Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические методы анализа. Учебно-методическое пособие-1
.pdf
1.1.2. Правила работы со спектрофотометром ПЭ-5300ВИ
Спектрофотометр ПЭ-5300ВИ предназначен для измерения в отдельных участках диапазона длин волн от 325 до 1000 нм, выделяемых
монохроматором, коэффициента пропускания и оптической плотности
жидкостей (в том числе биологических), твердых и жидких проб различного происхождения с целью определения концентраций в них веществ после предварительного установления градуировочной характеристики.
Принцип
тока
I
0
сравнения, по отношению к которому производится измерение, и светового потока
токи
I
0
которые обрабатываются микропроцессором фотометра и выводятся
на цифровое табло в виде коэффициента пропускания
плотности
измерения.
Общий вид спектрофотометра ПЭ-5300ВИ показан на рис. 6, где
ручка перемещения кювет;
нель управления;
действия фотометра основан на сравнении светового по-
, прошедшего через растворитель или контрольный раствор
I, прошедшего через исследуемую среду. Световые по-
и I преобразуются фотоприемником в электрические сигналы,
, оптической
А или концентрации С в зависимости от выбранного режима
1 –
2 – крышка кюветного отделения; 3 – па-
4 – ручка установки длины волны.
а б
Рис. 6. Общий вид (а) и панель управления (б) спектрофотометра
ПЭ-5300ВИ
11
Подготовка к работе
1. Открыть крышку кюветного отделения и включить спектрофотометр нажатием клавиши (I/0), находящейся на задней панели спектрофотометра.
2. Выдержать спектрофотометр во включенном состоянии 20 мин
при открытой крышке кюветного отделения.
Порядок работы
1. Установить нужную длину волны, поворачивая ручку ДЛИНА
ВОЛНЫ (рис. 6,
2. Выберите режим работы А (для измерения оптической плотности), нажимая кнопку РЕЖИМ на панели управления до тех пор, пока
не загорится светодиод у соответствующей надписи (А).
3. В кюветное отделение установить кювету с раствором сравнения
(растворителем) – в дальнюю ячейку кюветодержателя, а кювету с исследуемым раствором – в ближнюю.
4. Закрыть
5. Не открывая крышки кюветного отделения, ручкой для переме-
щения кюветодержателя подвести кювету с раствором сравнения в ра-
бочую зону. Нажать кнопку ▼
кунд, пока на индикаторе не появится значение 0,000 А. Если это не
так, повторить данный шаг еще раз.
6. Не открывая кюветного отделения, ручкой для перемещения кюветодержателя подвести кювету с исследуемым раствором в рабочую
зону. Снять показание оптической плотности, которое отображается на
цифровом индикаторе панели управления. Произвести измерение
два-три раза и взять ее среднее арифметическое значение.
4).
крышку кюветного отделения.
0
100%АТ
. Подождать несколько се-
А
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 обра-
зуют ряд комплексных ионов кроваво-красного цвета, обусловливающих различную интенсивность окрашенного раствора:
12
3
n
,
n
где
n меняется от 1 до 6.
Fe3+ + n SCN– ↔
[Fe(SCN) ]
Для фотометрирования необходимо постоянное избыточное коли-
чество реактива, содержащего роданид-ионы. При
преимущественно образуется комплексный ион
c
= 0,1 моль/л
SCN
4
][Fe(SCN)
. Красная
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.
Реактивы и оборудование
1. Стандартный раствор железоаммонийных квасцов FeNН4(SО4)2 (хч)
с концентрацией Fe(III) 0,02 мг/мл.
2. Роданид калия KSCN, 5 %-й раствор.
3. Пероксид водорода Н
4. Азотная кислота НNO
5. Фотоколориметр, кювета с
, 30 %-й раствор.
2О2
, плотность 1,20 г/мл.
3
l = 1 см, светофильтр с λ = 490 нм.
6. Мерные колбы объемом 50 мл – 6 шт.
7. Бюретка на 25 мл, мерные цилиндры на 10 мл и 25 мл, пипетка.
Выполнение работы
1. Для построения калибровочного графика готовят четыре стан-
дартных 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 HNO3 отмеряют мерным цилиндром объ-
емом 10 мл, раствор KSCN – мерным цилиндром объемом 25 мл
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
, три капли раствора Н2О2 и 10 мл
3
). Объем
13
тщательно перемешивают. Измеряют оптическую плотность Ах, отно-
сительно раствора сравнения, и по графику находят содержание железа(III) в исследуемом растворе.
4. Измеряют оптическую плотность стандартных растворов отно-
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
5. По полученным данным строят график А = f(с): по оси ординат
наносят значения оптической плотности
А, по оси абсцисс – содержа-
ние Fe(III), мг.
В отчете привести:
1) оптическую схему фотоколориметра;
2) уравнение и качественный признак реакции;
3) таблицу с результатами эксперимента;
4) градуировочный график
А = f(т) и определенное по нему содер-
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 оптической
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+
Сu
+ 4NH3 ↔ [Cu (NH3)4]2+.
Реактивы и оборудование
1. Стандартный раствор сульфата меди CuSO
ей Cu(II) 1 мг/мл.
2. Гидроксид аммония NH
ОН , 5 %-й раствор.
4
14
(хч) с концентраци-
4
3. Фотоколориметр, кюветы с l = 1 см.
λ
А
4. Мерные колбы объемом 50 мл – 5 шт.
