XAXANINA

Каждую колбу закрывают пробкой, взбалтывают в течение нескольких минут и оставляют выстаиваться на сутки. Для определения pH пригодна только отстоявшаяся,

совершенно прозрачная вытяжка. Поэтому перед измерением pH раствор над почвой целесообразно отфильтровать. Прозрачный раствор вытяжки (фильтрат) переливают в стакан на 100 мл, опускают электроды и измеряют pH на иономере.

По полученному значению pH почвы рассчитывают нормы внесения известняка,

гашеной извести, золы на земельный участок в 500 м2.

71

Работа № 12

Ионоселективное определение примесей различных ионов в природной и питьевой воде

А. Определение хлорид-ионов

В последнее время в потенциометрии широко применяются так называемые ионо-

селективные электроды, позволяющие избирательно измерять активную концентрацию определяемых ионов в растворе в присутствии посторонних ионов, мешающих определе-

нию.

Помимо высокой избирательности ионоселективные электроды отличаются боль-

шой чувствительностью (10–4 - 10–5 моль/л, а в некоторых случаях и 10–7 моль/л). С их по-

мощью проводят экспрессные определения, автоматический непрерывный химико-

аналитический контроль производства и т.п. Ионоселективные электроды обеспечивают избирательное определение многих типов ионов. В табл.12 приведены основные характе-

ристики ионоселективных электродов.

Ионометрический анализ природной и питьевой воды на содержание ионов осно-

ван на измерении величины равновесного потенциала ионоселективного мембранного электрода, погруженного в раствор анализируемого иона. Потенциал измеряют относи-

тельно электрода сравнения, снабженного солевым мостиком, заполненного 1 М раство-

ром нитрата калия, с помощью иономера (рис.7).

Рис.7. Внешний вид иономера

72

При потенциометрических измерениях, проводимых для определения концентра-

ций отдельных веществ методом прямой потенциометрии или методом потенциометри-

ческого титрования, монтируют ячейку, состоящую из индикаторного электрода и элек-

трода сравнения. Как правило, она представляет собой обычный химический стакан.

Раствор в ячейке перемешивают с помощью механической или магнитной мешалки.

Концентрацию анализируемого иона находят по калибровочному графику, который строят в координатах Е - (–lgC) (рис.8).

73

Оборудование и реактивы

Иономер.

Ионоселективный электрод на Сl–.

Электрод сравнения хлоридсеребряный.

Пипетки мерные на 10 мл.

Стаканы стеклянные на 100 и 250 мл.

Бумага фильтровальная.

Хлорид калия.

Нитрат калия, 1 М раствор.

Описание определения

По точной навеске готовят серию стандартных растворов хлорида калия (10–1 - 10–5

М) с постоянной ионной силой, создаваемой 1 М раствором нитрата калия. Снимают за-

висимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации хлорида калия и строят градуировочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентра-

ции. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осуша-

ют фильтровальной бумагой.

Измеряют значения равновесных потенциалов анализируемых растворов. Опреде-

ляют концентрацию хлорид-ионов в питьевой и природной воде, пользуясь построенным

калибровочным графиком.

Концентрацию хлорид-ионов вычисляют в граммах по формуле

X(г) = С(моль/л)∙МСl–.

Результаты измерений заносят в форму табл.13.

Форма таблицы 13

Результаты ионометрического определения ионов в воде

74

Б. Определение фторид-ионов

Селективность электродов на твердых мембранах связана с возможностью перено-

са через мембрану только определяемого иона.

Мембрану фторселективного электрода изготавливают из фторида лантана, в кото-

рый с целью снижения электрического сопротивления вводят ионы Eu2+. Такой электрод имеет высокую селективность по отношению к ионам фтора, причем зависимость потен-

циала от логарифма концентрации линейна. Зависимость потенциала такого мембранного электрода (индикаторный электрод) от активности фторид-ионов описывается уравнением Нернста:

Для измерения потенциала ионоселективного электрода собирают схему:

Для учета общей константы K' проводят градуировку ионоселективного электрода,

т.е. устанавливают зависимость ЭДС от активности (или концентрации при постоянной ионной силе) фторид-ионов.

