Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитический контроль металлургического производства. Методические указания к лабораторному практикуму и самостоятельной работе студентов по дисципли
.pdf
21
Ход анализа. Выбор светофильтров и построение градуировочных
Исходный
раствор
№
раствора
Объем
исходного
раствори, мл
Содержание
определяемого
элемента, мг/мл
Оптическая плотность
растворов
λ
1
λ
2
КMnО
4
1
…..
n
К2Сr2О
7
1
…..
……
n
графиков. При помощи пипетки в несколько колб вместимостью 100 мл
отбирают точно отмеренные объемы (от 10 до 20 мл) стандартного раствора
перманганата калия, добавляют в каждую колбу 5 мл Н
, доводят
2SО4
дистиллированной водой до метки и перемешивают. Затем точно так же готовят
серию стандартных растворов дихромата калия.
Измеряют оптическую плотность для наиболее концентрированных
растворов КMnО
4
и К
2Сr2О7
при разных светофильтрах, записывают в таблицу
и строят кривые светопоглощения растворов в координатах оптическая
плотность - длина волны.
Для работы выбирают такие участки спектра (светофильтры), в области
которых поглощение одного компонента максимально, а другого - минимально
или равно нулю.
При выбранных светофильтрах измеряют оптическую плотность всех
приготовленных растворов КMnО
4
и К
2Сr2О7
с различным содержанием Мn и
Сr.
Данные записывают в таблицу.
Измерение оптической плотности раствора дихромата калия производят
только при λ
. В области максимального поглощения дихромат-иона (λ2)
2
22
оптическая плотность перманганата калия остается еще значительной. Поэтому
для растворов перманганата калия измерение оптической плотности производят
при двух выбранных светофильтрах λ
и λ2. По полученным данным строят
1
градуировочные графики в координатах оптическая плотность - концентрация
вещества – два графика для перманганата калия (при λ1 и λ2) и один график –
для дихромата калия (при λ
2
).
Анализ исследуемого раствора. Анализируемый раствор помещают в
колбу вместимостью 100 мл, подкисляют 5 мл серной кислоты, доводят
дистиллированной водой до метки, перемешивают и фотометрируют при
выбранных светофильтрах λ
и λ2. С помощью градуировочных графиков
1
находят с(Мn) и с(Сr), мг/мл, как указано выше. Рассчитывают массу хрома и
марганца в смеси, учитывая проведенные разбавления.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9
Определение никеля в растворе в виде аквакомплексов
Методика определения больших количеств никеля основана на измерении
светопоглощения его аквакомплекса. Спектр октаэдрического акваиона
Ni(H2O)
2+
имеет пять полос поглощения; в инфракрасной области при 1163 нм
6
с ε ≈ 2,5; пары близко расположенных полос в области 714 нм с ε ≈ 1,8, слабой
полосы (ε < 1) при 540 нм и более сильной (ε ≈ 4) при 395 нм. Для выполнения
дифференциальных определений в видимой области спектра используют
полосы поглощения при 714 нм и 395 нм. Первая расщеплена на две за счет
эффекта спин-орбитального взаимодействия и обуславливает появление
зеленой окраски у водных растворов солей никеля. В настоящей работе для
дифференциального определения никеля используют полосу поглощения при λ
= 395 нм. Относительная погрешность определения составляет ± 0,5%.
Реагенты, посуда, оборудование. Мерные колбы вместимостью 50,0 мл.
Стандартный раствор сульфата никеля с содержанием никеля 50 мг/мл.
Спектрофотометр.
23
Ход анализа. В шесть мерных колб вместимостью 50,0 мл помещают
стандартный раствор сульфата никеля с содержанием никеля (мг): 100, 150,
200, 250, 300, 350 соответственно. Растворы разбавляют водой до меток и
фотометрируют в кюветах с l = 1,0 см при λ=395 нм относительно выбранного
раствора сравнения и строят градуировочный график. Для определения никеля
в растворе его соли в мерную колбу вместимостью 50,0 мл вводят аликвоту
анализируемого раствора и разбавляют водой до метки. Раствор
фотометрируют в тех же условиях, что и при построении градуировочного
графика, и находят количество никеля в нем.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10
Определение меди в медных сплавах в виде аквакомплексов
Дифференциальное определение меди в медных сплавах (томпак, бронза)
может быть проведено по измерению интенсивности полосы поглощения
аквакомплекса меди с λ
=815 нм и ε
max
= 13. Определению не мешает железо,
max
кобальт, никель и хром, если содержание каждого из перечисленных элементов
не превышает 4%. Относительная погрешность определения меди составляет ±
1,5%.
