Лабораторная работа № 20. Фотометрическое определение содержания железа

Цель работы. Фотометрическое определение концентрации вещества в растворе по измеренному значению оптической плотности при помощи калибровочного графика, построенного по серии стандартных растворов.

Сущность работы. Ион железа (III) с ионами тиоцианата, в зависимости от концентрации последних образует ряд комплексных ионов кроваво-красного цвета, обусловливающих различную интенсивность окрашенного раствора

(1)

где n – число ионов роданида, связанных в железо-роданидный комплекс (n может меняться от 1 до 4).

Для фотометрирования необходимы строго определенные соотношения в растворе между концентрацией различных комплексных ионов. Это достигается добавлением реактива в количестве, дающем возможность создавать постоянный избыток ионов роданида. В настоящей работе этот избыток составляет 0,03 – 0,1 моль/л. такому избытку роданида соответствует преимущественное образование нейтрального комплекса Fe(CNS)₃. Красная окраска раствора неустойчива. Раствор бледнеет вследствие восстановления ионов железа ионами роданида. Поэтому фотометрировать раствор необходимо сразу же после приготовления.

Чувствительность метода – 2,5 мкг железа в 50 мл конечного раствора при толщине кюветы 5 см.

Приборы и реактивы.

Фотоколориметр КФК – 3.

Мерные колбы емкостью 50 мл – 7 шт.

Пипетки градуированные на 1 и 10 мл

Стандартный раствор соли железа 0,1 г/л

Азотная кислота, разбавленная 1:1

Роданид аммония (или роданид калия), 10% -ный раствор.

Рабочий раствор соли железа 0,8 ммоль/л (готовится разбавлением стандартного раствора)

Задачи с исследуемым раствором с концентрацией по железу 0,5 – 5 мг/мл.

Выполнение работы

Построение калибровочного графика.

В мерные колбы емкостью 50 мл последовательно вливают 1; 2; 4; 6; 8; 10 мл рабочего раствора соли железа; добавляют в каждую из колб по 1 мл HNO₃ и по 5 мл роданида аммония (или калия). Одновременно готовят раствор сравнения: в мерную колбу на 50 мл приливают все реагенты, кроме соли железа. Во всех колбах объем растворов доводят до метки дистиллированной водой и измеряют оптические плотности растворов в кюветах с толщиной слоя 1 см при длине волны 480 нм. Строят калибровочный график D = f(C), выражающий зависимость оптической плотности окрашенного раствора от его концентрации (см. рис 3). На оси ординат наносят значения оптической плотности, а на оси абсцисс – соответствующие им значения концентрации раствора, в моль/л.

Проведение анализа исследуемого раствора

Аликвоту исследуемого раствора, содержащую 0,05 – 0,5 мг железа, помещают в мерную колбу на 50 мл, подкисляют 1 мл HNO₃, прибавляют 5 мл роданида аммония (или калия), доводят объем дистиллированной водой до метки, перемешивают и измеряют оптическую плотность в кювете с толщиной слоя 1 см при длине волны 480 нм. раствор сравнения – такой же, как при построении калибровочного графика. По калибровочному графику находят концентрацию исследуемого раствора.

Лабораторная работа № 21. Фотометрическое определение концентрации железа (III) в присутствии никеля

Цель работы. Построение кривых поглощения, выбор оптимального участка длин волн и определение в растворе концентрации соли железа в присутствии соли никеля.

Сущность работы. Растворы солей никеля и тиоцианатного комплекса железа имеют различную окраску, что позволяет выделить участок спектра, где светопоглощение комплексом железа велико, а светопоглощение раствором соли никеля незначительно. При этой длине волны оптическая плотность раствора будет почти целиком определяться концентрацией железа. Поправку на светопоглощение никелем находят как оптическую плотность раствора до прибавления тиоцианата. Таким образом, разность оптических плотностей раствора до прибавления роданида Dн и после его прибавления Dк:

D = Dк – Dн (1)

пропорциональна концентрации железа.

По известным значениям D для стандартных растворов строят калибровочный график в координатах D – концентрация железа (в мг/мл), а затем по величине D исследуемого раствора с помощью этого графика находят искомую концентрацию.

Приборы и реактивы.

Фотоколориметр СФК-3 или спектрофотометр СФ-46

Бюретка или градуированная пипетка

Пипетка на 20 мл – 1 шт.

Колбы мерные емкостью 50 мл – 5 шт., емкостью 100 мл – 10 шт., емкостью 250 мл – 1 шт.

Железоаммонийные квасцы (NH₄)Fe(SO₄)₂12H₂O. Навеску 0,4 г квасцов помещают в мерную колбу емкостью 100 мл и растворяют при добавлении 7 мл 2 н. раствора HCl. После растворения объем в колбе доводят до метки. Помещают 10 мл приготовленного раствора в мерную колбу емкостью 250 мл, подкисляют 7 мл 2 н. раствора HCl и доводят объем раствора до метки водой.

Соль никеля. Готовят раствор NiSO₄7H₂O, содержащий 10 мг никеля в 1 мл раствора.

Тиоцианат (роданид) калия или аммония, 10% раствор.

Соляная кислота, 2 н. раствор.

Задачи с исследуемым раствором.

Выполнение работы.

Выбор участка спектра и построение калибровочного графика.

Для выбора оптимальной длины волны измеряют оптическую плотность растворов соли никеля и тиоцианатного комплекса железа при различных длинах волн с шагом в 10 нм. В мерную колбу емкостью 100 мл помещают 20 мл раствора железоаммонийных квасцов, подкисляют 8 мл HCl, прибавляют 8 мл тиоцианата калия и доводят объем до метки. Приготовленный раствор фотометрируют. Аналогично получают спектр раствора сульфата никеля, концентрацией 10 мг/мл. полученные данные наносят на график оптическая плотность – длина волны. На основании этих кривых выбирают нужную длину волны. Подходящим является тот участок раствора, где поглощение тиоцианатным комплексом железа является максимальным, а поглощение раствором соли никеля незначительно.

Для построения калибровочной зависимости готовят 4 раствора с различной концентрацией железа в пределе 0,003 – 0,014 мг/мл. растворы готовят путем разбавления точно отмеренного объема раствора железоаммонийных квасцов в мерной колбе, прибавляя соляную кислоту и тиоцианат калия в тех же количествах, что и при получении спектра светопоглощения.

Оптическую плотность приготовленных растворов измеряют на фотоколориметре или спектрофотометре при выбранной длине волны. На основании полученных данных строят зависимость оптической плотности от концентрации раствора (в мг/мл по железу).

Определение железа.

В мерную колбу на 50 мл помещают 5 мл исследуемого раствора, прибавляют 4 мл соляной кислоты, доводят объем до метки водой и измеряют оптическую плотность при выбранной длине волны Dн. В другую колбу емкостью 50 мл также берут 5 мл исследуемого раствора, прибавляют 4 мл HCl, 5 мл тиоцианата калия, доводят объем до метки водой и измеряют оптическую плотность при выбранной длине волны Dк.

На основании найденного значения D = Dк – Dн по калибровочному графику определяют концентрацию исследуемого раствора.