Раздел 5. Гравиметрические методы
Гравиметрические методы определения веществ основаны на выделении определяемого компонента и измерении его массы. Выделение аналита в химически чистом состоянии или в виде какого-либо соединения с достоверно известным составом проводят отгонкой или осаждением.
В методах осаждения к раствору определяемого компонента прибавляют раствор осадителя. В результате химической реакции образуется малорастворимый продукт – осаждаемая форма определяемого вещества. При этом осаждение должно протекать:
– избирательно, то есть в выбранных условиях должен осаждаться только определяемый элемент, а сопутствующие компоненты должны оставаться в растворе;
– количественно, то есть в исследуемом объеме раствора должно оставаться только такое количество вещества, которое нельзя уже обнаружить при взвешивании на аналитических весах.
Полученный осадок отделяют от раствора фильтрованием, промывают, высушивают или прокаливают до получения гравиметрической формы и взвешивают. Основное требование к гравиметрической форме – точный стехиометрический состав.
Содержание определяемого компонента рассчитывают в долях процента от взятой для анализа навески пробы.
Гравиметрия – это абсолютный (безэталонный) метод. Несмотря на длительность метода, а также его неселективность (реагенты-осадители за небольшим исключением редко бывают специфичными), гравиметрия широко используется в практике работы лабораторий, поскольку погрешность определения, как правило, находится в пределах 0,05–0,2%. В ряде случаев гравиметрия является лучшим способом решения аналитической задачи, например, при анализе образцов с содержанием определяемого компонента более 0,1%, особенно если требуется проанализировать ограниченное количество проб и аналитик обладает достаточным временем.
5.1. Лабораторная работа № 1 Определение в калийных удобрениях веществ, нерастворимых в воде
Калийные удобрения содержат в качестве основного питательного элемента калий. Важнейшие виды удобрений: хлористый калий КСl (58–62% К2О), сульфат калия K2SO4 (45–50% К2О), калимагнезия K2SO4∙MgSO4 (26–28% К2О), калийная смешанная соль (30–50% К2О), получаемая механическим смешением тонкоизмельченной сильвинитовой руды с техническим КСl.
Помимо увеличения урожайности, калийные удобрения повышают качественные характеристики выращиваемой продукции: это проявляется в повышении сопротивляемости растений к заболеваниям, повышении стойкости плодов при хранении и транспортировке, а также улучшении их вкусовых и эстетических качеств. Самая распространенная форма калийных удобрений, пригодная для применения под все основные сельскохозяйственные культуры – зерновые, овощные, кормовые, плодово-ягодные, – хлористый калий.
Хлористый калий (ГОСТ 4568 [23]) является концентрированным калийным удобрением. К его преимуществам относится высокая концентрация питательного вещества, легкая усвояемость калия растениями. Хлористый калий представляет собой белое кристаллическое вещество и легко растворяется в воде.
Промышленно изготавливают три основных вида данного удобрения: гранулированный (гранулят), крупнокристаллический и мелкий (порошок). Калий из мелкокристаллической формы активно поглощается почвой и становится недоступен растениям. Поэтому наиболее востребованы крупнокристаллический и гранулированный виды удобрения, которые также меньше слеживаются.
Для удобрений важным качественным показателем является их растворимость в воде, так как от этого зависит эффективность снабжения почвы необходимыми питательными веществами. Нерастворимый в воде остаток (в пересчете на сухое вещество) для калийных удобрений высшего и первого сорта не должен превышать 0,1 и 0,15% соответственно [24].
1 Метод измерений
Метод основан на растворении пробы калийных удобрений в воде, фильтровании, высушивании и взвешивании веществ, нерастворимых в воде.
2 Средства измерений
Весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 210 г;
Весы лабораторные технические;
Термометр с диапазоном измерения от 0 до 100ºС, с ценой деления 1ºС.
3 Вспомогательные устройства
Бюксы стеклянные;
Капельницы лабораторные стеклянные;
Стаканы стеклянные вместимостью 200 см3;
Тигель фильтровальный вместимостью 30 см3, диаметром фильтра 30 мм и степенью пористости Р 10 и 16 (размер пор в зависимости от степени пористости составляет – от 4 до 16 мкм);
Шкаф сушильный лабораторный электрический, обеспечивающий поддержание температурного режима 40–150°С;
Эксикатор.
4 Материалы, реактивы и растворы
Бария хлорид 2-водный (BaCl2∙2H2O), раствор – 10%;
Вода дистиллированная;
Кислота соляная (HCl), раствор – 2,0 моль/дм3;
Фильтры беззольные «синяя лента».
5 Подготовка пробы
Взвешивают 20 г испытуемого образца с точностью до 0,1 г.
Пробу для анализа помещают в химический стакан и растворяют в 100 см3 воды, поддерживая температуру от 20 до 25°С.
6 Порядок проведения испытаний
Фильтр беззольный высушивают при температуре (110±5)°С до постоянный массы. Взвешивание фильтра осуществляют только после его охлаждения в эксикаторе.
Испытуемый раствор, полученный по п. 5, фильтруют через подготовленный беззольный фильтр. Промывные воды анализируют на отсутствие сульфатов с помощью раствора хлористого бария. При этом промывные воды не должны мутнеть.
Фильтр с содержимым помещают в предварительно высушенный и взвешенный бюкс, и высушивают в сушильном шкафу при температуре (110±5)°С в течение 1 ч. Затем его охлаждают в эксикаторе и взвешивают с точностью до 0,0001 г. Высушивание, охлаждение и взвешивание повторяют до тех пор, пока результаты двух последовательных взвешиваний не будут отличаться более чем на 0,002 г.
7 Обработка и вычисление результатов измерений
Содержание веществ, нерастворимых в воде (X, %), рассчитывают по формуле:
где m2 – масса бюкса с фильтром и нерастворимым в воде остатком после высушивания, г; m1 – масса бюкса с фильтром, г; m – масса пробы, взятая для анализа, г; 100 – коэффициент пересчета в проценты.
Вычисление проводят до первого десятичного знака. За окончательный результат принимают среднеарифметическое значение результатов двух параллельных определений.
Абсолютное расхождение между результатами двух параллельных определений, выполненных в одной лаборатории, не должно превышать значение показателя сходимости, равное 0,002% при вероятности P = 0,95.
Допускаемая относительная суммарная погрешность результата измерения ±11% при вероятности P = 0,95.
8 Индивидуальное задание
Определить содержание веществ, нерастворимых в воде, в различных видах удобрения хлористый калий:
1) гранулированном;
2) крупнокристаллическом;
3) порошке
и сравнить с нормативным требованием [25].