Необходимые реактивы, приборы

1. Фотоэлектроколориметр любой марки.

2. Стандартный раствор перманганата калия, содержащий 0,1 мг маргаiща в 1 мл, готовят перед работой следующим образом: 9,1 мп 0,1 н. раствора КМnО₄ вносят в мерную колбу на 100 мл и доводят дистиллированной водой до метки.

3. Стандартный раствор дихромата калия, содержащий 0,2 мг/мл.

4. Серная кислота, разбавленная 1:1.

5. Оптические кюветы 1 = 2,0 см, 2 шт. или 1 = 1,0 см, 2 шт.

6. Мерная колба 100 мл, 1 шт.

7. Мерные колбы на 50 мл, 10 шт.

8. Бюретка на 50 мл, мерный цилиндр на 10-25 мл, пипетки.

Методика определения

I. Определение содержания хрома и марганца методом градуировочного графика

Готовят 2 серии растворов:

а) В 5 мерных колб вместимостью 50 мл отбирают соответственно 5,0; 7,5; 10,0; 12,5; 15,0 мл стандартного раствора перманганата калия, приливают 5 мл серной кислоты и доводят дистиллированной водой до метки.

б) В 5 мерных колб вместимостью 50 мл отбирают соответственно 5,0; 7,5; 10,0; 15,0; 20,0 мл стандартного раствора К₂Сг₂О₇, приливают 5 мл серной кислоты и доводят до метки дистиллированной водой.

Снятие спектров поглощения

Измеряют оптическую плотность раствора КМnО₄ с С = 1,0 мг/50 мл и раствора К₂Сг₂О₇ с С = 3,0 мг/50 мл, меняя длину волны от 400 до 590 нм. Эффективная толщина слоя 20 мм, раствором сравнения является дистиллированная вода. Данные записывают в табл. 1.

Таблица 1.

Результаты измерения спектров поглощенвя КМnО₄ и К₂Сг₂О₇

Длина волны λ, нм	400	440	490	540	590
Оптическая плотность раствора КМnО4
Оптическая плотность раствора К2Сг2О7

Строят спектры поглощения растворов в координатах: длина волны (по оси абсцисс) - оптическая плотность А (по оси ординат) и выбирают эффективные длины волн λ₁ и λ₂.

При определении смеси веществ рабочие длины волн (λ₁ и λ₂) выбирают таким образом, чтобы при одной длине волны (λ₁ ) свет поглощали оба вещества, а при другой ( λ₂) – только одно вещество. Например, на рис. 1.13 представлены спектры поглощения КМnО₄ (1) и К₂Сг₂О₇ (2). Выбираем λ₁ = 400 нм (при этой длине волны свет поглощают и КМnО₄ и К₂Сг₂О₇ ), λ₂ = 540 нм (при этой длине волны свет поглощает только КМnО₄).

A

КМnО₄

К₂Сг₂О₇

400 540 λ

Рис. 1.13. Спектры поглощения растворов КМnО₄ (1) и К₂Сг₂О₇ (2).

Построение градуировочного графика

Измеряют оптические плотности А приготовленных растворов перманганата калия и дихромата калия при выбранных длинах волн λ₁ и λ₂. Эффективная толщина слоя 20 мм, раствор сравнения - дистиллированная вода. Данные записывают в табл. 2.

Строят градуировочные графики зависимости А = f(С) для КМnО₄ и К₂Сг₂О₇ при λ₁ и λ₂ Наличие линейной зависимости говорит о выполнении закона Бугера-Ламберта-Бера.

Примечание. Выполнимость закона Бугера-Ламберта-Бера может быть проверена расчетом на ЭВМ по специальной программе.

