- •6.0929 „ Промислова біотехнологія ”
- •6.0929 „ Промислова біотехнологія ”
- •Розділ 1. Якісний аналіз
- •Якісний аналіз неорганічних катіонів
- •Лабораторна робота №1 Якісні реакції катіонів і-іі груп.
- •Контрольні питання.
- •Якісний аналіз неорганічних аніонів
- •Реакції аніонів I аналітичної групи Реакції сульфат-іонів sо42-
- •Реакції карбонат-іонів со32-
- •Реакції фосфат-іонів ро43-
- •Реакції аніонів II аналітичної групи
- •Реакції хлорид-аніонів Сl-
- •Реакції бромід-іонів Вr-
- •Реакції йодид-іонів і-
- •Реакції аніонів III аналітичної групи
- •Реакції нітрат-аніонів no3-
- •Лабораторна робота №2 Якісні реакції катіонів ііі групи. Якісні реакції аніонів
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота №3 Контрольний аналіз суміші катіонів і аніонів (невідома сіль)
- •Аналіз речовини або суміші речовин невідомого складу
- •Розділ 2. Титриметричні методи аналізу
- •Кислотно-основне титрування (метод нейтралцзації)
- •Лабораторна робота № 4 Приготування розчину соляної кислоти. Визначення концентрації соляної кислоти за титрованим розчином NаОн.
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 5 Визначення концентрації соляної кислоти за натрій тетраборатом.
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 6 Приготування робочого розчину натрію гідроксиду з наважки та визначення його концентрації за оксалатовою кислотою. Визначення масової частки лимонної (винної) кислоти.
- •Контрольні питання.
- •Перманганатометрія
- •Лабораторна робота № 7 Приготування та стандартизація робочого розчину kMnO4
- •Контрольні питання.
- •Йодометрія
- •Лабораторна робота № 8 Приготування титрованого розчину йоду за точною наважкою хімічно чистого препарату.
- •Лабораторна робота № 9 Приготування титрованого розчину натрію тіосульфату та визначення його точної концентрації за розчином калію біхромату.
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 10 Йодометричне визначення міді
- •Контрольні питання.
- •Комплексонометрія
- •Лабораторна робота № 11 Приготування титрованого розчину комплексону ііі
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 12 Трилонометричне визначення цинку
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 13 Комплексонометричне визначення загальної жорсткості води
- •Контрольні питання.
- •Розділ 3. Фізико-хімічні методи аналізу Потенціометричний метод
- •Лабораторна робота № 14 Визначення заліза в солі Мора
- •Результати титрування заліза р-ном к2Сr2o7 концентрацією 0,1 m
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 15 Потенціометричне титрування хлорид - та йодид - іонів
- •Контрольні питання.
- •Вольтамперометричний метод аналізу
- •1. Визначення концентрації металів за рівняння м Ільковича
- •2. Визначення концентрації методом стандартних розчинів
- •3. Визначення концентрації речовини за методом калібрувального графіка
- •4. Визначення концентрацій речовин методом добавок
- •Лабораторна робота № 16 Визначення концентрації гідрохінона
- •Контрольні питання.
- •Амперметричне титрування
- •Лабораторна робота № 17 Визначення заліза ванадатом амонію
- •Контрольні питання.
- •Фотометричний метод аналізу
- •Прилади, які використовуються для фотометрії
- •Лабораторна робота № 19 Визначення заліза (III) із сульфосаліциловою кислотою диференційним методом
- •Контрольні питання.
- •Розділ 4. Використання фізико-хімічних методів в аналізі біооб’єктів Лабораторна робота № 20 Кількісне визначення вмісту білків за нінгідриновим методом
- •Контрольні питання.
- •Хроматографічні методи
- •Список літератури
Прилади, які використовуються для фотометрії
Фотоколориметри бувають - однопроменеві та двопроменеві (рис. 15).
