钴在化合物中呈二价或三价状态存在.它的氢氧化物在pH7.5时形成,氢氧化钴不溶于氢氧化钠中.
光度法测定钴,多数情况下是基于与Co(Ⅱ)的反应,只是与亚硝基酚类和氨羧络合剂等显色剂反应时,以Co(Ⅱ)参加反应.钴属于具有生色性质的元素,能与许多无色或有色的显色试剂呈灵敏的颜色反应.已提出过许多的有机试剂可用于钴的测定,在显色试剂中应用最广泛、研究最深入的是亚硝基酚类和吡啶偶氮化合物.
属于亚硝基酚类的1-亚硝基-2-萘酚,2-亚硝基-1-萘酚和亚硝基R盐是应用最早、至今仍较重要的试剂.钴(Ⅲ)与亚硝基酚类试剂形成的橙色络合物,最大吸收波长在400毫微米附近,对比度不高,基本上与试剂本身的最大吸收峰重叠,因此实际分析中选用500-530毫微米测量,此时灵敏度则大约降低一半左右.一些母体结构较简单的亚硝基酚类化合物如邻亚硝基苯酚,邻亚硝基间甲苯酚和3-亚硝基水杨酸等,虽也曾用于钴的测定,但灵收度低并无实际意义.而如果在它们的苯环的亚硝基对位上再引入一强的供电子基团如-N(CH3)2或-N(C2H5)2以后,则能得到一些优良性能的光度测定钴的试剂,即2-亚硝基-5-二甲胺基苯酚(NO-DMAP)和2-亚硝基-5-二乙胺基苯酚(NO-DEAP):
这两种试剂与钴(Ⅲ)的反应有着类似的性质,皆可简便、快速地用于钴的测定,灵敏度和选择性都很理想.
属于吡啶偶氮化合物的显色剂,除所熟悉的PAN和PAR可用于光度测定钴以外,近年来已合成和研究过一系列具有高灵敏度的显色剂.它们是4-(2-吡啶偶氮)-1,3-二氨基苯(PADAB)、5-(2-吡啶偶氮)-2,4-二氨基甲苯( PADAT)、2-(2-吡啶偶氮)-5-二甲胺基苯酚(DMPAP)和2-(2-吡啶偶氮)-5-二乙胺基苯酚(DEPAP)及其它的衍生物,其衍生物主要为吡啶环上的单卤代(—Cl、—Br)和双卤代取代物:
这些试剂与Co(Ⅱ)的反应有着很高的灵敏度(ε~105)和良好的选择性,其中3,5-二氯-PADAT灵敏度最高(ε590=1.38×105).5-Cl-PADAB 测定钴的工作中已进行过较为深入的研究.
另外,一些噻唑偶氮化合物(Ⅰ-Ⅲ)对钴也有灵敏的颜色反应.Co(Ⅱ)与邻(2-噻唑偶氮)苯酚衍生物Ⅰ能生成1:2的螯合物,最大吸收在550-600毫微米ε=2.5×104,在KIO4存在下则与Co(Ⅲ)形成能为氯伤所萃取的绿色化台物(λ最大=600-700毫微米,ε=(1.5-2.5)×104).试剂Ⅱ和Ⅲ与钴的颜色反应灵敏度分别为ε462=5.79×104和ε466=1.19×104.
钴含量较大时,采用氨羧络合剂光度测定法为方便,且具有良好的选择性.例如氨三乙酸、EDTA和CyDTA都可使用.在H2O2存在下,Co(Ⅱ)与EDTA和H2O2所形成的三元络合物,在pH≤2.5也保持稳定,选择性相当好.
亚硝基二甲胺基苯酚法
钴(Ⅲ)在近中性溶液中与2-亚硝基-5-ニ甲胺基苯酚(NO-DMAP)形成Co:试剂=1:3的红色络合物.该络合物在水溶液中非常稳定,在进一步酸化时直至3N H2SO4和1.5N HCl中并不分解,可稳定一天.当添加EDTA时也不被破坏.不过在EDTA预先存在的溶液或3N H2SO4和1.5N HCl中钴与试剂并不发生反应.该络合物也可用1,2-二氯乙烷萃取,并在有机相中保持相当高的稳定性,用1N KOH或1:2HCl以及EDTA水溶液振荡时也能稳定存在.这些特性使之在测定时,表现出很好的选择性,因为溶液进一步酸化时其他金属的相应络合物被破坏.
