Колориметричний аналіз

Попередні вказівки: В основі колориметричного метода аналізу лежать реакції утворення або руйнування забарвлених сполук, тобто сполук, які здатні поглинати світло. При утворенні забарвленої сполуки кількість продукту реакції пропорційна інтенсивності забарвлення; руйнування забарвленої сполуки характеризується зменшенням інтенсивності забарвлення, пропорційним кількості продукту реакції. Основним у колориметричному визначенні є хімічна реакція.

Застосовуються реакції різних типів. Від вибору хімічної реакції залежать час, витрачений на аналіз, чутливість і точність методу.

Той чи інший спосіб вимірювання інтенсивності забарвлення, хоч і має велике значення, але він зумовлений загальними умовами роботи лабораторії.

Способи вимірювання інтенсивності забарвлення поділяють на візуальні і фотоелектричні. Колориметричні методи застосовуються для визначення вмісту малих кількостей різних речовин (110^-4 — 110^-5 г в об'ємі 50-100 мл). Такі кількості не можна визначити ваговим та об’ємним методами.

Застосовується колориметричний аналіз і для визначення порівняно великого вмісту речовин.

Дослід 1. Визначення рН

А) Вибір індикатора. Зручно проводити приблизне визначення рН за допомогою універсального індикаторного паперу. До нього додається кольорова шкала, яка показує яке забарвлення відповідає різним значенням рН у межах від рН1 до рН10. Для цього беруть смужку індикаторного паперу та змочують її досліджуваним розчином. За шкалою визначають значення рН цього розчину. Визначивши таким способом приблизне значення рН досліджуваного розчину вибирають найбільш придатний індикатор з таблиці 1 і визначають значення рК.

Таблиця 1. Індикатори для визначення рН

Індикатор	рК	Інтервал переходу рН	Забарвлення		Концентрація розчину, % (мас.)
			Кислотної форми	Лужної форми
Метиловий фіолетовий	1,6	0,15-3,2	жовте	фіолетове	0,1 водн.
Метиловий оранжевий	3,46	3,1-4,4	червоне	оранжеве	0,1 водн.
Метиловий червоний	5,0	4,2-6,2	червоне	жовте	0,2 водн.
Бромтимоловий синій	7,3	6,0-7,6	жовте	синє	0,1 водн.
Тимоловий синій	8,8	8,0-9,6	жовте	синє	0,1 водн.
Фенолфталеїн	9,53	8,0-9,6	безбарвне	червоне	0,1 сп.

У дві однакові пробірки влити по 10 мл дистильованої води і по 10 крапель даного індикатора. До першої додати краплю 0,05н розчину HNO₃, а до другої – краплю 0,05н розчину NaOH. Вміст пробірок перемішати. При цьому отримують обидва крайні забарвлення індикатора. В таку ж пробірку відмірте 10 мл досліджуваного розчину і 10 крапель індикатору. Отримане при цьому забарвлення порівняйте з забарвленням розчинів в пробірках з кислотою і лугом. Якщо воно проміжне між ними – індикатор підходящий. Якщо забарвлення однакове з розчинами HNO і NaOH, це означає, що забарвлення індикатора було оцінено неправильно і був взятий не той індикатор. В такому разі візьміть інший індикатор і визначення повторити.

Б) Підготування колориметричної шкали. Вибравши придатний індикатор, підготуйте відповідну йому колориметричну шкалу. Для цього у 18 однакових пробірок додати по 10мл дистильованої води. У перші 9 пробірок додати по краплі 0,05н розчину HNO₃, до другої половини пробірок – по краплі 0,05н розчину NaOH. До отриманих розчинів кислоти та лугу додати вибраний індикатор у наступних кількостях (в краплях):

	Пробірки з кислотою
Кількість індикатору в краплях	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Пробірки з лугом
Кількість індикатору в краплях	9	8	7	6	5	4	3	2	1

Щоб не переплутати пробірки підпишіть їх з вказаною кількістю крапель індикатору.

В) Визначення рН. Приготувавши шкалу, відмірте у пробірку 10 мл досліджуваного розчину, додайте до нього 10 крапель індикатору і перемішайте. Поставити у штатив отриманий забарвлений розчин, пробірку з водою і дві найбільш підходящі пробірки зі шкали. Після цього, виходячи із відношення числа крапель індикатора в кислоті та в лузі для даної пари і з величини рК індикатору, обчислити рН розчину.

