液层的厚度及溶液的性质成正比。即:A=εbc。
我们如果控制液层的厚度、溶液的性质等变量,溶液的吸光度就与溶液的浓度成正比例关系,即:A=kc 。如果绘出了这条过原点的直线,我们就可以利用吸光度来确定溶液的浓度了。
在实验中,我们要利用标准溶液(已知浓度的五种溶液),使用色度计测定其吸光度。绘制出吸光度与浓度关系的标准曲线。如右图1所示,再利用色度计测定未知溶液的吸光度。根据吸光度数值A可在标准曲线上查到水平轴上对应的浓度C,或计算标准曲线的斜率,根据斜率及吸光度数值来计算它的浓度。
把盛有未知浓度溶液的比色皿放在色度计中,测量吸光度。根据吸光度数值A可在标准曲线上查到水平轴上对应的浓度C。
另一个办法是:计算标准曲线的斜率,根据斜率及吸光度来计算它的浓度。
3.3 手持技术
手持技术又称掌上技术,是在新课程理念的指导下,帮助教师和学生利用一种新型的实验技术,它能真实、实时、快速、准确地设计和实施中学理科课程(物理、化学、生物)中的部分实验,开展定量的科学探究。该技术的实验器材主要是数据采集器、应用软件及各类传感器。三者构成了数据的实时采集、处理的现代化教学实验平台。该实验系统工作原理是传感器把从外部感应到的物理量通过以电信号的形式传输到数据采集器,数据采集器将信号规范整合后传送到数据处理系统进行实时分析、统计、拟合等处理。如图2:
4.实验步骤
4.1 运用化学鉴别方法判断补铁剂中铁元素的存在形态
4.1.1 样品处理
在烧杯中用20ml 6mol/ml盐酸溶解一片补铁剂。溶解后,用活性炭脱色处理后过滤,把过滤后的溶液加入少量蒸馏水配制成补铁剂溶液。
4.1.2 铁元素价态判断
取少量补铁剂溶液于试管中,加入少量KSCN溶液,观察溶液颜色有无变化,若溶液颜色呈血红色,说明补铁剂中铁元素为+3价,若无明显变化,再加入稀硝酸后溶液呈血红色,说明补铁剂中铁元素为+2价。
4.2 使用计算机测定补铁剂中铁元素的含量
4.2.1 补铁剂待测溶液的制备
将补铁剂经过溶解、脱色、氧化等步骤进行处理,将其中的铁元素转化为Fe3+溶液,Fe3+与足量的KSCN溶液反应后形成红色的[Fe(SCN)6]3-。所用补铁剂待测溶液浓度配制为原补铁剂的1/10。
4.2.2 数据采集器的设置与色度计的校正
(1)开启电脑,连接色度计、数据采集器、电脑,开启“Logger Pro”软件(本程序支持自动识别,吸光度与时间关系的图表将出现在电脑屏幕上)。
(2)按快捷键 [打开],出现 [实验]文件夹,选择[化学使用电脑]打开 [铁含量测定](屏幕上会出现纵轴显示吸光度,横轴显示浓度的图表和一个实时仪表)。
(3)对色度计供电5分钟后校准。校准时首先按下色度计上的选择按钮选择470nm的实验波长。
(4)打开色度计盖子,插入装有蒸馏水的无色比色皿(0号)。注意:手持比色皿有楞纹的一面,光滑的一面对着比色皿槽上部的箭头。
(5)关闭色度计盖子。按下CAL按钮开始校准程序。当红灯闪烁时,松开CAL按钮。
此时的吸光度为:0.000或0.001,说明校准工作完成,可以开始采集数据了。
4.3 标准溶液吸光度的测定及绘制标准曲线
(1)现在开始采集五个标准溶液的吸光度数据。
把1号比色皿( 0.0010mol/L[Fe(SCN)6]3-标准溶液)用滤纸擦干外面,光滑面对着箭头放入色度计中,关闭盖子后,点击开始采集数据。等待显示的吸光度读数稳定后,按[保持],在编辑方块输入“0.001”,然后按[确定] 键。则刚收集的一对数据会出现在图表中,最后按[停止]键。
(2)把2号比色皿(0.0008mol/L[Fe(SCN)6]3-标准溶液)用滤纸擦干外面,光滑面对着箭头放入色度计中,盖上盖子后,点击后选择[附加在最新数据后面]点击,等待显示的吸光度读数稳定后,按[保持],在编辑方块输入“0.0008”,然后按[确定] 键,刚收集的一对数据也会出现在图表中,最后按[停止]键。
(3)用比色皿3(0.0006 mol/L)、4(0.0004 mol/L)、5(0.0002 mol/L)重复2步完成测量后,按。
(4)将表格窗口显示的吸光度和浓度数据记录在实验报告后面的数据表格内。
(5)标准曲线图的绘制只要点击[线性拟合]键。一条最佳的拟合直线会出现在五个数据据点旁,这条线应该穿过或接近所有的数据点和原点。
4.4 测定补铁剂中铁元素含量
(1)把盛有未知浓度多维乳酸亚铁(X号)比色皿用滤纸擦干外面,光滑面对着箭头放入色度计中,盖上盖子后,阅读实时仪表显示的吸光度(注意:不要用按键阅读吸光度值,仪表窗口会现时显现数值) 。
等显示的吸光度读数稳定后,将数值记录在后面的数据表格中。
(2)计算未知溶液的浓度方法。在[分析]菜单选择[内插],一条垂直指针线出现在标准曲线中。浮动对话框内显示指针线的坐标值(浓度和吸光度)。将指针线沿拟合直线移动至前面测出的X号吸光度值时,所求浓度数值亦同时显现,记录,然后关闭[内插]出现的浮动对话框。
(3)重复前两步,测定另一未知浓度维生素补血露Y号浓度,记录比较两种补铁剂,哪种铁含量高。
(4)同上,测定大红枣浸出液Z号的吸光度,拟合出其浓度。
5.实验数据
6.实验结果分析
通过实验测定可知两种补铁剂中维生素补血露中铁的含量高于多维乳酸亚铁的铁的含量。测定大红枣浸出液的铁的含量也很高,因此,在饮食中多食用含铁的食物,也能满足人体对铁的需求。
参考文献
[1]钱扬义等.掌上实验室(Lab in Hand)的特点及其功能[J].电化教育研究,2003,(10):59-62.
[2]钱扬义.手持技术在理科实验中的应用的研究[M].北京:高等教育出版社,2003.
[3]江琳才,钱扬义.义务教育课程标准实验教科书化学九年级(上下册)[M].北京:科学出版社,2004.
[4]谢戈平,沈晓虹.利用手持技术探究简易化学电池[J].教学仪器与实验,2006,22(8):19-20.
作者简介:沈晓虹(1970—),女,内蒙古赤峰人,现供职于深圳市宝安中学高中部。