При анализе природных и производственных объектов следует помнить, что F–-ион в кислых растворах или в присутствии ионов Fe3+ и Al3+ находится в виде слабодиссоции-

рующей кислоты HF и фторидных комплексов указанных металлов. Поэтому в растворе доводят рН до значения 5 - 7, а также добавляют цитрат натрия, который образует с иона-

ми железа и алюминия более прочные комплексы.

Оборудование и реактивы

Иономер.

Индикаторный электрод - ионоселективный электрод на F–-ион. Перед работой вы-

держивают электрод в 0,001 М NaF в течение суток. Перед измерением промывают и ос-

75

тавляют на 10 - 20 минут в дистиллированной воде, затем осушают фильтровальной бума-

гой.

Электрод сравнения - хлоридсеребряный.

Стаканы полиэтиленовые емкостью от 50 мл.

Колбы мерные на 100 мл, 6 шт.; на 1000 мл, 1 шт.

Цилиндры на 50, 100, 1000 мл.

Пипетки мерные на 10 и 25 мл.

Стандартный раствор фторида натрия 0,1 М (навеску 4,200 г растворяют в мерной колбе емкостью 1000 мл).

Фоновый раствор - сульфат натрия 1 М (навеску 142 г Na2SO4 или 322 г Na2SO410H2O (технические весы) растворяют в мерной колбе емкостью 1000 мл).

Азотная кислота, 0,01 М раствор (готовят разбавлением 0,7 мл концентрированной

HNO3 до объема 1000 мл).

Аммиак, 0,01 М водный раствор (готовят разбавлением 0,75 мл концентрированно-

го NH3 до объема 1000 мл).

Бидистиллированная вода.

Описание определения

Необходимо изучить инструкцию по работе на иономере.

Для калибровки фторселективного индикаторного электрода надо построить график зависимости φ и.э. от концентрации фторид-иона CF При построении графика в стандарт-

ные и анализируемые растворы вводят одинаковый избыток фонового электролита. В

этом случае можно полагать, что во всех растворах ионная сила постоянна и одинакова и поэтому φ и.э = const + 0,059lg CF.

Из основного стандартного раствора с концентрацией фторид-иона 10–1 М приготовьте последовательным разбавлением его раствором 1 М Na2SO4 шесть растворов с концентрацией

NaF (M): 10–1, 10–2, 10–3, 10–4, 10–5, 10–6. Для этого отберите пипеткой 10 мл 10–1 М раствора

NaF в мерную колбу на 100 мл и доведите фоновым раствором (1 М Na2SO4) объем до метки.

Из полученного раствора 10–2 M Na2SO4 последовательным разбавлением фоновым раство-

ром приготовьте остальные растворы.

При определении концентрации фторид-иона в анализируемом растворе необходи-

мо приготовить раствор с той же ионной силой. Для этого 5 мл исследуемого раствора раз-

ведите 1 М Na2SO4 в колбе на 50 мл.Индикаторной бумагой проверьте рН и доведите его

0,01 М HNO3 или NН4OH до значения 5,0 - 5,5. 76

Измерьте потенциал фторселективного электрода в этом растворе.

По градуировочному графику определите значение pX = –lgCF– в любом анализи-

руемом растворе.

В иономере с ионоселективным электродом градуировочный график строится мик-

ропроцессором автоматически на основе измеренных значений ЭДС электродной системы стандартных растворов NaF. Также автоматически выдается значение pX = –lgCF– в анали-

зируемом растворе, исходя из ранее построенного градуировочного графика.

Определите содержание фторид-иона в контрольных задачах, проверьте результат у преподавателя и вычислите относительную погрешность измерений.

В. Определение примесей железа

Содержание железа в поверхностных водах суши составляет десятые доли милли-

грамма в одном литре, вблизи болот - единицы миллиграммов в одном литре. Повышен-

ное содержание железа наблюдается в болотных водах, в которых железо находится в ви-

де комплексов с солями гуминовых кислот - гуматами. Наибольшие концентрации железа

(до нескольких десятков и сотен миллиграммов в одном литре) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями рН.

Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водо-

емах.

Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Обычно в во-

доемах с высокой биологической продуктивностью в период летней и зимней стагнации заметно увеличение концентрации железа в придонных слоях воды. Осенне-весеннее пе-

ремешивание водных масс (гомотермия) сопровождается окислением Fe (II) в Fе (III) и

выпадением последнего в виде Fe(OH)3.

