Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Практикум. Учебное пособие
.pdf
растворов. Затем в каждую колбу приливают по 5 мл раствора серной
кислоты. Доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. Измеряют оптические плотности стандартных растворов
перманганата калия при 430 и 550 нм, а раствор хрома – при 430 нм.
По полученным данным строят калибровочные графики, аналогичные
рис. 12.
Полученную от преподавателя пробу (раствор, содержащий марганец
и хром) анализируют с помощью спектрофотометра в кюветах той
же длины 1 см на длинах волн 430 и 550 нм. Содержание марганца и
хрома определяют по методике, описанной выше. В ответе приводят содержание хрома и марганца в анализируемой пробе
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
х [г/л].
1. Что нужно, чтобы построить градуировочный график?
2. Как приготовить стандартный раствор перманганата калия?
3. На каких двух длинах волн измеряют стандартные растворы пер-
манганата калия?
4. Сущность метода определения хрома и марганца?
5. Какие реактивы присутствуют в работе?
6. Какие проборы и оборудование используют в работе?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Дайте определение спектрофотометрическому методу анализа.
Квантово-химическая основа оптической спектроскопии. Спектральные
области (зоны). В какой оптической области проводится измерение
в настоящей работе?
2. Сформулируйте закон Бугера–Ламберта–Бера. Объясните значение входящих в него величин. Как выводится этот фундаментальный
закон?
3. Определение коэффициента экстинкции (молярного коэффициента поглощения).
4. Приведите принципиальную схему
спектрофотометра. Источ-
ники излучения. Что такое монохроматор?
5. Виды детекторов, используемых в спектрофотометрии. Что такое
спектрофотометрическая кювета? Как влияет длина кюветы на параметры, входящие в закон БЛБ?
6. Экологическое значение методики определения соединений
хрома и марганца.
81
10. ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ. АНАЛИЗ
СОДЕРЖАНИЯ САХАРОВ
Цель работы.
Определение содержания моносахаридов в пробе, полученной от преподавателя. Цель студента – определить методом ГХ
количество сахаров, их названия и массовое содержание в пробе.
Объект исследования. Полученная от преподавателя проба, кото-
рая представляет собой раствор, содержащий несколько моносахаридов. Количество сахаров и их массовое содержание индивидуально для
каждой пробы.
Реактивы. Спиртово-толуольная смесь 4 :
1, пиридин свежепере-
гнанный, гексаметилдисилазан, триметилхлорсилан.
Приборы и материалы. Газовый хроматограф Кристалл 2000, осна-
щенный пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой, ротационный испаритель, аналитические весы с точностью измерения 0,000 ± 0,001 и более, колбы круглодонные 100 мл, фильтр-насадки,
шприцы жидкостные, пипетки мерные (стеклянные до 5 мл и автоматические для отбора 1…1000 мкл).
ХОД РАБОТЫ
Перед началом работы преподаватель в присутствии студентов объясняет устройство хроматографа, приводит его в рабочий режим. Калибровка хроматографа проводится заранее, в присутствии студента
проводится ее поверка: преподаватель вкалывает стандартный образец,
содержащий сахара в известном количестве, и подтверждает истинность
калибровочного графика. Хроматограф калибруется на сахара: глюкозу,
фруктозу, ксилозу, арабинозу, галактозу, рибозу
.
От преподавателя получают пробу, представляющую собой раствор,
содержащий моносахариды. Далее проводят пробоподготовку для выполнения ГХ-анализа.
1. 20 мл пробы упаривают досуха на ротационном испарителе.
2. Добавляют 2 мл спиртово-толуольной смеси (4 :
1), вновь упари-
вают досуха на ротационном испарителе. Эта стадия необходима для
полного удаления влаги из образца.
3. Добавляют 4 мл свежеперегнанного пиридина, затем прибавляют
реактивы для силилирования сахаров. Добавляют 300 мкл гексаметилдисилазана и 150 мкл триметилхлорсилана. Плотно закрывают образец
пробкой, интенсивно перемешивают 30 с, оставляют на 10 мин.
82
При этом происходит силилирование сахаров, образуются триметилсилановые производные, легко испаряющиеся в инжекторе газового
хроматографа, что делает возможным анализ моносахаридов методами
ГХ, так как сами сахара не испаряются на испарителе, это не позволяет
проводить качественный анализ. Поскольку моносахариды существуют
в нескольких таутомерных формах, каждая форма при анализе будет давать отдельный
пик силилированного компонента. Соотношение пиков
таутомерных форм на хроматограмме при анализе растворов сахаров
будет одинаковым для каждого сахара.