Таблица 2

Результаты измерения оптической плотности растворов КМnО₄, К₂Сг₂О₇ при различных концентрациях

	Объемы	Концентрация	Оптическая плотность
Вещест-во	станд. р-ров	С, мг/мл	λ1 = нм				λ2 = нм
	КМnО4 и К2Сг2О7		А1	А2	А3	Аср	А1	А2	А3	Аср
	5
	7,5
КМnО4	10,0
	12,5
	15,0
	5,0
	7,5
К2Сг2О7	10,0
	15,0
	20,0
Задача

Определение содержания марганца и хрома в исследуемом растворе

Получают задачу (смесь КМnО₄ + К₂Сг₂О₇) в колбе вместимостыо 50 мл, вносят 5 мл серной кислоты и доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и измеряют оптическую плотность А _Cr+Mn при длинах волн λ₁ и λ₂ в кюветах толщиной слоя 20 мм, в трех повторностях.

По величине оптической плотности А _Cr+Mn (λ₁) и А _Cr+Mn (λ₂) задачи по градуировочному графику находят количество хрома и марганца в растворе.

Например, на рис. 1.14 представлены градуировочные графики КМnО₄ и К₂Сг₂О₇ при 400 нм и 540 нм. По закону аддитивности светопоглощения :

А _Cr+Mn (540) = A_Cr (540) + A_Mn (540) (1)

А _Cr+Mn (400) = A_Cr (400) + A_Mn (400) (2)

A_Cr (540) = 0, так как К₂Сг₂О₇ при длине волны 540 нм свет не поглощает. Поэтому А _Cr+Mn (540) = A_Mn (540). По градуировочному графику Mn(540) находим концентрацию марганца (С_Mn) в исследуемом растворе. Зная С_Mn можно по градуировочному графику Mn(400) найти оптическую плотность A_Mn (400) и затем по уравнению (2) найти A_Cr (400). Далее по градуировочному графику Cr(400) найти концентрацию хрома (С_Cr) в исследуемом растворе.

A

КМnО₄ (540)

A _{Мn + Сг}(540)

К₂Сг₂О₇ (400)

A _Сг(400)

КМnО₄ (400)

A _Мn (400)

C _Мn C _Сг C, мг/мл

Рис. 1.14. Градуировочные графики для КМnО₄ и К₂Сг₂О₇ .

II. Определение содержания хрома и марганца на спектрофотометре СФ-26.

Для проведения анализа необходимо:

1. Снять спектры поглощения растворов КМnО₄ и К₂Сг₂О₇ и их смеси в диапазоне длин волн от 300 нм до 600 нм и построить графики зависимости оптической плотности от длины волны.

2. Выбрать аналитические длины волн λ₁ и λ₂ для проведения анализа смеси растворов перманганата калкя и дихромата калия.

3. Рассчитать коэффициенты поглощения для растворов при различных длинах волн.

4. Выполнить анализ задачи (смесь растворов) и рассчитать концентрации элементов в смеси в мт/мл

Снятие спектров поглощения

Для измерения спектров поглощения на СФ-26 готовят следующие растворы:

а) из стандартного раствора КМnО₄ (содержащего 0,1 мг/мл марганца готовят растворы с концентрацией 0,025 мг/мл и 0,05 мг/мл марганца в мерных колбах вместимостью 50 мл с добавлением 2-5 мл серной кислоты.

б) из стандартного раствора К₂Сг₂О₇ (содержащего 0,2 мг/мл хрома готовят растворы с концентрацией 0,04 мг/мл и 0,08 мг/мл хрома в мерных колбах вместимостью 50 мд с добавлением 2-5 мл серной кислоты.

в) раствор смеси двух веществ готовится смешением одинаковых объемов растворов КМnО₄ с С = 0,025 мг/мл и К₂Сг₂О₇ с С = 0,04 мг/мл

Раствор готовят в мерной колбе вместимостью 50 мл.

Снимают спектры поглощения для растворов КМnО₄ с С= 0,025 мг/мл, К₂Сг₂О₇ С = 0,04 мг/мл, раствора смеси веществ в диапазоне 300-600 нм. Измерение проводят через 20 нм Эффективная толщина слоя 10 мм, раствор сравнения - дистиллированная вода. Данные записывают в табл. 3.

