Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические методы анализа Лабораторный практикум. Учебно-методическое пособие
.pdf
дятся на цифровое табло в виде коэффициента пропускания Т, оптиче-
у
ской плотности
Общий вид колориметра КФК-2МП показан на рис. 6, где
риметрический блок;
топриемников;
ления;
6 – светофильтры.
А, концентрации.
1 – коло-
2 – вычислительный блок; 3 – переключатель фо-
4 – ручка перевода кювет; 5 – крышка кюветного отде-
Рис. 6. Общий вид фотоколориметра
КФК-2МП
Спектральные характеристики светофильтров
Номер светофильтра 1234 5 6789
Длина волны
максимума
скания λ, нм
проп
315 340 400 440 490 540 590 670 750
Подготовка к работе
1. Открыть крышку кюветного отделения и включить тумблер
«Сеть», при этом загорается сигнальная лампа.
2. Нажать клавишу «Пуск», на цифровом табло появляется мигаю-
щая запятая.
3. Выдержать колориметр во включенном состоянии 15 мин при
открытой крышке кюветного отделения.
4. Измерить нулевой отсчет: для этого открыть крышку кюветного
отделения, через 5 с нажать клавишу Ш (
О). На цифровом табло справа
от мигающей запятой высвечивается цифра, она должна быть не менее
0,001 и не более 1,000. Установку значения нулевого отсчета производить для каждого фотоприемника.
11
Порядок работы
1. В кюветное отделение установить кювету с растворителем (раствором сравнения) – в дальнее гнездо кюветодержателя, а кювету с
исследуемым раствором установить в ближнее гнездо. Ручкой
новить необходимый светофильтр, ручкой
2. Ручку
4 установить в положение «I» (в световой пучок вводится
3 – нужный фотоприемник.
6 уста-
кювета с раствором сравнения).
3. Закрыть крышку кюветного отделения, нажать клавишу «К(I)».
На цифровом табло загорается символ «I».
4. Ручку
4 установить в положение «2» (в световой пучок вводится
кювета с исследуемым раствором).
5. Нажать клавишу «Д(5)». На табло появляется справа от мигающей запятой значение оптической плотности исследуемого раствора.
Произвести измерение
А два-три раза и взять ее среднее арифметиче-
ское значение.
1.1.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Работа № 1. Определение железа(III)
в водопроводной воде
Цель работы. Фотометрическое определение железа(III) в водо-
проводной воде методом калибровочного графика.
Основные положения. Ионы железа(III) с роданид-ионами об-
разуют ряд комплексных ионов кроваво-красного цвета, обусловливающих различную интенсивность окрашенного раствора:
3+
Fe
где
n меняется от 1 до 6.
+ n SCN– ↔
[Fe(SCN) ]
Для фотометрирования необходимо постоянное избыточное коли-
чество реактива, содержащего роданид-ионы. При
преимущественно образуется комплексный ион
окраска раствора неустойчива во времени вследствие восстановления
иона железа роданид-ионами, поэтому фотометрирование раствора
необходимо проводить сразу же после приготовления. Область максимального поглощения света окрашенным раствором – 400…500 нм.
Чувствительность метода – 2,5 мкг железа(III) в 50 мл конечного раствора при l = 5 см.
3
n
,
n
c = 0,1 моль/л
SCN
][Fe(SCN)4. Красная
12
Реактивы и оборудование
Стандартный раствор железоаммонийных квасцов FeNН
1.
(SО4)2
4
(хч) с концентрацией Fe(III) 0,02 мг/мл.
2.
Роданид калия KSCN, 5 %-й раствор.
Пероксид водорода Н
3.
4.
Азотная кислота НNO
Фотоколориметр, кювета с l = 1 см, светофильтр с λ = 490 нм.
5.
Мерные колбы объемом 50 мл – 6 шт.
6.
7.
Бюретка на 25 мл, мерные цилиндры на 10 мл и 25 мл, пипетка.
, 30 %-й раствор.
2О2
, плотность 1,20 г/мл.
3
Выполнение работы
1. Для построения калибровочного графика готовят четыре стандартных раствора с разной концентрацией Fe(III). В четыре отдельные
мерные колбы объемом 50 мл из бюретки отбирают последовательно
по 2,5; 5,0; 7,5 и 10 мл исходного стандартного раствора железоаммонийных квасцов с концентрацией Fe(III) 0,02 мг/мл. В каждую колбу
добавляют по 1 мл раствора НNО
раствора KSCN (раствор HNO
емом 10 мл, раствор KSCN – мерным цилиндром объемом 25 мл). Объем
раствора доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.
2.
В пятой мерной колбе готовят раствор сравнения – в колбу до-
бавляют 1 мл НNО
, три капли Н2О2, 10 мл KSCN, доводят объем рас-
3
твора дистиллированной водой до метки и перемешивают.