4. Пробу высушивают досуха, добавляют 2 мл гексана, отфильтровывают полученный раствор с помощью жидкостного шприца и фильтра-насадки.
По окончании пробоподготовки под надзором преподавателя прово-
дят анализ пробы на ГХ-хроматографе. В
инжектор хроматографа с помощью специального комплектного стеклянного шприца вкалывается
проба объемом 2 мкл.
Студент проводит обработку полученной хроматограммы. С помощью калибровочных данных о положении пиков таутомеров сахаров и
соотношении их интенсивностей и по положениям вершин характеристических пиков на хроматограмме анализируемого вещества определяют количество сахаров и их химическую
природу.
Содержание сахаров определяют по калибровочным графикам, связывающим площади характеристических пиков каждого сахара с его
концентрацией.
Ответ по работе студент представляет в следующем виде:
1) количество сахаров в пробе;
2) какие именно сахара в пробе присутствуют;
3) указать содержание сахаров, выраженное в миллиграммах на
литр [мг/л].
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
1. Опишите шаги пробоподготовки.
2. Как происходит обработка полученной хромотограммы?
3. Как сделать калибровочные графики для определения содержа-
ния сахаров?
4. Какие реактивы присутствуют в работе?
5. Какие проборы и оборудование используют в работе?
83
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Понятие газовой хроматографии.
2. Принцип работы и схематичное устройство газового хромато-
графа.
3. Детекторы в ГХ. Основные виды, основные характеристики (се-
лективность, чувствительность и т. п.).
4. Дайте определение классу химических соединений: сахара. Дайте
классификацию сахаров (моно-, ди-, полисахариды, альдозы и кетозы
и т. п.).
5. Таутомерия моносахаридов в водном растворе.
6. Порядок
работы на газовом хроматографе.
7. Опишите процедуру подготовки прибора к анализу.
8. Калибровочные графики, их назначение. Построение калибровоч-
ных графиков при анализе моносахаридов методом ГХ.
9. Опишите методику анализа моносахаридов методом ГХ с поясне-
нием назначения каждой стадии и происходящими при этом физическими явлениями или химическими превращениями.
11. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ЖИДКОСТНАЯ
ХРОМАТОГРАФИЯ (ВЭЖХ). ОПРЕДЕЛЕНИЕ
СОДЕРЖАНИЯ САХАРОВ
Методом ВЭЖХ сахара возможно анализировать в дериватизированной форме. Так, существует метод анализа сахаров с предколоночной дериватизацией 2,4-динитрофенилгидразином, который взаимодействует с карбонильной группой сахаров и дает динитрофенилгидразоны
(рис. 13). Динитрофенилгидразоны имеют полосы поглощения в видимом спектре (при длине волны 360 нм) и регистрируются спектрофотометрическим детектором. Коэффициенты экстинкции динитрофенилгидразонов существенно выше, чем исходных сахаров, следовательно,
этот метод отличается гораздо более высокой чувствительностью, хотя
и меньшей экспрессностью. Дериватизация позволяет для разделения
использовать не специфическую, а стандартную обращенно-фазовую
колонку С18. В качестве элюента используется смесь ацетонитрила
и воды (7 : 3).
84
Рис. 13. Схема реакции 2,4-динитрофенилгидразина
и карбонильного соединения
Цель работы. Определение содержания моносахаридов в пробе, по-
лученной от преподавателя. Цель студента – определить методом высокоэффективной жидкостной хроматографии количество сахаров, их
названия и массовое содержание в пробе.
Объект исследования. Полученная от преподавателя проба, кото-
рая представляет собой раствор, содержащий несколько моносахаридов. Количество сахаров и их массовое содержание индивидуальны для
каждой пробы.
Реактивы. Раствор перекристаллизованного 2,4-динитрофенилгид-
разина в спирте 6 г/л, ацетонитрил, трифторуксусная кислота, стандарты сахаров (лактоза, галактоза, глюкоза, фруктоза, арабиноза, ксилоза).
Приборы и материалы. Жидкостный хроматограф «Милихром-А-02»,
оснащенный хроматографической колонкой размером С18. Водяная
баня, автоматическая пипетка, пробирки объемом 1.5 мл.
ХОД РАБОТЫ
Перед началом работы преподаватель в присутствии студентов объясняет устройство ВЭЖХ хроматографа, приводит его в рабочий режим.