Рис. 15 Схема двопроменевого фотоколориметра ФЕК-56
Вони призначені для виміру пропускання або оптичної густини розчинів у діапазоні 340-630 нм і визначення концентрації речовин у розчині фотометричними методами. Фотоколориметри ФЕК-56М, ФЕК-56 мають однакову оптичну схему, представлену на рис. 6. Світловий потік від джерела світла 1, пройшовши через світлофільтр 2, попадає на призму 3, що поділяє потік на два, лівий і правий. Паралельні потоки проходять через кювети 7,7', діафрагми 8,8', попадають на фотоелементи 11,11', включені за диференційною схемою. Струм, що виникає, через підсилювач поступає на мікроамперметр 12. У правий світловий потік можна послідовно вводити кювету з розчинником (розчином порівняння) чи кювету з досліджуваним розчином. Розсувна діафрагма 8, розташована в правому потоці світла, при обертанні зв'язаного з нею барабана змінює значення світлового потоку, що падає на правий фотоелемент. Правий барабан є вимірювальним. Лівий - компенсаційним.
Перш ніж приступити до виконання фотометричних визначень, необхідно вибрати світлофільтр.
Фотометри, як правило, обладнані набором світлофільтрів від 4 до 10 штук з пропусканням у різних областях спектра. Для роботи дуже важливо вибрати світлофільтр, що підходить для даного аналізу, тому що чутливість виміру прямо залежить від довжин хвиль, які потрапляють у кювету, тобто від властивостей світлофільтра.
Колір розчину є додатковим до кольору поглиненого випромінювання. Так, розчин здається червоним, тому що він пропускає без зміни червону область спектра, поглинаючи при цьому синьо-зелену (табл. 4). Інтенсивність цієї області довжин хвиль змінюється найбільш різко зі зміною концентрації (Іt - мінімально). При наявності кількох світлофільтрів з близькими відтінками, вибирають той, при якому поглинання світла розчином являється максимальним
Розрахунок концентрації речовини в розчині залежить від чутливості фотометричної реакції, обраного методу вимірювання інтенсивності забарвлення і від типу приладу, який застосовують для вимірювання. Для розрахунку концентрації речовини застосовують кілька методів.
Графічний метод заснований на побудові каліброваного графіка в координатах А - С (концентрація). Для цього вимірюють оптичну густину еталонних розчинів при обраному світлофільтрі, і оптичну густину досліджуваного розчину Ах, потім з допомогою калібровочного графіка визначають концентрацію речовини Сх (рис. 16, кр.1). Підпорядкування закону Бера не є строго необхідною умовою для цього методу. Якщо для від С, що представляє криву, то вона може служити калібровочним графіком, але для її побудови необхідно більше еталонних розчинів.
Таблиця 4
Кольори розчинів і відповідних їм світлофільтрів
Колір розчину |
Область максимального поглинання променів розчином, нм |
Колір світлофільтра |
Жовто-зелений |
400-450 |
фіолетовий |
Жовтий |
450-480 |
синій |
Жовтогарячий |
480-490 |
зелено-синій |
червоний |
490-500 |
синьо-зелений |
Пурпурний |
500-560 |
зеленй |
Фіолетовий |
560-575 |
жовто-зелений |
Синій |
575-590 |
жовтий |
Зелено-синій |
590-625 |
жовтогарячий |
Синьо-зелений |
625-700 |
червоний |
2. Розрахунковий аналітичний метод. Готують один стандартний розчин і вимірюють його оптичну густину Аст. По формулі розраховують εреал, і визначивши Адослід, знаходять невідому концентрацію: досліджуваних у визначених умовах речовин, установлені відповідна залежність А
3. По молярному коефіцієнту поглинання Для визначення необхідно знати точні значення молярного коефіцієнта поглинання вреальних умовах, тому метод використовується рідко.
4. Метод добавок. У дві мірні колби відбирають визначений об'ємрозчину досліджуваної речовини. В одну з цих колб додають стандартний розчин. Після переведення компонента в забарвленусполуку, об'єми розчинів в колбах доводять до мітки фоном івимірюють оптичну густину цих розчинів.
