3. Построение градуировочного графика

Для построения градуировочного графика в мерные колбы на 25 мл с помощью бюретки помещают определенные объемы эталонного раствора железа (III) с Т = 2∙10^–5 г/мл: 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0 мл. В каждую колбу добавляют по 1 мл раствора азотной кислоты 1:1, разбавляют дистиллированной водой до половины объёма колбы.

Внимание! Раствор роданида калия следует добавлять непосредственно перед фотометрированием, поскольку окраска раствора роданида железа cо временем может ослабевать.

Поэтому растворы для построения калибровочного графика готовятся последовательно − каждый следующий только после окончания фотометрирования предыдущего. Каждый раствор готовится и фотометрируется дважды.

Те же условия соблюдаются и при анализе исследуемой пробы.

После добавления 5 мл роданида калия окрашенный раствор в мерной колбе на 25 мл доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

Свежеприготовленный стандартный раствор роданида железа после 1-минутной выдержки помещают в кювету спектрофотометра и измеряют оптическую плотность раствора, пропуская через него монохроматический свет выбранной оптимальной длины волны - λ_опт.

Рабочие грани кювет, на которых нанесена метка и через которые проходит световой поток, следует тщательно протереть фильтровальной бумагой, чтобы на них не оставалось капелек раствора, ворсинок, отпечатков пальцев. Кюветы следует держать за боковые грани, через которые не будет проходить световой поток или за рёбра. Нельзя менять кюветы во время эксперимента.

Результаты фотометрирования заносят в таблицу.

Оптическая плотность, D	Объём аликвоты этал. р-ра, VВ мл	mFe в 25 мл = = TB∙Vэтал, г	ТВ∙VB=T25∙25 T25 = ТВ ∙VB /25 (Титр окрашенного р-ра в колбе 25 мл, г/мл)

Полученные данные используются для построения градуировочного графика в координатах: D от V (или D от m_Fe , или D от Т₂₅ , так как Vэ , m_Fe , Т₂₅ величины пропорциональные).

График представляет собой прямую, максимально приближенную к экспериментальным точкам, и должен проходить через 0.

D

1 V_{этал, мл}

2 m_Fe в 25 мл =T_этал∙V_этал

3 Т₂₅ = T_этал∙V_этал /25

Для удобства расчётов на графике по оси х нанесено 3 шкалы, однако при одиночных расчётах можно пользоваться только шкалой 1 и соответствующими зависимостями m_Fe и Т_{р-ра в колбе 25} от V_этал.

Анализ исследуемого раствора

Каждый студент получает от преподавателя контрольное задание в одном из 2-х возможных вариантов.

Вариант 1а.

Определение массы железа в исследуемом растворе соли железа,

содержащем ионы никеля

В мерной колбе на 100 мл находится контрольное задание − неизвестный объём исследуемого раствора, содержащий смесь солей железа (III) и никеля (II).

К раствору в колбе добавляют 5 мл азотной кислоты 1:1, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.

Отбирают с помощью пипетки 5 мл полученного раствора в мерную колбу на 25 мл и после добавления в установленном порядке всех необходимых реактивов (см. п.2а) раствор в колбе доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Через 1 минуту измеряют величину Dx и по градуировочному графику находят объём Vx, отвечающий массе железа в колбе на 25 мл (m_Fe = T_э*V_х, г).

Учитывая, что из мерной колбы 100 мл после доведения до метки для фотометрирования взята аликвота 5 мл, значение массы железа m_Fe, найденное по градуировочному графику, умножают на V_{колб. разв}/V_{аликв (пипетки)} = 100/5.

или рассчитывают по формуле: ,

В условиях эксперимента при конкретных объёмах колбы разведения и аликвоты формула примет вид:

Результат эксперимента по определению массы железа в исследуемой пробе сверяют с заданием.

Продолжение эксперимента

Вариант 1б.

Определение концентрации (массы) железа (III) в растворе

методом дифференциальной фотометрии (cм. п. 2.7)

− В мерную колбу на 25 мл отберите 10 мл исследуемого раствора из колбы на 100 мл, добавьте 1 мл азотной кислоты (1:1), немного воды. Роданид калия пока не добавлять.

− В другую мерную колбу на 25 мл поместите 4 – 7 мл эталонного раствора железа, также добавьте 1 мл азотной кислоты (1:1), немного воды.

− В обе колбы прилейте по 5 мл роданида калия, доведите до метки и через 1 минуту фотоколориметрируйте, используя колбу с эталонным (стандартным) раствором железа в качестве раствора сравнения.

На фотоколориметре при этом фиксируется ∆Dx − разность светопоглощения анализируемым и стандартным растворами.

− по измеренному значению оптической плотности ∆Dx на оси абцисс калибровочного графика находят значение Vx = V_иссл – V_{э (срав)}, соответствующее разности концентраций Fe в анализируемом (исследуемом) растворе и в растворе сравнения (колбы 25 мл);

− полной концентрации Fe в исследуемом растворе в колбе на 25 мл будет отвечать объём эталонного раствора V_иссл, = V_x +V_{э (срав)}, учитывающий концентрацию Fe в растворе сравнения.

− масса железа в колбе на 25 мл − m_Fe = T_(э)*V_иссл

С учётом разведения V_{колб разв}/V_аликв = 100/10 получим формулу для расчёта:

Сравните значения, полученные в 1а и 1б вариантах. Ответьте на вопрос, когда оправдано применение данного метода.