3.
В шестую мерную колбу на 50 мл с исследуемым раствором
3+
(с (Fe
) = сх) добавляют 1 мл HNO3, три капли H2O2, 10 мл раствора
KSCN, объем раствора доводят дистиллированной водой до метки и
тщательно перемешивают. Измеряют оптическую плотность А
сительно раствора сравнения, и по графику находят содержание железа
(III) в исследуемом растворе.
Измеряют оптическую плотность стандартных растворов отно-
4.
сительно раствора сравнения и результаты заносят в таблицу.
Номер раствора 1 2 3 4 5
V
, мл 2,5 5,0 7,5 10 –
ст. р-ра
т (Fe3+), мг 0,05 0,1 0,15 0,2 сх
Оптическая плотность А
, три капли раствора Н2О2 и 10 мл
3
отмеряют мерным цилиндром объ-
3
, отно-
х
13
5. По полученным данным строят график А = f(с): по оси абсцисс
наносят значения оптической плотности А, по оси ординат – содержание Fe(III), мг.
В отчете привести:
1)
оптическую схему фотоколориметра;
уравнение и качественный признак реакции;
2)
таблицу с результатами эксперимента;
3)
градуировочный график А = f(т) и определенное по нему содер-
4)
жание Fe(III) в исследуемом растворе;
5)
расчет погрешности измерений:
с c
дано
х
П 100%
с
дано
.
Работа № 2. Определение меди(II) в растворах солей
Цель работы. Фотометрическое определение меди(II) в растворах
солей методом калибровочного графика.
Основные положения. Работа основана на измерении оптиче-
ской плотности окрашенных растворов комплексных соединений
Сu(II) с разной концентрацией Сu(II). Ионы меди(II) с аммиаком образуют комплексный ион, обладающий интенсивной сине-фиолетовой
окраской:
2+
+ 4NH3 ↔ [Cu (NH3)4]2+.
Сu
Реактивы и оборудование
Стандартный раствор сульфата меди CuSO
1.
(хч) с концентраци-
4
ей Cu(II) 1 мг/мл.
Гидроксид аммония NH
2.
Фотоколориметр, кюветы с l = 1 см.
3.
Мерные колбы объемом 50 мл – 5 шт.
4.
5.
Бюретка на 25 мл, мерный цилиндр на 25 мл, пипетка.
ОН , 5 %-й раствор.
4
Выполнение работы
1. Для построения градуировочного графика в четыре мерные колбы вместимостью 50 мл последовательно добавляют из бюретки 3, 5,
10 и 15 мл стандартного раствора CuSO
по 10 мл 5 %-го раствора аммиака (объем измеряют мерным цилиндром) и доводят объем каждого раствора до метки дистиллированной
14
, добавляют в каждую колбу
4
водой и перемешивают. Получают набор окрашенных в синий цвет
λ
А
растворов с разной концентрацией Cu(II). Через 10 мин приступают к
измерению оптической плотности А.
2. Выбор светофильтра. Раствор, имеющий наиболее интенсивную
окраску, фотометрируют относительно раствора сравнения (дистиллированной воды) со всеми светофильтрами поочередно, записывая результаты этих измерений в виде таблицы.
, нм 400 440 490 540 590 670 750
Для дальнейшей работы выбирают светофильтр, соответствующий
наибольшему значению поглощения исследуемого раствора.
3. Измеряют оптическую плотность растворов относительно дистиллированной воды, результаты измерений заносят в таблицу.
Номер раствора 12 345
V
с(Cu2+), мг/мл 0,06 0,1 0,2 0,3 сх
, мл 3 5 10 15 –
станд. р-ра
А
4. В пятую мерную колбу с исследуемым раствором (с(Cu2+) = сх)
добавляют 10 мл 5 %-го раствора аммиака, доводят объем раствора до
метки дистиллированной водой и перемешивают. Приготовленный
раствор через 10 мин фотометрируют с выбранным светофильтром относительно воды. По градуировочному графику находят концентрацию
с
меди(II).
х
В отчете привести:
уравнение и качественный признак реакции;
1)
таблицу данных для выбора светофильтра;
2)
градуировочный график и таблицу с результатами измерений;
3)
концентрацию Cu(II) в исследуемом растворе (мг/мл);
4)
расчет погрешности измерений.
5)
Работа № 3. Определение железа(III) в растворах
методом добавок
Цель работы. Фотоколориметрическое определение концентрации
железа(III) в растворах в виде роданидных комплексов с использованием метода добавок.
15
Основные положения. Работа основана на фотометрировании
анализируемого раствора железа(III) в виде роданидного комплекса
без добавки и в присутствии добавки известного количества определяемого элемента – Fe(III).