5. Бюретка на 25 мл, мерный цилиндр на 25 мл, пипетка.
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
водой и перемешивают. Получают набор окрашенных в синий цвет
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
станд. р-ра
с(Cu2+), мг/мл 0,06 0,1 0,2 0,3 сх
, мл 3 5 10 15 –
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:
1) уравнение и качественный признак реакции;
2) таблицу данных для выбора светофильтра;
, прибавляют в каждую колбу
4
15
3) градуировочный график и таблицу с результатами измерений;
4) концентрацию Cu(II) в исследуемом растворе (мг/мл);
5) расчет погрешности измерений.
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.
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
1. Фотоколориметр, кюветы с l = 1 см, светофильтр с λ = 490 нм.
2. Стандартный раствор железоаммонийных квасцов FeNH
c
(хч),
= 0,02 мг/мл.
Fe(III)
3. Пероксид водорода H
4. Азотная кислота HNO
5. Роданид калия KSCN, 5 %-й раствор.
6. Мерные колбы объемом 50 мл – 3 шт.
7. Бюретка на 25 мл.
8. Мерные цилиндры на 10 и 20 мл.
, 30 %-й раствор.
2O2
, плотность 1,2 г/мл.
3
(SO4)2
4
Выполнение работы
Даны две мерные колбы с одинаковым объемом исследуемого рас-
c
твора (
В одну из них из бюретки добавляют от 2 до 5 мл (по указанию
преподавателя) стандартного раствора железоаммонийных квасцов с
c
= 0,02 мг/мл.
Fe(III)
В каждую колбу прибавляют 1 мл конц. раствора HNO
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)
граммах (мкг) расчетным и графическим методом.
Fe(III)
= сх).
, три капли
, 10 мл 5 %-го раствора KSCN, доводят объем
2О2
с
в исследуемом растворе в микро-
х
16
3
В отчете привести:
х
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).
Работа № 4. Определение хрома в виде бихромат-иона
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
А
стандартного раствора (
раствора (
А
). Максимальное поглощение света растворами бихромата
х
наблюдается при 400…450 нм. Концентрацию элемента в исследуемом
растворе
где
с
определяют по формуле
х
с
– 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
1. Фотоколориметр, кюветы с l = 5 см, светофильтр с λ = 440 нм.
2. Мерные колбы на 50 мл, 2 шт., мерный цилиндр на 10 мл.
3. Бюретка на 25 мл, пипетки градуированные на 1 и 10 мл.
4. Стандартный раствор бихромата калия K
хрома(VI) 0,1 мг/мл.
5. Серная кислота Н
) известной концентрации и исследуемого
ст
сА
с
х
, 2 н. раствор.
2SO4
cт
,
А
cт
с концентрацией
2Cr2O7
Выполнение работы
В мерной колбе объемом 50 мл готовят стандартный раствор, оптическую плотность которого нужно сравнить с оптической плотностью исследуемого раствора. Для этого в колбу приливают из бюретки
c
10 мл стандартного раствора K
2Сr2О7
(
В другой мерной колбе («задача») содержится исследуемый раствор.
17
= 0,1 мг/мл).
Cr(VI)
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 вычислите сх в мг/мл.
х
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).
Кроме
того, полярные молекулы ориентируются вдоль поля (это явление – 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
13
15
Гц) будет проявляться только электрон-
23
1M см
n
R
2
ρмоль
2
n
,
–4
Гц наблюдается
см исче-
где n – показатель преломления; М – молярная масса вещества, г/моль;
ρ – плотность, г/см
3
.
18
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. П1 (см. приложение).
Суммарные
мере пропионовой кислоты С
(аддитивные) свойства рефракции рассмотрим на при-
, структурная формула которой
3Н6О2
HHH
CC
H
O
C
O H
H
Теоретическое значение молярной рефракции данного вещества
можно получить, суммируя:
а) рефракцию атомов
= 3RС + 6RН + R
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
гр
+ R
HC
52
= 10,3 + 7,226 = = 17,526 см3/моль.
СООН
Правило аддитивности может быть использовано:
для установления структурной формулы молекул;
1)
2)
определения концентрации растворов.
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
n
r
M ρг
2
n
2
.
19
Удельная рефракция также обладает свойством аддитивности, по-
А
этому
где r
, r2 и r
1
= r1 + (1– )r
r
1,2
– удельные рефракции растворенного вещества, раство-
1,2
,
2
рителя и раствора; – массовая доля растворенного вещества; (1– ) –
массовая доля растворителя.
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 скорость света изменяется. Пусть луч падает на границу раздела двух сред
А и В (рис. 7), причем среда А (например, стекло) оптически плотнее
В (жидкости).
среды
Тогда
В
Рис. 7. Преломление луча:
А – стекло; В – жидкость
/sin = v
sin
где – угол падения; – угол преломления; v
средах А и В; n
, vB – скорость света в
A
, nB – показатели пре-
A
ломления сред А и В по отношению к
воздуху.
Так как v
A
< v
B
= nA/nB,
A/vB
, то < . При до-
статочном увеличении угла угол может стать равным 90, и тогда
луч света будет скользить по поверхности 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 пере-
ходе луча из среды оптически менее плотной в более плотную такое
явление не наблюдается, так как < . Если угол = 90 и sin
= 1, то
показатель преломления жидкости
,
где
sin β sin 90
nn n
n
– предельный угол падения.
пред
AA A
B
sinα sinα sinα
пред пред пред
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]