Якщо то можна записати звідки
Рис.16 Калібрувальні графіки звичайної (1) та диференційної (2,3) фотометрії
Лабораторна робота №18 Визначення заліза у вигляді роданідного комплексу
Принцип методу: Залізо (III) у кислому середовищі утворює з роданід-іонами (CNS-), у залежності від їх концентрації, ряд комплексних сполук з коордиційним числом від 1 до 6. Утворення комплексів з різною кількістю координованих груп залежить, насамперед, від абсолютної концентрації надлишку ліганду, а не співвідношення [метал]:[ліганд], тому що необхідно враховувати константи дисоціації роданідних комплексів. При низьких концентраціях реагуючих компонентів утворюються прості (з меншим числом координованих груп) іони, а зі збільшенням концентрації одержують більш складні іони (чи суміш комплексів). Оскільки дисоціація комплексів збільшується при розведенні розчинів, то для її приглушення необхідна більша концентрація роданід-іонів. При високій концентрації CNS- (~3н) утворяться координаційно насичені комплекси заліза [Fе (CNS)6 ]3-
Fе3++6CNS-→[Fе (CNS)6]3-
Таким чином, у розчині проходить реакція, яка у молекулярному вигляді може бути записана в такий спосіб:
FеСl3+NH4CNS→ (NН4)3[Fе(CNS)6]+3NH4Cl
Розглянуту реакцію необхідно проводити при такій кислотності розчину, при якій приглушується гідроліз Fе (ІП), але не знижується концентрація роданід-іона, необхідного для утворення комплексу. Підкислення найкраще проводити розведеною азотною кислотою (0,05 - 0,1 м), яка не містить азотистої кислоти. Визначенню заліза заважають речовини, що зв'язують у комплекс іон тривалентного заліза (Cl-, SО42- РО43-) і метали, що зв'язують роданід-іон (молібден, вольфрам, кобальт). Заважають визначенню і речовини, здатні відновлювати Fе3+ до Fе2+, а також сильні окислювачі, які руйнують роданід.
Необхідні прилади і реактиви:
Фотоколориметр і кювети ємністю 5мм;
Колби мірні, місткістю 25мл - 6 шт.;
Бюретки - 2 шт.;
Циліндр на 5мл;
Стандартний розчин заліза, що містить 0,1 мг Fе в 1 мл;
Розчин роданіду амонію 3н;
Азотна кислота 1:1.
Методика роботи. У мірні колби місткістю 25 мл, відміряють з бюретки 1, 2, 3, 4, 5 мл заліза, додають по 1,5 мл розчину роданіду амонію (3н) і по 1 мл азотної кислоти 1:1. Об'єм суміші в кожній колбі доводять до мітки дистильованою водою і ретельно перемішують. Оскільки поглинання світла розчином носить вибірковий характер, то при різних довжинах хвиль оптична густина розчину (молярний коефіцієнт погашення) має різні значення. Тому спочатку вибирають світлофільтр. Для цього беруть середній розчин еталонної серії, заливають у кювету до мітки і ставлять її в кюветне відділення фотоколориметра. Як розчин порівняння використовують дистильовану воду, яку заливають в іншу кювету і також ставлять в кюветне відділення фотоколориметра. Поперемінно включаючи усі світлофільтри, вимірюють для кожного з них значення «А». Вибирають світлофільтр, що дає максимальне значення оптичної густини.
Оптичну густину інших еталонних розчинів вимірюють, застосовуючи обраний світлофільтр. За отриманими даними будують калібрований графік у координатах А - С. Для побудови каліброваного графіка концентрацію заліза можна виразити в мг. Розчин контрольної задачі готують у тих же умовах. Виміривши оптичну густину контрольного розчину, приготовленого аналогічно стандартним, за графіком знаходять відповідну ш концентрацію. На підставі даних оптичних густин розчинів розраховують ε (молярний коефіцієнт погашення) для кожної концентрації і знаходять εсер Усі результати заносять у таблицю 5.
Таблиця 5
Результати
визначення mFe
і εр
роданндного комплексу
№ |
Стандартний р-н |
Вміст заліза, мг |
[Fe3+], моль/л mFe/Vk*MFe |
Оптична густина А |
ε, для кожної концентрації |
εсер |
m Fe, мг |
1 |
1 |
0,1 |
|
|
|
|
|
2 |
2 |
0,2 |
|
|
|
|
|
3 |
3 |
0,3 |
|
|
|
|
|
4 |
4 |
0,4 |
|
|
|
|
|
5 |
5 |
0,5 |
|
|
|
|
|
Диференційний фотометричний метод аналізу
Сутність диференційного методу полягає в тому, що як розчин порівняння (нульовий розчин) використовують забарвлений розчин, який містить ту ж комплексну сполуку, що і досліджуваний (аналізований) розчин, але з іншою концентрацією. При цьому вимірюють відносну оптичну густину (Авіднчи ΔА).