Приборы и реактивы
Фотоколориметр КФК-2М, кюветы с l = 1 см, светофильтр
1.
с λ = 490 нм.
2.
Стандартный раствор железоаммонийных квасцов FeNH
c
(хч),
3.
4.
5.
6.
7.
8.
= 0,02 мг/мл.
Fe(III)
Пероксид водорода H
Азотная кислота HNO
, 30 %-й раствор.
2O2
, плотность 1,2 г/мл.
3
Роданид калия KSCN, 5 %-й раствор.
Мерные колбы объемом 50 мл – 3 шт.
Бюретка на 25 мл.
Мерные цилиндры на 10 и 20 мл.
Выполнение работы
Даны две мерные колбы с одинаковым объемом исследуемого раствора (
преподавателя) стандартного раствора железоаммонийных квасцов с
c
30 %-го раствора Н
раствора дистиллированной водой до метки, перемешивают и измеряют оптические плотности растворов относительно раствора сравнения
(см. работу № 1). По полученным значениям оптических плотностей
определяют содержание Fe(III) с
граммах (мкг) расчетным и графическим методом.
c = сх).
Fe(III)
В одну из них из бюретки добавляют от 2 до 5 мл (по указанию
= 0,02 мг/мл.
Fe(III)
В каждую колбу прибавляют 1 мл конц. раствора HNO
, 10 мл 5 %-го раствора KSCN, доводят объем
2О2
в исследуемом растворе в микро-
х
В отчете привести:
1) уравнение и качественный признак реакции;
2) графический способ определения содержания железа(III);
3) расчет содержания железа(III) в анализируемом растворе;
4) определение относительной ошибки определения железа(III).
(SO4)2,
4
, три капли
3
16
Работа № 4. Определение хрома в виде бихромат-иона
х
Цель работы. Фотоколориметрическое определение концентрации
вещества методом сравнения оптической плотности исследуемого и
стандартного растворов.
Основные положения. Для колориметрирования используется
светопоглощение бихромат-иона. Измеряют оптические плотности
стандартного раствора (А
раствора (А
) Максимальное поглощение света растворами бихромата
х
наблюдается при 400…450 нм. Концентрацию элемента в исследуемом
растворе с
где с
определяют по формуле
х
– концентрация элемента в стандартном растворе.
ст
Чувствительность метода – 50 мкг в 50 мл конечного объема при
толщине слоя раствора 5 см. Метод сравнения особенно пригоден для
однократных измерений.
Приборы и реактивы
Фотоколориметр КФК-2МП, кюветы с l = 5 см, светофильтр с
1.
λ = 440 нм.
Мерные колбы на 50 мл, 2 шт., мерный цилиндр на 10 мл.
2.
3. Бюретка на 25 мл, пипетки градуированные на 1 и 10 мл.
Стандартный раствор бихромата калия K
4.
хрома(VI) 0,1 мг/мл.
5. Серная кислота Н
) известной концентрации и исследуемого
ст
сА
cт
с
,
х
А
cт
с концентрацией
2Cr2O7
, 2 н. раствор.
2SO4
Выполнение работы
В мерной колбе объемом 50 мл готовят стандартный раствор, оптическую плотность которого нужно сравнить с оптической плотностью ислледуемого раствора. Для этого в колбу приливают из бюретки
(
10 мл стандартного раствора K
2Сr2О7
В другой мерной колбе («задача») содержится исследуемый раствор.
В обе колбы с помощью мерного цилиндра добавляют по 10 мл 2 н.
раствора серной кислоты H
, доводят объем дистиллированной во-
2SO4
дой до метки и перемешивают.
Измеряют оптическую плотность растворов при λ = 440 нм (раствор сравнения – дистиллированная вода).
По значениям А
и Аст вычислить сх в мг/мл.
х
c = 0,1 мг/мл).
Cr(VI)
17
1.2. РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА
1.2.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
Рефрактометрический метод анализа основан на определении концентрации веществ (а также их строения или превращений) по показателю преломления света.
При помещении молекул вещества в электрическое поле происходит смещение отрицательных и положительных зарядов относительно
центра их тяжести. Это явление называют поляризацией деформации,
оно складывается из смещения электронов (электронная поляризация).
того, полярные молекулы ориентируются вдоль поля (это явле-
Кроме
ние – поляризация ориентации). В переменном электрическом поле
поляризация зависит от частоты изменения поля. С увеличением частоты поля полярные молекулы не успевают ориентироваться вдоль
поля, т. е. при частоте 10
ция ориентации. При частоте ≥ 10
зает атомная поляризация ввиду инерции смещения атомов в молекуле.