Реагенты, посуда, оборудование. Стандартный раствор сульфата меди
(II) с содержанием меди 50 мг/мл. Мерные колбы вместимостью 50 мл.
Пипетки (5 и 10 мл). Спектрофотометр.
Ход анализа. В пять мерных колб вместимостью 50,0 мл помещают
стандартный раствор сульфата меди с содержанием меди (мг): 50, 100, 150, 200,
250 соответственно. Содержимое колб доводят водой до меток. Растворы
фотометрируют в кюветах с l=1,0 см при λ=815 нм относительно выбранного
раствора сравнения и строят градуировочный график.
Для определения меди в растворе медного сплава в мерную колбу
вместимостью 50,0 мл вводят аликвоту Va анализируемого раствора и
разбавляют водой до метки. Раствор фотометрируют в тех же условиях, что и
24
при построении градуировочного графика, и находят количество меди в нем.
Рассчитывают массовую долю меди в пробе медного сплава.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11
Определение титана в виде пероксидного комплекса
Титан (IV) образует с пероксидом водорода в кислой среде желтый
комплекс состава [Тi(ОН)
2Н2О2
2+
]
. Устойчивость комплекса невелика (β
≈ 104),
1
поэтому для полноты его образования требуется значительный избыток
пероксида водорода. Наиболее подходящей средой для реакции титана с
пероксидом водорода являются сернокислые растворы (0,5 – 1 М Н2SO4).
Пероксидная методика обладает малой чувствительностью (ε
λ
= 410 нм), но широко используется в практике молекулярного
max
= 7,0∙10
max
2
при
абсорбционного анализа. Ее с успехом применяют для определения титана в
сталях, чугунах, тантале, жаропрочных сплавах, ильменитовых концентратах,
железных рудах и т. д. Мешают определению титана фосфаты, фториды,
оксалаты и цитраты, связывающие его в комплексы, а также ионы металлов,
обладающие собственной окраской или образующие пероксидные комплексы
(V, Мо, U, Nb, Сг).
Реагенты, посуда, оборудование. Стандартный раствор титана (IV), 0,5
мг/мл. Пероксид водорода, 3%-ный раствор. Серная кислота, 5%-ный раствор.
Посуда. Мерные колбы вместимостью 50,0 мл (5 шт.). Пипетки (5 и 10 мл).
Мерный цилиндр (20 мл). Спектрофотометр.
Ход анализа. В пять мерных колб вместимостью 50,0 мл вводят
стандартный раствор титана с содержанием (мг); 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5
соответственно, 20 мл воды, 5 мл раствора серной кислоты, 3 мл раствора
пероксида водорода. Содержимое колб разбавляют водой до метки. Растворы
фотометрируют относительно воды и строят градуировочный график.
Убедившись в линейности градуировочного графика, определяют содержание
25
титана следующими методами: методом градуировочного графика, методом
стандартов, методом ограничивающих растворов, методом добавок.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12
Определение никеля с диметилглиоксимом в присутствии окислителей
В щелочной среде (аммиак, щелочь) в присутствии окислителя (бром,
иод, пероксид водорода, персульфат аммония) никель образует с
диметилглиоксимом (H2D) растворимый в воде красно-коричневый комплекс.
Установлено, что в результате реакции происходит окисление никеля,
вероятно, до Ni(III). В зависимости от того, проводится ли реакция в среде
аммиака или среде щелочи, образуются два различных комплекса,
отличающиеся своими спектральными характеристиками. Комплекс,
образующийся в щелочной среде, характеризуется интенсивной полосой
поглощения с λ
= 479 нм и ε
max
= 1,3 • 104. Соотношение Ni:H2D в комплексе
max
равно 1:3. Для аналитических целей лучшим окислителем является иод, так как
получающееся в его присутствии комплексное соединение более устойчиво во
времени. Кроме того, избыток иода не окисляет диметилглиоксим, что
позволяет добиться хорошей воспроизводимости результатов фотометрических
определений.
Реагенты, посуда, оборудование. Стандартный раствор никеля (II), 0,01
мг/мл. Иод, 0,05 М раствор. Диметилглиоксим, 1%-ный раствор в 20%-ном
растворе NаОН. Мерные колбы вместимостью 50,0 мл (5 шт.). Пипетки (5 и 10
мл). Мерный цилиндр (20 мл). Спектрофотометр.
Ход анализа. В пять мерных колб вместимостью 50,0 мл вводят 20 мл
воды, стандартный раствор никеля с содержанием (мг): 0,02; 0,04; 0,06; 0,08 и
0,10 соответственно, 0,5 мл раствора иода, 0,5 мл раствора диметилглиоксима.