Поскольку соединения железа в воде могут существовать в различных формах (как в растворе, так и во взвешенных частицах), более точные результаты могут быть получе-

ны только при определении суммарного железа во всех его формах, так называемого об-

щего железа.

Перевод железа в растворимую форму, пригодную для анализа, проводят, добавляя

кпробе определенное количество сильной кислоты (HNO3, HCl, H2SO4) до рН 1 - 2.

Вкислой среде (рН < 5) ионы железа (III) образуют с комплексоном ЭДТА прочный комплекс (рКнест = 25,1):

77

Fe3+ + H2Y2‾  FeY‾ + 2H+.

При титровании с ионоселективным и хлоридсеребряным электродами скачок по-

тенциала в точке эквивалентности связан с практическим исчезновением окисленной формы окислительно-восстановительной системы Fe3+/Fe2+.

Для получения устойчивых значений потенциалов титруемый раствор должен содер-

жать сопряженную форму окислительно-восстановительной пары: Fe2+-ионы, образующие прочный комплекс с H2Y2–.

Оборудование и реактивы

Иономер.

Электрод ионоселективный на железо (III).

Электрод сравнения хлоридсеребряный.

Вода бидистиллированная.

Пипетки на 10 мл.

Стаканы стеклянные на 100, 250 мл.

Бумага фильтровальная.

Соль Мора, 1%-ный раствор.

Ацетат натрия, 10%-ный раствор.

ЭДТА 0,05 М раствор.

Описание определения

В стакан емкостью 100 мл пипеткой перенесите аликвотную часть (25 мл) анализи-

руемого раствора, разбавьте ее 50 мл воды, опустите мешалку и установите стакан на площадке магнитной мешалки. Добавьте 10%-ный раствор ацетата аммония до момента,

пока раствор не окрасится в желто-оранжевый цвет вследствие гидролиза соли железа.

Добавьте 5 - 10 капель 1%-ного раствора соли Мора. В раствор поместите ионоселектив-

ный электрод и хлоридсеребряный электрод сравнения, заполненный насыщенным рас-

твором хлорида калия.

Схема ГЭ будет иметь следующий вид:

78

После включения магнитной мешалки начните титрование, прибавляя по 2 мл 0,05

М раствора ЭДТА и измеряя ЭДС. Вблизи точки эквивалентности титрант прибавляйте по

1 мл.

Результаты титрования запишите в форму табл.14 и постройте графики в коорди-

натах E-V и (ΔЕ/ΔV - V).

Вычислите содержание Fe3+ в граммах во всем объеме анализируемого раствора по формуле

m(г) (V N)ЭДТА ЭFe n 10 3 ,

где N - нормальная концентрация; V - объем раствора ЭДТА; ЭFe - эквивалент же-

леза; n - число аликвотных частей.

Г. Определение нитрат-ионов

Ионометрический анализ природной и питьевой воды на содержание нитрат-ионов основан на измерении величины равновесного потенциала ионоселективного мембранно-

го электрода, погруженного в раствор анализируемого иона. В состав мембраны входят жидкий ионообменник с четвертичными аммониевыми солями. Потенциал измеряют на иономере относительно хлоридсеребряного электрода, заполненного насыщенным рас-

твором хлорида калия.

Оборудование и реактивы

Иономер.

Ионоселективный электрод на NO3.

Электрод сравнения хлоридсеребряный.

Вода бидистиллированная.

Пипетки на 10 мл.

Стаканы стеклянные на 100 и 250 мл.

Бумага фильтровальная.

79

Хлорид калия.

Нитрат калия, 10–1 М раствор.

Сульфат калия, 1 М раствор.

Описание определения

По точной навеске готовят стандартный раствор нитрата калия 10–1 М. Последова-

тельным разбавлением исходного стандартного раствора готовят растворы 10–2 - 10–5 М с постоянной ионной силой, создаваемой 1 М раствором сульфата калия (фон А). Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации нитрата калия и строят калибровочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации.

После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой.

Измеряют значения равновесных потенциалов анализируемых растворов. Опреде-

ляют концентрацию нитратов в питьевой и природной воде, пользуясь построенным ка-

либровочным графиком.

Концентрацию нитрат-ионов вычисляют в граммах по формуле

Х(г) С(моль / л) МNO3 .

Результаты измерений заносят в форму табл.15.

Форма таблицы 15

Результаты ионометрического определения ионов в воде

80