Таким образом, для частот изменения поля ≥ 10
только электронная поляризация. Следовательно, для электромагнитного поля световой волны видимой части спектра (длина волны
400…780 нм или частота 10
ная поляризация, т. е. в поле высокой частоты колебаний будут смещаться только легкие частицы – электроны. Мерой электронной поляризуемости молекул вещества является молярная рефракция R, определяемая из соотношения Лоренца–Лорентца
10
Гц, длине волны ~1 см исчезает поляриза-
13
Гц или длине волны 10
15
Гц) будет проявляться только электрон-
23
1M см
n
R,
2
n
ρмоль
2
,
13
–4
Гц наблюдается
см исче-
где n – показатель преломления; М – молярная масса вещества, г/моль;
ρ – плотность, г/см
3
.
Молярная рефракция зависит от длины световой волны, но практически не зависит от температуры, давления и агрегатного состояния
вещества и является его характеристической рефрактометрической
константой.
Рефракция молекулы является суммой отдельных рефракций атомов или групп, или связей. Значения атомных, групповых рефракций и
рефракций связей приведены в табл. 1 приложения.
18
Суммарные (аддитивные) свойства рефракции рассмотрим на примере пропионовой кислоты С
, структурная формула которой
3Н6О2
HHH
CC
H
H
C
O
O H
Теоретическое значение молярной рефракции данного вещества
можно получить, суммируя:
а) рефракцию атомов
R
= 3RС + 6RН + R
ат
О (гидроксил)
= 32,418 + 61,1 + 1,525 + 2,211 = 17,59 см
+ R
О (карбонил)
3
=
/моль;
б) рефракцию связей
= 2R
R
св
= 21,293 + 51,676 + 3,32 + 1,81 + 1,54 = 17,63 см
С–С
+ 5R
С–Н
+ R
С=О
+ R
С–О
+ R
О–Н
=
3
/моль;
в) рефракцию групп
R
=
R+ R
гр
HC
52
= 10,3 + 7,226 = = 17,526 см3/моль.
СООН
Правило аддитивности может быть использовано:
для установления структурной формулы молекул;
1)
определения концентрации растворов.
2)
В первом случае для предполагаемой структуры вещества сравнивают опытные (из соотношения Лоренца–Лорентца) и теоретические
значения молярных рефракций, рассчитанные по атомам, связям и
группам. Их совпадение служит подтверждением предполагаемой
структуры молекулы.
При определении концентрации растворов удобнее пользоваться
удельной рефракцией, отнесенной к 1 г вещества (r):
23
R11см
r
M ρг
n
2
n
2
,
.
Удельная рефракция также обладает свойством аддитивности, поэтому
r
где r
, r2 и r
1
= r1 + (1– )r
1,2
– удельные рефракции растворенного вещества, раство-
1,2
,
2
рителя и раствора; – массовая доля растворенного вещества; (1– ) –
массовая доля растворителя.
19
Экспериментальное определение рефракции вещества сводится к
измерению его показателя преломления и плотности.
Преломление или рефракция – изменение направления прямолинейного распространения света при переходе из одной преломляющей
среды в другую.
Известно, что скорость света в среде зависит от ее плотности. Чем
плотнее среда, тем меньше скорость распространения света в ней. При
падении
луча на границу раздела двух сред с разной плотностью ско-
рость света изменяется. Пусть луч падает на границу раздела двух сред
А и В (рис. 7), причем среда А (напри-
мер, стекло) оптически плотнее среды
В (жидкости).
Тогда
sin
/sin = v
A/vB
= nA/nB,
где – угол падения; – угол прелом-
, vB – скорость света в средах
A
, nB – показатели преломления
A
< v
Так как v
, то < . При до-
A
B
Рис. 7. Преломление луча:
А – стекло; В – жидкость
ления; v
А и В; n
сред А и В по отношению к воздуху.
статочном увеличении угла угол
может стать равным 90, и тогда луч света будет скользить по поверх-
ности раздела сред. Это явление называется полным внутренним отражением, а угол падения, при котором оно наступает – предельным углом падения. При дальнейшем увеличении угла луч
отражается от
среды В. Заметим, что при переходе луча из среды оптически менее
плотной в более плотную такое явление не наблюдается, так как всегда
> . Если угол = 90 и sin
n
B
sinα sinα sinα
= 1, то показатель преломления жидкости
sin β sin 90
nn n
AA A
пред пред пред
,
где
– предельный угол падения.
пред
Определение показателя преломления проводят с помощью рефрактометров. Устройство рефрактометров основано на явлении полного
внутреннего отражения луча света на границе двух сред (одна – стеклянная призма с известным n
, другая – исследуемый раствор). Находят
A
положение предельного угла падения, т. е. границу света и тени.
Схема рефрактометра показана на рис. 8.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]