Содержимое колб разбавляют водой до метки. Через 10 мин растворы
фотометрируют относительно воды и строят градуировочный график.
26
Убедившись в линейности градуировочного графика, определяют
содержание никеля следующими методами: методом градуировочного графика,
методом стандартов, методом ограничивающих растворов, методом добавок.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13
Пламенно-фотометрическое определение калия и натрия в
присутствии марганца
При определении натрия в присутствии солей марганца на значение
аналитического сигнала влияет наложение молекулярной полосы излучения
МnО, что приводит к систематической погрешности. Влияние увеличивается
пропорционально концентрации марганца в растворе и в значительной степени
зависит от селективности применяемого прибора. Так, при использовании
пламенного фотометра со светофильтрами помеха за счет излучения МnО
будет велика. Марганец также влияет на излучение калия. Механизм этого
влияния не выяснен.
Для изучения влияния марганца и определения содержания натрия и
калия в работе используют метод градуировочного графика. С этой целью
готовят две серии стандартных растворов, содержащих натрий и калий в
возрастающей концентрации. В одну из них вводят также соль марганца в
определенной концентрации. Построив по каждой серии градуировочные
графики, выражающие зависимость интенсивности излучения (измеренной в
делениях шкалы прибора) от концентрации элемента в растворе, сопоставляют
результаты определения концентрации натрия и калия в контрольном растворе
по этим градуировочным графикам и на этой основе делают выводы о влиянии
марганца на результаты определения.
Реактивы, посуда, оборудование. Стандартные растворы хлоридов
натрия и калия, содержащие по 500 мкг/мл натрия и калия. Стандартный
раствор хлорида марганца, содержащий 0,01 мг/мл марганца. Мерные колбы
27
вместимостью 100 мл, 8 шт. Стаканы вместимостью 100 мл, 8 шт. Пипетки,
градуированные на 1и 10 мл. Пламенный фотометр.
Ход анализа. Включают прибор и проверяют работу распылительной
системы, следуя указаниям преподавателя. Готовят две серии стандартных
растворов с концентрацией натрия и калия по 5, 10,20 и 30 мкг/мл. Первую
серию растворов (4 колбы) разбавляют дистиллированной водой и доводят до
метки. Во вторую серию растворов (также 4 колбы) вводят раствор хлорида
марганца из такого расчета, чтобы после разбавления концентрация марганца
во всех растворах была равна 2 мкг/мл. Например, для приготовления раствора
с содержанием натрия и калия по 5 мкг/мл надо в мерную колбу на 100 мл
добавить по 1 мл стандартных растворов солей натрия и калия с концентрацией
500 мкг/мл, добавить 20 мл стандартного раствора соли марганца и
дистиллированной водой довести до метки. Устанавливают светофильтр для
определения натрия и фотометрируют все растворы, включая стандартные
растворы обеих серий и контрольный раствор. Полученные данные заносят в
таблицу. Заменяют светофильтр (для определения калия) и опять
фотометрируют все растворы. Полученные данные также заносят в таблицу. По
данным фотометрирования строят четыре градуировочных графика в
координатах концентрация – аналитический сигнал: два для определения
натрия и калия по чистым растворам и два – по растворам с добавкой хлорида
марганца. По градуировочным графикам определяют содержание натрия и
калия в контрольном растворе. Рассчитывают погрешность определения по
отношению к концентрациям калия и натрия, найденным по растворам с
добавкой соли марганца.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14
Качественный спектральный анализ
Оборудование и приборы. Стилоскоп, электроды различного
назначения, таблицы спектральных линий, испытуемый образец. Подготовка
28
электродов производится с учетом природы анализируемого материала. Если
анализируется металлическая проба, то ее необходимо затачивать на плоскость.
Постоянный электрод, как правило, изготавливается из материала – основы
анализируемой системы. В случае анализа неметаллической пробы или
диэлектрика, проба предварительно измельчается в агатовой ступке и
помещается в отверстие угольного электрода диаметром 6 мм (постоянный
электрод). Глубина отверстия 4 мм, диаметр 3,5 мм. Пробу располагают на 1 мм
ниже края электрода. Второй электрод - угольный, заточенный на усеченный
конус или плоскость. Режим работы генератора указывает преподаватель.
Выполнение работы: Работа выполняется в два этапа, включающих:
1 - градуировку стилоскопа по длинам волн,
2 - идентификацию линий образца.
С помощью стилоскопа и спектрального атласа изучают спектры
анализируемой системы и матрицы и выбирают рабочую область спектра.
Допустим, что в этой области наблюдается три интенсивные линии, которые
необходимо идентифицировать, т.е. определить их длины волн и
принадлежность к тому или иному элементу. Существует два наиболее
распространенных способа определения длины волны.