Калибровка хроматографа также проводится заранее, в присутствии
студента проводится ее поверка: преподаватель вкалывает стандартный
образец, содержащий сахара в известном количестве, и подтверждает
истинность калибровочного графика. Хроматограф калибруется на сахара: лактозу, галактозу, глюкозу, фруктозу
, арабинозу, ксилозу.
От преподавателя получают пробу, представляющую собой раствор,
содержащий моносахариды. Далее проводят пробоподготовку для выполнения ВЭЖХ-анализа.
1. В пробирку приливают 200 мкл исследуемой пробы.
85
2. Добавляют 400 мкл раствора 2,4-динитрофенилгидразина с кон-
центрацией 6 мг/мл.
3. Раствор перемешивают, помещают на водяную баню с темпера-
турой 60 °С на 1 ч 30 мин. При этом происходит химическая реакция
образования динитрофенилпроизводных сахаров в пробе.
4. После этого пробу охлаждают в холодной воде, анализируют на
хроматографе.
По окончании пробоподготовки под надзором преподавателя проводят анализ пробы на ВЭЖХ-хроматографе. Студент проводит обработку
полученной хроматограммы. С помощью калибровочных данных о положении пиков сахаров на хроматограмме анализируемого раствора
определяют количество сахаров и их химическую природу.
Содержание сахаров определяют по калибровочным графикам, связывающим площади характеристических пиков каждого сахара с его
концентрацией.
Ответ по работе студент
представляет в следующем виде:
1) количество сахаров в пробе;
2) какие именно сахара в пробе присутствуют;
3) содержание сахаров, выраженное в миллиграммах на литр [мг/л].
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
1. Как происходит поверка калибровки хроматографа?
2. Опишите шаги пробоподготовки.
3. Как происходит обработка полученной хроматограммы?
4. Какие реактивы присутствуют в работе?
5. Какие проборы и оборудование используют в работе?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Понятие жидкостной хроматографии.
2. Принцип работы и схематичное устройство жидкостного хрома-
тографа ВЭЖХ.
3. Детекторы в ВЭЖХ. Основные виды, основные характеристики
(селективность, чувствительность и т. п.).
4. Дайте определение классу химических соединений: сахара. Дайте
классификацию сахаров (моно-, ди-, полисахариды, альдозы и кетозы
и т. п.).
5. Таутомерия моносахаридов в водном растворе.
86
6. Порядок работы на жидкостном хроматографе. Процедура подго-
товки прибора к анализу.
7. Калибровочные графики, их назначение. Построение калибровоч-
ных графиков при анализе моносахаридов методом ВЭЖХ.
8. Методика анализа моносахаридов методом ВЭЖХ с пояснением
назначения каждой стадии и происходящими при этом физическими явлениями или химическими превращениями.
12. ГРАВИМЕТРИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ
НИКЕЛЯ (II) В РАСТВОРЕ С ПОМОЩЬЮ
ДИМЕТИЛГЛИОКСИМА
Никель может попадать в воду как из точечных, так и с неточечных
источников. Диффузные выбросы никеля могут возникать от электростанций, мусоросжигательной установки и металлургической промышленности. Никель непосредственно выпускается из различных отраслей
промышленности путем выгрузки поверхностных вод. Он применяется
в никель-кадмиевых батареях в качестве катализатора и как пигмент
и
т. д. Чистый никель часто применяется как защитное покрытие на металлические и медные объекты. Другие сплавы применяются для изготовления кухонных, ювелирных изделий и производства турбин. Никель часто присутствует в сельскохозяйственных почвах, расположенных вблизи промышленных предприятий, занимающихся ископаемым
топливом. Органическое вещество часто адсорбирует никель, в результате
чего уголь и масло содержат следы этого элемента.
Никель имеет свойство концентрироваться в тканях и органах, в которых происходят интенсивные обменные процессы. Таким образом,
наибольшая концентрация никеля в организме происходит в гипофизе,
щитовидной и поджелудочной железах. Суточная доза никеля для человеческого организма составляет от 0.3 до 0.6 мг. Как правило, такая
доза
поступает с продуктами питания, поэтому нет рекомендованной дозы,
чтобы принимать этот элемент в добавках. В свою очередь дефицит никеля не представляет угрозы для здоровья, в отличие от его избытка, поэтому без предварительных обследований не следует принимать препараты, содержащие никель.
Никель – это токсичный элемент, особенно его растворимые
соединения, которые чаще всего попадают в организм с питьевой водой. Избыток этого элемента в организме нарушает функции сердечно-сосудистой системы, работу желудочно-кишечного тракта, нервной системы,
87
детородную функцию, снижает функции щитовидной железы и меняет
баланс калия, йода, фосфора. Отравление никелем может приводить
к серьезным заболеваниям дыхательной системы, вплоть до летального
исхода.