Дослід 2. Визначення рН води за допомогою колориметричної шкали

Відкрийте ящик та заберіть верхнє відділення. Слідкуйте, щоб прямі сонячні промені не попадали на шкалу. Візьміть порожню пробірку, сполосніть її 2-3 рази та наповніть водою до риски 5 мл. Додайте 0,10 мл розчину універсального індикатору, закрийте пробірку пробкою та обережно перемішайте двократним перевертанням. Порівняйте колір води з кольором пробірок колориметричної шкали. Якщо розчин у пробірці яскравіший, ніж крайній червоний еталон шкали, тоді рН=4,0. Якщо він яскравіший, ніж зелений еталон, визначають з тимоловим синім, додаючи його у кількості 0,10 мл. Записують те значення, яке співпало з забарвленням розчину в пробірці, або середнє між двома еталонами. Для кращого уловлювання тонів пробірки треба розглядати на білому фоні, тримаючи їх на відстані 26 см від себе і злегка нахиливши. Для отримання точних результатів треба визначити температуру шкали (пробірка з термометром та розчином CuSO₄) та температуру води у момент взяття проби. Під впливом температури значення рН змінюється. Для розрахунку поправки температура буферу приводиться до 18°С, а температура води – до тієї, що була в момент взяття проби. Розрахувати ∆рН_t за формулою:

∆рН_t = α(tb - 18) + σ(tw – tw`),

де tb – температура буферу у момент визначення рН, tw- температура води у момент взяття проби, tw`- температура води при визначенні рН, α, σ – емпіричні коефіцієнти,

що характеризують зміну рН буферу та води при зміні температури на 1 градус.

рН	σ	рН	σ	рН	σ
6,6	-0,0053	7,6	-0,0086	8,6	-0,0120
6,7	-0,0056	7,7	-0,0090	8,7	-0,0123
6,8	-0,0060	7,8	-0,0093	8,8	-0,0126
6,9	-0,0063	7,9	-0,0096	8,9	-0,0130
7,0	-0,0066	8,0	-0,0100	9,0	-0,0133
7,1	-0,0070	8,1	-0,0103	9,1	-0,0136
7,2	-0,0073	8,2	-0,0106	9,2	-0,0140
7,3	-0,0076	8,3	-0,0110	9,3	-0,0143
7,4	-0,0080	8,4	-0,0113	9,4	-0,0146
7,5	-0,0083	8,5	-0,0116

Дослід 3. Визначення кількості міді в сульфаті міді

Побудова шкали стандартів. Взяти 11 пробірок, сполоснути пробірки дистильованою водою і піпеткою точно відміряти наступні об’єми стандартного розчину солі міді:

№ пробірки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
V стан. р-ну, мл	0,3	0,6	0,9	1,2	1,5	1,8	2,1	2,4	2,7	3,0
V дист.води										0,0

Пробірку №11 залишити для приготування досліджуваного розчину.

Розчини в пробірках розбавити дистильованою водою до 3 мл і нейтралізувати надлишок сірчаної кислоти, додаючи по краплям 2н розчин NH₄OH до появи помутніння, не зникаючого при перемішуванні, потім прилити в кожну пробірку ще по 3 мл 2н розчину NH₄OH, довести об’єми забарвлених розчинів водою до мітки, перемішати і закрити пробками, щоб не випаровувався аміак.

Аналіз досліджуваного розчину. В пробірку №11 відміряти піпеткою 3 мл досліджуваного розчину солі міді, нейтралізувати його 2н розчином NH₄OH до появи не зникаючого помутніння, додати ще 3 мл надлишку 2н розчину NH₄OH, довести об’єм водою до мітки і перемішати. Порівняйте інтенсивність синього забарвлення досліджуваного розчину із забарвленням розчинів шкали.

Визначення вмісту міді в досліджуваному розчині. Визначивши якому зразку колориметричної шкали відповідає забарвлення досліджуваного розчину, знайдіть вміст Cu²⁺ у 100мл. Припустимо, що колір співпав з кольором пробірки №5. Він містить в 3мл (V_{заг. станд. р-ну}) 1,5мг (V_{станд. р-ну}) Cu²⁺. Вміст міді в 100мл (V_колби) досліджуваного розчину складає:

Можливо що забарвлення досліджуваного розчину стане проміжним між кольорами будь-яких сусідніх розчинів шкали. Тоді вміст міді в ньому рахують середнім між кількостями її в цих розчинах шкали. Якщо забарвлення досліджуваного розчину буде інтенсивніше за стандартний в пробірці №10, визначення повторюють, розбавивши у 2-3 рази.