钴的NO-DMAP络合物的最大吸收波长比其他亚硝基酚类试剂有显著红移,络合物在水溶液(pH5-7)中的最大吸收在445毫微米处,在二氯乙烷中则位于456毫微米,其相应的摩尔吸收系数分别等于4.9×104和6.0×104,在水溶液中光度测定钴时,适宜于在530毫微米测量吸光度,这时的摩尔吸收系数等于3.1×104.如采用二氯乙烷萃取光度测定时,则在456毫微米测量,该波长处试剂本身吸收很小.由于该方法简便,选择性好,已拟定了镍盐等化学试剂和钢铁、废水中微量钴的实际测定方法.
试剂和溶液:
1.NO-DMAP溶液 配成5×10-3M的0.01N盐酸溶液;2.柠檬酸缓冲溶液 2M,pH=5.5.
测定步骤:
镍盐试剂中钴的测定(水溶液法):取0.1-0.2克镍盐试样,加水50毫升溶解,吸取5毫升试液,加入柠檬酸缓冲溶液1毫升,摇匀,放置10分钟,加入NO-DMAP水溶液1毫升,摇匀后放置十分钟.继续加入1:1HCl 3毫升酸化,用1厘米比色皿于530毫微米处,以试剂空白作参比液测量吸光度.试剂空白测定时,取同样试液5毫升,先加1:1HCl 3毫升,然后再加缓冲溶液和NO-DMAP溶液各1毫升.本法适用于测定镍盐中含钴为0.002%的试样.
镍盐试剂中钴的测定(萃取法):取0.1克试样溶于100毫升水中,吸取该试液5毫升,加柠檬酸缓冲溶液和NO-DMAP溶液各1毫升,混和之,放置5分钟,用5毫升1,2-二氯乙烷萃取30秒钟.有机相用1:2HCl 5毫升洗涤,以除去过量试剂和洗净其他金属的络合物.有机相经干滤纸过滤后,用1厘米比色皿于456毫微米处测量吸光度,以试剂空白作参比.
5-Cl-PADAB 法
4-[(5-氯-2-吡啶)偶氮]-1,3-ニ氨基苯,简称5-Cl-PADAB.试剂在pH~2开始与Co(Ⅱ)形成蓝紫色的络合物,随着试剂浓度的增高,形成高配位数的质子络合物、且在浓H2SO4介质中也能稳定存在.络合物在不同酸度下呈下列四种形态:
式中Co(Ⅱ)离子的电荷省略未标.络合物CoL2在中性至碱性溶液中生成,难溶于水.加酸时,经过中间络合物CoL2H+而转变为最适于光度测定的第三种形态——CoL2H22+(ε568=1.13×105),因此实际分析中通常选用pH5-7的条件下显色.当进一步酸化时则得到呈黄色的CoL2H33+形态,灵敏度显著降低,估计这是试剂中二个氨基氮皆发生质子化的缘故.利用这一特性,在分析实践中可借此制备参比溶液.
5-Cl-PADAB测定钴,其选择性很好.6倍量的铜、10倍量的铁和2倍量的铬及其他许多金属离子对测定无干扰.但含量太高的铁和铜存在时需要采取适当的掩蔽措施.其掩蔽剂可使用磷酸盐、焦磷酸盐或Zn-EDTA等.其中焦磷酸盐对铁的掩蔽能力最大,且能同时抑制少量铜的影响,结合少量柠檬酸盐及醋酸盐的使用,钒、铜的干扰也可消除.许多阴离子对钴的测定不发生干扰,但柠檬酸根量大时,使显色不完全.
试剂和溶液:
1.5-Cl-PADAB 0.04%的乙醇溶液;2.钴标准溶液 用99.9%纯钴配制的稀硫酸溶液,贮备液每毫升含0.1毫克钴,工作液每毫升含1微克钴;3.醋酸钠溶液 5%;4.焦磷酸钠溶液 5%.
测定步骤:取含钴量不超过10微克的试液置于50毫升容量中,加入50%醋酸钠溶液1毫升,用氨水调节至pH5,加入0.04%5-Cl-PADAB溶液0.5毫升,静置5分钟,加入H2SO4(1:1)10毫升,用水稀至刻度,于570毫微米处测量吸光度,与分析试样同时作空白试验.
我国分析工作者曾按此法拟定了钢铁和铁矿中微量钴的测定方法.