Никель может быть удален из воды с помощью адсорбции активированного угля. Коагуляция является еще одним возможным вариантом.
Никель полностью оседает только при определенных условиях,
а
именно значение рН, по меньшей мере, 9.5, при котором он полностью
превращается в гидроксид никеля.
Цель работы. Научиться применять метод осаждения для определе-
ния массы вещества в растворе путем осаждения определяемого компонента с помощью органического реагента в виде кристаллического
осадка и высушивания последнего до постоянной массы.
Объект исследования. Раствор, содержащий соли никеля.
Сущность работы. Определение никеля в растворе основано на ко-
личественном осаждении ионов Ni
оксима (реактив Чугаева, C
2+
4H8O2N2
спиртовым раствором диметилгли-
) в виде внутрикомплексной соли.
Реакция протекает в аммиачной среде по уравнению
[Ni(NH
]2+ + 2C4H8O2N2 = [Ni(C4H7O2N2)2] + 2NH
3)6
красный цвет
+
+ 4NH3 .
4
Осаждаемая форма – [Ni(C4H7O2N2)2]; величина ее произведения
растворимости ПР
Ni(C4H7O2N2)2
Весовая форма – [Ni(C
Определению мешает присутствие ионов Fe
= 4.3·10–4.
4H7O2N2 )2
].
2+
, Pd2+, образующих
с диметилглиоксимом окрашенные осадки, а также ионов, дающих
с NH
OH гидроксиды (например, Fe3+, Mn2+, Mg2+ и др.).
4
Реактивы. Концентрированная соляная кислота, 1%-й спиртовой
раствор диметилглиоксима (C
4H8O2N2
), 10%-й раствор аммиака, ди-
стиллированная горячая вода.
Приборы и материалы. Стакан химический на 300…400 мл, па-
лочка стеклянная с резиновым наконечником, стеклянный фильтр, фарфоровый тигель, промывалка, колба с резиновой пробкой для отсасывания (колба Бюхнера, водоструйный насос, сушильный шкаф.
ХОД РАБОТЫ
К полученному для анализа раствору соли никеля (в стакане емкостью 300…400 мл) добавляют 5 капель концентрированной соляной
88
кислоты, разбавляют дистиллированной водой до 200 мл и нагревают
до 80…90 °С (но не до кипения!).
Затем в стакан прибавляют 2…3 мл 10%-го раствора аммиака
(до слабого запаха) и 20 мл 1%-го спиртового раствора диметилглиоксима. Дают раствору с осадком постоять 1 ч и проверяют на полноту
осаждения, добавляя по стенке стакана 2…3 капли раствора диметилглиоксима.
Затем осадок фильтруют под вакуумом через мелкопористый стеклянный фильтр, который предварительным высушиванием при 110 °С
доводят до постоянной массы.
Осадок промывают 3–5 раз 1%-м раствором аммиака, 3–5 раз дистиллированной водой и сушат до постоянной массы в сушильном
шкафу при 110 °С. Определив массу весовой формы (диметилглиоксимата никеля [Ni(C
4H7O2N2)2
]), рассчитывают массу содержащегося
в анализируемом растворе никеля. Массу никеля в анализируемом растворе
m(Ni) рассчитывают по формуле
m(Ni) = (Ni(C
4H7O2N2)2
) F,
используя гравиметрический фактор F (см. стр. 38).
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
1. Польза и вред никеля для человека.
2. В чем сущность работы?
3. Опишите ход работы.
4. Какие реактивы присутствуют в работе?
5. Какие проборы и оборудование используют в работе?
6. Что такое гравиметрический фактор?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Как получают гравиметрическую форму диметилглиоксимата ни-
келя?
2. Как рассчитывают гравиметрический фактор при определении
массы никеля (II) по массе диметилглиоксимата никеля?
3. Рассчитайте минимальную массу гравиметрической формы – никеля диметилглиоксимата, при которой процентная погрешность определения не превышала бы ±0,2 %.
89
4. Какую массу никеля (II) можно определить с указанной выше по-
грешностью?
5. Почему при осаждении никеля (II) спиртовым раствором диметилглиоксимата нельзя добавлять большой избыток последнего?
6. В чем преимущества гравиметрической формы никеля диметилглиоксимата перед оксидом никеля (II)?
7. Как доводят стеклянный пористый тигель с осадком до постоянной массы?
8. Перечислите преимущества применения
органического осади-
теля по сравнению с неорганическим.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]