Дослід 4. Визначення заліза

А) Визначення заліза у розчині методом стандартних серій (метод шкали)

Взяти 10 колориметричних пробірок рівного діаметра і однакового кольору скла та піпеткою відміряти в них наступні об’єми робочого стандартного розчину заліза (Т=0,01мг/мл):

№ пробірки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
V стан. р-ну, мл	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	5,0	6,5
V дист.води										0,0
Вміст Fe3+, мг/мл

Розчини в пробірках розбавити дистильованою водою до 6,5 мл (до однакового об’єму у всіх пробірках). Потім в кожну пробірку внести по 1 мл розчину HNO₃ (1:1) та по 2,5 мл 10% KCNS або NH₄CNS. Розчини забарвлюються в червоний колір. Пробірки закрити пробками та старанно перемішати.

Аналіз досліджуваного розчину. В окрему колориметричну пробірку відміряти піпеткою 3 мл досліджуваного розчину солі заліза, додати 1 мл розчину HNO₃ (1:1) та 2,5 мл 10%KCNS або NH₄CNS, довести об’єм водою до мітки і перемішати.

Порівняйте інтенсивність червоного забарвлення досліджуваного розчину із забарвленням розчинів шкали.

Розрахуйте вміст заліза в досліджуваному розчині, виходячи з того що титр стандартного розчину заліза складає 0,01 мг/мл.

Б) Визначення заліза у розчині методом розведення (або урівнювання)

Метод розведення використовують для збільшення точності визначення методом стандартних серій. Для цього зі стандартних серій виберіть одну пробірку з розчином, менш інтенсивно забарвленим, ніж досліджуваний розчин. Цю пробірку перенесіть у спеціальний штатив із суцільними вирізами в нижній частині для порівняння з досліджуваним розчином. Верхній рівень рідини в обох пробірках повинен бути вище отвору, щоб при спостереженні збоку було видно лише деяку частину пробірки, але не видно верхній рівень рідини.

У пробірку з інтенсивнішим забарвленням розчину додайте воду, перемішайте і порівняйте забарвлення. Якщо забарвлення буде відрізнятися, то знов додайте воду, але пам’ятайте, що розбавляють завжди досліджуваний розчин!

Коли забарвлення в обох пробірках буде однаковим, виміряйте висоту шарів забарвлених розчинів у пробірках та розрахуйте вміст заліза в досліджуваному розчині.

В) Фотометричне визначення заліза у розчині

Знов приготуйте досліджуваний розчин. Для цього треба в окрему колориметричну пробірку відміряти піпеткою 3 мл досліджуваного розчину солі заліза, додати 1 мл розчину HNO₃ (1:1) та 2,5 мл 10%KCNS або NH₄CNS, довести об’єм водою до мітки і перемішати.

Потім вимірюють оптичну щільність розчину на КФК-2 з синьо–зеленим світофільтром в кюветах товщиною 2-5 см. Вміст заліза знаходять за калібрувальною кривою.

Для побудови калібрувальної кривої вимірюють оптичну щільність стандартних розчинів, приготовлених в першому досліді для колориметричної шкали (розчини в пробірках № 1–10).

№ пробірки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Вміст Fe3+, мг/мл
Оптична щільність (А)

Отримані дані оптичної щільності наносять на графік проти відповідних концентрацій заліза (в мг/мл).

Дослід 5. Визначення вмісту нітритів експрес-методом.

Налийте в пробірку 10 мл води, що аналізується. Додайте 0,5 мл реактиву Грісса. Нагрівайте суміш на водяній бані при температурі 70°С протягом 5 хвилин. За даними таблиці визначте вміст у воді нітритів.

Забарвлення при розгляданні		Вміст нітритів, чнм
збоку	зверху
Немає	Немає	0,001
Ледь помітне рожеве	Помітне рожеве	0,002
Дуже світле рожеве	Світло-рожеве	0,004
Блідо-рожеве	Світло-рожеве	0,02
Світло-рожеве	Рожеве	0,03
Рожеве	Яскраво - рожеве	0,04
Яскраво-рожеве	Червоне	0,07
Червоне	Яскраво-червоне	0,4
Досліджуваний розчин
д