Таблица 3

Результаты измерения спектров поглощения КМnО₄ , К₂Сг₂О₇ и смеси

Длина волны	300	320	340	360	…	600
А КМnО4
А К2Сг2О7
А смеси

Чтобы выбрать эффективные длины волн, строят спектры поглощения в координатах: длина волны (по оси абсцисс) - оптическая плотность (по оси ординат). Выбирают эффективные длины волн λ₁ и λ₂ так, чтобы они соответствовали максимальному поглощению растворами КМnО₄ и К₂Сг₂О₇.

Для расчета значений ε_Mn и ε_Cr , при λ₁ и λ₂ используют уравнение:

A == ε ∙ l ∙ C.

Чтобы сделать вывод о подчинении данной смеси закону аддитивности, строят спектр поглощения смеси растворов.

Определение содержания марганца и хрома в исследуемом растворе

В задачу, полученную в мерной колбе вместимостью 50 мл, вносят 5 мл серной кислоты и доводят до метки днстиллироваяной водой, перемешивают и измеряют оптическую плотность при длинах волн λ₁ и λ₂ в кювете с толщиной слоя 10 мм. Измеряют не менее 3-х. раз и данные вносят в табл. 4.

Таблица 4

Результаты измерения оптической плотности исследуемой смеси хрома и марганца

Измерения	А1	А2	А3	А ср.
Оптическая плотность сме-си при λ1
Оптическая плотность сме-си при λ2

Концентрации марганца и хрома в анализируемой смеси в мг/мл рассчитывают, используя систему линейных уравнений:

А_λ1^Mn+Cr = ε_λ1^Mn ∙ С_Mn ∙ l + ε_λ1^Cr ∙ С_Cr ∙ l.

А_λ2^Mn+Cr = ε_λ2^Mn ∙ С_Mn ∙ l + ε_λ2^Cr ∙ С_Cr ∙ l.

Порядок работы на спектрофотометре СФ-26

1. Включение спектрофотометра СФ-26. (Без преподавателя не включать!)

1.1. Установите в рабочее положение фотоэлемент (Ф - сурьмяноцезиевый) и источник излучения (Н- лампа накаливания), соответствующие выбранному спектральному диапазону измерений.

1.2. Закройте фотоэлемент, поставив рукоятку 1 шторки в положение «ЗАКР.».

1.3. Включите тумблер СЕТЬ, после чего должны загореться сигнальная лампа СЕТЬ и сигнальная лампа Н.

1.4. Стабильная работа спегстрофотометра обеспечивается через 1 час после его включения.

2. Подготовка к измерению

Измерение оптических плотностей производится при плотно закрытой крышке кюветного отделения.

2.1. Установите рукоятку КОМПЕНСАЦИЯ в положение «О».

2.2. Установите требуемую длину волны, вращая рукоятку (2) в сторону увеличения длин волн.

2.3. Установите рукоятку ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ в положение «1» (рабочее положение).

З Измерение оптической плотности

3.1. Установите на пути потока излучения контрольный образец, перемещая каретку рукояткой (3). При отсутствии контрольного образца за 100 пропускания принимается значение светового потока, проходящего через свободное окно держателя.

3.2. Установите рукоятку (4) в положение “х1”.

3.3. Установите рукоятку (5) НОЛЬ стрелку измерительного прибора на ноль.

3.4. Откройте фотоэлемент, установив рукоятку (1) шторки а положение «ОТКР.».

3.5. Установите стрелку измерительного приобора на деление «10С», вращая рукоятку (6) механизма изменения ширины щели.

3.6. Установите в рабочее положение измеряемые образцы (3 образца для снятия спектров), перемещая кюветодержатель рукояткой (3), и снимите отсчеты по шкале оптической плотности А.

3.7. Закройте фотоэлемент, поставив рукоятку “1” шторки в положение ЗАКР.

3.8. Установите на пути потока излучения контрольный образец, неремещая кюветодержатель рукояткой (3).

3.9. Установите требуемую длину волны, вращая рукоятку (2) в сторону увеличения длин волн.

3.10. Повторить пункты 3.4-3.9.

3.11. После окончания измерений оптических плотностей образцов закрыть фотоэлемент, поставив рукоятку “1” шторки в положение ЗАКР.

3.12. Вынуть из прибора кюветы с растворами и выключить прибор тумблером СЕТЬ.