Фотометрический метод анализа Лабораторная работа 9 фотометрическое определение титана и ванадия с предварительным хроматографическим их разделением
1 Цель и задача работы
— Изучение метода ионообменной хроматографии как стадии пробоподготовки для фотометрического анализа.
— Освоение метода фотометрического определения титана и ванадия с предварительным хроматографическим разделением.
2 Теоретическое введение
Фотометрический анализ основан на способности растворов определяемого вещества избирательно поглощать электромагнитное излучение в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра (в области оптического диапазона).
При анализе сложных веществ фотометрическим методом непосредственное определение того или иного элемента возможно далеко не всегда, поскольку лишь немногие реагенты обладают специфичностью и позволяют провести определение интересующего элемента в присутствии других.
Мешающее действие, взаимное влияние элементов проявляется в том, что они дают аналитический сигнал, аналогичный определяемому элементу. Поэтому в большинстве случаев необходимо прибегать к стадии предварительной химической пробоподготовки пробы, включающей различные способы устранения влияния мешающих компонентов, такие как маскирование, разделение*. Это наиболее трудная, длительная и ответственная стадия анализа.
Хроматография – распространенный способ разделения веществ, основанный на неодинаковом распределении их между двумя фазами, одна из которых неподвижна, а другая направленно движется относительно первой (вдоль колонки или тонкого слоя неподвижной фазы).
*Разделение – это операция (процесс), в результате которой компоненты, составляющие исходную смесь, отделяются один от другого. Разделяются компоненты с соизмеримыми концентрациями.
В качестве неподвижной фазы широко применяют синтетические полимеры органической природы (смолы), работающие по ионообменному механизму (иониты) – ионообменная хроматография. Иониты, выступающие в обмен с катионами раствора, называются катионитами, а обменивающиеся с анионами – анионитами. Химические формулы катионита и анионита обычно записывают как RH и ROH, тогда уравнение катионного обмена в общем виде можно представить в виде реакций:
nRH + Mn+ ↔ RnM + nH+
ионит раствор ионит раствор
где R – сложный органический радикал(матрица или каркас полимера), Mn+ – катион металла в степени окисления n+.
Для анионита процесс обмена схематически можно записать как:
nROH + An- ↔ RnA + nOH-
ионит раствор ионит раствор
где An- – анион n-основной кислоты.
Обмен ионов из раствора на ионы того же знака, входящие в состав ионита, происходит при пропускании анализируемого раствора через ионит, помещенный в длинную цилиндрическую стеклянную трубку (колоночный вариант). Разделение ионов достигается за счет их различного сродства к иониту. Одни компоненты остаются в слое сорбента, другие покидают колонку вместе с подвижной фазой. Поглощенные вещества извлекают из сорбента при пропускании через него какого-либо подходящего растворителя (элюента). При этом происходит обратный процесс – десорбция, а поглощенные компоненты вновь переходят в жидкую фазу (элюат). Элюат должен обладать селективностью к тому или иному иону в разделяемой смеси. Для этого подбирают состав, кислотность элюента, используют способность разделяемых ионов при определённом рН образовывать комплексы различной устойчивости.
Ионообменная хроматография используется преимущественно для целей разделения. Количественное определение компонентов после разделения могут быть выполнены любым подходящим методом, например фотометрией.
Фотометрические методы анализа основаны на пропорциональной зависимости величины, характеризующей светопоглощение, от концентрации определяемого вещества в растворе.
Объединенный закон Бугера-Ламберта-Бера является основным законом светопоглощения и лежит в основе большинства фотометрических методов анализа. Закон устанавливает зависимость интенсивности светового потока, прошедшего через слой окрашенного раствора (It), от интенсивности падающего потока света (I0), концентрации окрашенного вещества, толщины поглощающего слоя и поглощающей способности раствора:
A
= lg
= εlc,
где А – оптическая плотность раствора;
l – толщина поглощающего слоя;
c – концентрация раствора;
ε – коэффициент пропорциональности (коэффициент поглощения), который, в том случае, если концентрация выражена в моль/л, а толщина слоя в сантиметрах, называют молярным коэффициентом светопоглощения (или просто поглощения).