Цей метод застосовують для підвищення відтворюваності результатів аналізу при визначенні більш високих концентрацій речовини, для усунення впливу сторонніх компонентів, які заважають визначенню і які тепер теж входять у розчин порівняння, а також для виключення помилки за рахунок поглинання світла самим реактивом.
У звичайній фотометрії працюють з розчинами, оптична густина яких лежить у межах 0,1-1 (цим значенням А відповідає відносна помилка вимірів (ω) 2,8 і 2,17 відповідно). Найменша помилка спостерігається для оптичної густини 0,46 (ω= 1,3%) рис 15 кр.1. Диференційна фотометрія відрізняється більш високою точністю. Відносна помилка визначення значно менша (рис. 15 кр. 2, 3).
На підставі закону Бугера-Ламберта-Бера для диференційної фотометрії справедливе рівняння:
ΔА = εl(Сх-С0).
Застосування забарвлених розчинів, як розчинів порівняння, переносить пропускання й оптичну густину у середину шкали, де помилка приладу найменше впливає на погрішність визначення концентрації (рис.9).
Рис.17 Відносна помилка виміру в звичайній (З) і диференційній фотометрії «високого» (2) і «низького» світопоглинання (3).
Що стосується техніки диференційної фотометрії, то шкала виміру Т і А "розширюється", тому що оптичний нуль фотометричного приладу (Т=100%) встановлюють по забарвленому розчину порівняння, що містить аналітичну форму обумовленої речовини. Звичайно, таким розчином порівняння є один з розчинів стандартного ряду. Тоді, виконуючи вимір світопоглинання досліджуваного розчину щодо цього стандартного, може бути досягнуте "розширення" фотометричної шкали і зменшення погрішності виміру пропускання чи поглинання. Ефект "розширення" фотометричної шкали дає також поліпшення відтворюваності результату диференційного фотометричного визначення, який у цьому методі характеризується погрішністю = 1% (відн.) у порівнянні з 5% (відн.) у звичайній фотометрії.
Наприклад, світлопропускання розчину дорівнює 10% (рис.18). У випадку використання його ж в якості розчину порівняння, при компенсації встановлюємо Т=100%. При цьому для аналізованого розчину Т збільшується теж у 10 разів. Так, якщо пропускання аналізованого розчину дорівнює 4%, то при вимірах відносно забарвленого розчину, ΔТ = 40.
Невелика ділянка сітлопропускання “АВ” розширюється до “СД” Точність виміру збільшується.
Забарвлений розчин з найбільшою концентрацією;
Забарвлений розчин стандартної серії з середньою концентрацією. Останній варіант найбільш зручний. Калібрований графік у цьому випадку має вигляд, представлений на рис.8, кр.3
Якщо, наприклад, приготувати стандартні розчини, що утримують різну кількість визначуваного катіона, яка рівномірно збільшується (табл. 3), то як розчин порівняння ("нульовий" розчин) можна використовувати:
Забарвлений розчин стандартної серії з найменшою концентрацією;
обмірювані величини оптичних густий (відносно Н2О) зі збільшенням концентрації (розчини 4-6) переходять в область неточних вимірів.
У випадку виміру оптичних густий цих розчинів відносно розчину № З, значення знаходяться в області шкали з мінімальною погрішністю визначення.
Таблиця 6
Порівняльні значення оптичних густин забарвлених розчинів у звичайній і диференційній фотометрії
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Mkt,мг |
0,15 |
0,30 |
0,45 |
0,60 |
0,75 |
0,90 |
Ак Н2О |
0,3 |
0,6 |
0,9 |
1,2 |
1,5 |
1,8 |
Авідн |
-0,6 |
-0,3 |
0 |
+0,3 |
+0,6 |
+0,9 |
При вимірі А менш забарвлених розчинів відносно більш забарвленого розчину № 3, змінюється порядок проведення вимірів і оптичні густини записуються зі знаком " -".