Лабораторная работа № 3 Фотометрическое определение железа в присутствии никеля

Фотометрический анализ включает спектрофотометрию и фотоколориметрию.

Каждое вещество поглощает определенные (характерные только для него) длины волн, и на этом основан качественный анализ по светопоглощению.

Основой количественного анализа является закон Бугера-Ламберта-Бера:

I = I₀*10^-εlc, (3.1)

где I₀ и I – интенсивности потока света, направленного на поглощающий раствор и прошедшего через него; с- концентрация раствора, моль/л; ε – молярный коэффициент светопоглощения (коэффициент экстинкции); l - толщина светопоглощающего слоя, см.

Из уравнения (1) следует:

lg(I / I₀) = - εcl,

Обозначив -lg(I / I₀) через оптическую плотность раствора A, получим еще одно выражение закона Бугера-Ламберта-Бера:

А = - εcl (3.2)

Графически зависимость оптической плотности от концентрации оптически активного вещества в растворе, если выполняется закон Бугера-Ламберта-Беера, выражается прямой, проходящей через начало координат. Эта зависимость соблюдается при определенных условиях (разбавленные растворы, монохроматичность падающего света и т.д.).

На современных приборах измеряется величина оптической плотности А от 0,02 до 3,0. Но для увеличения точности результатов значения оптической плотности должны находиться в пределах 0,05 – 1,0.

Для определения концентрации анализируемого вещества используют:

- метод молярного коэффициента светопоглощения:

- метод градуировочного графика;

- метод добавок;

- метод дифференциальной фотометрии;

- метод фотометрического титрования.

Растворы солей никеля и тиоцианатного комплекса железа имеют разную окраску, что позволяет выделить область, где светопоглощение тиоцианата железа велико, а светопоглощение соли никеля в присутствии тиоцианат-ионов незначительно. Выбрав определенную длину волны (или светофильтр) и фотометрируя анализируемый раствор дважды – без добавления тиоцианат-ионов и после их добавления, получают 2 значения оптической плотности. Первое соответствует светопоглощению соли никеля, второе – суммарному светопоглощению соли никеля и тиоцианата железа. Разность ΔА пропорциональна концентрации ионов железа в растворе.

Цель работы: Определить массу ионов железа (3+) в растворе, содержащем смесь солей железа и никеля.

Оборудование и посуда: фотоколориметр или спектрофотометр; колбы мерные вместимостью 50 и 100 мл; пипетки; бюретка.

Реактивы и материалы: стандартный раствор железоаммонийных квасцов NH₄Fe(SO₄)₂*12H₂O с содержанием ионов железа (3+) 0,15 мг/мл (раствор 1); раствор сульфата никеля NiSO₄*7H₂O с содержанием ионов никеля 8 мг/мл; раствор тиоцианата калия (аммония) KSCN (NH₄SCN), 10%-ный; раствор соляной кислоты, 2М.

Ход работы:

1. Выбор светофильтра.

В мерную колбу вместимостью 50 мл поместить 10 мл стандартного раствора железоаммонийных квасцов и довести до метки водой (раствор 2). Аликвоту 10 мл раствора 2 поместить в колбу вместимостью 50 мл, подкислить 5 мл раствора соляной кислоты, прибавить 5 мл раствора тиоцианата калия (аммония) и довести до метки водой. Приготовленный раствор фотометрировать при различных светофильтрах в кюветах толщиной 1 см.

Затем также фотометрировать неразбавленный раствор соли никеля, поместив его в кювету.

По полученным данным построить два графика в координатах оптическая плотность (А) – длина волны (λ) (в одной системе координат). На основании кривых светопоглощения произвести выбор светофильтра (длины волны). Подходящим является тот участок спектра, где положение тиоцианатного комплекса железа является максимальным, а поглощение соли никеля – незначительным.

2. Построение градуировочного графика для железа.

Для построения градуировочного графика приготовить несколько разбавленных растворов железоаммонийных квасцов. Для этого перенести последовательно точно отмеренные объемы (от 5 до 10 мл) раствора 2 в мерную колбу вместимостью 50 мл, каждый раз прибавляя туда 5 мл раствора соляной кислоты и 5 мл раствора тиоцианата калия (аммония). Довести растворы до метки водой и измерить оптическую плотность каждого при выбранном светофильтре. Построить градуировочный график в координатах оптическая плотность – концентрация ионов железа.

3. Определение железа в исследуемом растворе.

Анализируемый раствор, содержащий смесь солей железа и никеля дважды фотометрировать:

- сначала отобрать пипеткой аликвоту (10 мл) анализируемого раствора, перенести в мерную колбу вместимостью 50 мл, добавить 5 мл раствора НСl и довести водой до метки. Измерить оптическую плотность данного раствора при выбранном светофильтре (А₀);

- в другую такую же колбу внести аликвоту (10 мл) анализируемого раствора, прибавить 5 мл раствора соляной кислоты и 5 мл раствора тиоцианата калия (аммония), довести раствор до метки водой и измерить его оптическую плотность при том же светофильтре (А).

Найти ΔА = А-А₀ и по градуировочному графику определить концентрацию железа в анализируемом растворе. Рассчитать массу железа в исследуемом растворе, учитывая все произведенные разбавления.

Если значение ΔА выходит за пределы градуировочного графика, повторить фотометрирование, предварительно разбавив анализируемый раствор или уменьшив аликвоту. Все разбавления учесть при расчетах массы железа в анализируемом растворе.

4. Оформить результаты, сделать вывод.