1. Устанавливают указатель окуляра на интересующую нас линию и, не
изменяя фокусировки, меняют рабочую пару электродов на железные.
Зажигают духу и по положению указателя в спектре железа находят длину
волны искомой линии.
2. Указатель окуляра поочередно устанавливают на интересующую нас
линию, записывая при этом показания барабана, и с помощью дисперсионной
кривой устанавливают длину волны.
Градуировка шкалы стилоскопа по длинам волн (методика
построения дисперсионной кривой). Тщательно зачищают железные
электроды и устанавливают их в штатив стилоскопа. Расстояние между
электродами - 2 мм. Включают дуговой разряд (сила тока 4 А). Внимательно
29
рассматривают спектр железа в окуляр прибора, сопоставляя его с участками
спектра, изображенными в атласе спектральных линий. Находят в желтой
области спектра линию с длиной волны 5569,6 Å, зарисовывают данный
участок спектра в журнал наблюдений. Вращая обойму окуляра, добиваются
максимальной резкости изображения спектра. Устанавливают найденную
линию точно под стрелку в поле зрения окуляра и записывают
соответствующее этому положению деление шкалы барабана (n). Для
устранения влияния «мертвого хода» кинематической схемы начинают с нуля.
Полученное значение отсчета заносят в таблицу с указанием длины волны (Å),
деления шкалы прибора, области спектра (желтая, зеленая и т.д.). Аналогичным
образом производят отсчет для всех других выданных линий. Линии
выбираются таким образом, чтобы равномерно перекрыть весь рабочий
интервал стилоскопа. При перемещении спектра резкость изображения может
ухудшаться, что исправляется вращением обоймы окуляра. По данным таблицы
строят дисперсионную кривую, откладывая по оси абсцисс длину волны, а по
оси ординат – деление шкалы барабана (n). Для повышения точности
дисперсионной кривой необходимо производить не менее 7 - 9 измерений. Для
проверки правильности выполненной градуировки стилоскопа устанавливают в
штатив стилоскопа медные электроды, включают дуговой разряд и добиваются
максимальной резкости изображения спектра меди. Находят в спектре три
самые яркие зеленые линии и устанавливают для них показания шкалы
барабана. Затем по дисперсионной кривой определяют соответствующие этим
линиям длины волн. Полученные данные сравнивают с табличными
значениями. При совпадающих результатах дисперсионная кривая может быть
использована в дальнейшей работе.
Идентификация линий спектра. Определив одним из способов длины
волн, переходят ко второй части работы - идентификации элемента,
присутствующего в сплаве. Например, с помощью дисперсионной кривой
30
установили, что в спектре анализируемого образца имеются линии,
соответствующие следующим длинам волн:
1 - 4805 Å, 2 - 4720 Å, 3 - 4680 Å. Сравнивая полученные длины волн с
табличными значениями, устанавливают, что найденные интенсивные линии
присутствуют в спектрах следующих элементов:
1. λ
= 4805 Å цинка, кобальта, никеля;
1
2. λ
= 4720 Å цинка, висмута, талия;
2
2. λ3 = 4680 Å цинка, кобальта, никеля, титана.
Цинку соответствуют все три линии. Поэтому необходимо в первую
очередь проверить наличие в экспериментально полученном спектре остальных
линий цинка, указанных в таблицах для данной области спектра. Так же
следует проанализировать по таблицам спектральных линий аналитические
линии кобальта и никеля. Присутствие титана, талия и висмута в образце
маловероятно, т. к. их спектральные линии в образце встречаются по одному
разу. Из табличных данных следует, что для цинка характерны все три линии в
синей области спектра 4810, 4722, 4680 Å (интенсивность – I = 40) и красная
линия с λ = 6363 Å (интенсивность – I = 100). Если в анализируемой системе
присутствует цинк, то линия с указанной длиной волны (в красной области)
должна присутствовать в анализируемом спектре. Устанавливаем барабан на
деление, соответствующее длине волны 6363 Å, и проверяем наличие линии.
Присутствие в анализируемом спектре этой линии подтверждает наличие цинка
в анализируемом образце. Для облегчения работы со спектрами рекомендуется
первоначально зарисовать анализируемый спектр на миллиметровой бумаге в
цвете в соответствии с показаниями барабана.
Проведение качественного анализа сплава. Построить дисперсионную
кривую. Подобрать условия и составить схему проведения полного
качественного анализа неизвестного образца. Провести качественный анализ
неизвестного образца по заданию преподавателя, в отчете указать
аналитические линии для каждого элемента, по которым установлено его
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]