Вариант 2а.

Определение титра по железу (Т_Fe) исследуемого раствора

Для выполнения задания студент получает в конической колбе на 250 мл исследуемый раствор неизвестного объёма и концентрации, содержащий ионы железа (III) и никеля (II).

Прежде, чем приступить к анализу, определяют, попадает ли исследуемый раствор в допустимый интервал измерения оптической плотности или требуется его предварительное разведение.

Для этого готовят проверочный окрашенный раствор − отбирают аликвоту 5 мл исследуемого раствора в колбу на 25 мл, добавляют 1 мл раствора азотной кислоты 1:1, приливают 5 мл 10%- го раствора роданида калия, доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.

По интенсивности окраски проверочного раствора делают заключение

1. − о непосредственном проведении анализа;

2. − необходимости разбавления для снижения концентрации железа в исследуемом растворе.

Внимание!

Для правильного выбора последующего действия студентам предлагаются для сравнения образцы заранее приготовленных в колбах на 25 мл окрашенных растворов с минимальным и максимальным значениями оптической плотности, в интервале которых соблюдается закон Бугера – Ламберта – Бера.

Если окраска раствора в проверочной колбе интенсивнее образцов, необходимо разбавление.

Для этого из полученного на анализ исследуемого (контрольного) раствора отбирают аликвоту V₁ (10 мл), переносят её в мерную колбу на 100 мл, добавляют 5 мл азотной кислоты 1:1, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.

Из разбавленного раствора отбирают аликвоту V₂ (5мл), помещают в мерную колбу на 25 мл, добавляют необходимые реактивы (п.2а, п 3), хорошо перемешивают и через 1 минуту фотометрируют.

− По калибровочному графику находят объём Vx , соответствующий измеренному значению оптической плотности и отвечающий ему титр по железу раствора в колбе на 25 мл Т_{колб 25} = T_э∙V_х /25.

− Титр исследуемого раствора в конической колбе до разведения в 10 раз больше, чем в колбе после разведения (10/100) и ещё в 5 раз больше, чем в колбе на 25 мл (5/25) и равен соответственно:

Т_{Fe иссл} = Т_{колб 25} ∙50 = Т_э∙V_x∙2 г/мл − упрощенная формула для расчёта результата эксперимента 2а.

В общем виде формула имеет вид:

где V_{аликв 1} – объём аликвоты (вытяжки) исходного контрольного раствора,

V_{аликв 2} – объём аликвоты (вытяжки) из колбы разведения,

V_{колб разв} – объём колбы разведения

Результат эксперимента по определению титра железа в исследуемой пробе сверяют с заданием.

Продолжение эксперимента.

Вариант 2б.

Определение концентрации (титра) железа (III) в растворе

методом дифференциальной фотометрии (cм. п. 2.7)

− В мерную колбу на 25 мл из колбы на 100 мл отберите 10 мл разбавленного раствора, добавьте 1 мл азотной кислоты (1:1), немного воды. Роданид калия пока не добавлять.

− В другую мерную колбу на 25 мл поместите 4 – 7 мл эталонного раствора железа V_{э (срав)}, также добавьте 1 мл азотной кислоты (1:1), немного воды.

− В обе колбы прилейте по 5 мл роданида калия, доведите до метки и через 1 минуту фотоколориметрируйте, используя колбу с эталонным раствором железа в качестве раствора сравнения.

На фотоколориметре при этом фиксируется ∆D_x − разность светопоглощения анализируемым и стандартным растворами.

− По калибровочному графику находят отвечающую ∆D_x. разность концентраций железа в окрашенных растворах (25 мл) − исследуемом и сравнения (V_x = V_{иссл –} V_{э срав})³.

− Полной концентрации Fe в исследуемом растворе в колбе на 25 мл будет соответствовать объём эталонного раствора V_иссл = V_x +V_{э (срав)}.

− По аналогии с вариантом 2а, формула для расчёта титра железа в контрольной пробе имеет вид:

Сделав соответствующие подстановки, докажите справедливость упрощенной формулы для расчёта титра контрольного раствора в условиях эксперимента: Т_{Fe иссл} = Т_э∙V_иссл, г/мл.

Сравните значения, полученные в 2а и 2б вариантах. Ответьте на вопрос, когда оправдано применение данного метода.

1 Степень связывания Fe³⁺ в роданидный комплекс заметно уменьшается в присутствии С1⁻. Хлорид-ионы образуют с ионом железа (III) более прочные связи по сравнению с роданид-ионами и cпособны вытеснять их из комплекса с образованием например дироданидтрихлороакваферрат(III)-иона ([Fe(SСN)₂Сl₃H₂O]^2–), что приводит к ослаблению окраски раствора роданида железа (III). Реакция обратима в присутствии азотной кислоты.

Анионы фосфатов, фторидов, тартратов вызывают полное обесцвечивание  растворов роданида железа (III).

2 В дальнейшем понятия «эталонный» и «стандартный» используются как синонимы.

3 Концентрация (титр) раствора в колбе для фотометрирования − Т_{колб 25} = T_э∙V_х /25 − пропорциональна концентрации (титру) и объёму эталонного раствора

14