Вибір аналітичної довжини хвилі

Ідеальною аналітичною довжиною хвилі є така довжина, на якій одна частинка дуже сильно поглинає світло, а інша – слабо.

Практично аналітичну довжину хвилі слід вибирати за таких умов:

а). максимум кривої поглинання однієї частинки знаходиться над мінімумом кривої поглинання іншої частинки;

б). максимум кривої поглинання однієї частинки знаходяться над максимумом іншої частинки за умови, що різниця в показниках оптичної густини обох частинок не менше чим 0,2;

в). максимум кривої поглинання однієї частинки знаходиться над скатом або плечем кривої поглинання другої частинки;

г). мінімум кривої поглинання однієї частинки знаходиться над мінімумом кривої поглинання іншої частинки.

На цій стадії визначення рК_а треба знову приготувати свіжі розчини із вихідного розчину і знову заміряти оптичну густину обох частинок при аналітичній довжині хвилі. В результаті проведення цих вимірювань отримують величину d₁ і d_м, які використовують в розрахунках рК_а.

На цій стадії визначення рК_а треба пересвідчитись, що концентрація розчину, що дорівнює 10^-4М дійсно є найбільш підходящою. Також на цій стадії визначення рК_а визначаються величини d₁ і d_м з найбільшою точністю.

Визначення приблизного значення рКа

Вихідний розчин розбавляють, як було вказано вище, таким буферним розчином, в якому досліджуємоа речовина була б тільки частково іонізованою. Ступінь іонізації речовини можна приблизно також оцінити, знаючи константи іонізації найбільш часто зустрічающихся функціональних груп та вплив інших замісників в молекулі речовини на ці константи. На цій стадії визначення рК_а виміряють оптичну густину досліджуємого розчину та розраховують значення рК із відповідного рівняння ( 1.6 або 1.7 ).

Точне визначення величини рКа

Використовуючи отримане вище приблизне значення рК_а, готують 7 буферних розчинів, значення рН яких чисельно рівні:рК_а +0; +02; +0,4; +0,6; -0,2; -0,4; -0,6, відповідно. Після знімання спектрів поглинання цих розчинів одержують ряд, що складається з семи значень рК_а. Всі значення усереднюють. Похибка повинна складати ± 0,06 одиниць. Якщо похибка більше, слід повторити вимірювання.

Експериментальна частина

а). Визначення аналітичної довжини хвилі

Перед початком ( за добу ) проведення лабораторної роботи бензойну кислоту слід перекристалізувати та висушити.

Приготуйте 100мл вихідного розчину бензойної кислоти концентрації 1·10^-3М.

Для знаходження аналітичної довжини хвилі відміряйте 5,0 мл вихідного розчину бензойної кислоти і додайте до нього 5,0мл 0,1н розчину хлоридної кислоти та розбавте водою до 50мл. Концентрація бензойної кислоти в розчині 0,01н НСl ( рН=2 ) складе 0,0001М ( 1·10^-4М ). Виміряйте оптичну густину цього розчину в односантиметровій кюветі в інтервалі 200 – 350нм ( через 10нм ) з використанням в кюветі порівняння 0,01н розчину хлоридної кислоти. Знайдіть максимум поглинання розчину.

Далі відміряйте 5,0мл вихідного розчину бензойної кислоти додайте 5мл 1н розчину НСl і розбавте водою до 50мл. Концентрація бензойної кислоти в розчині 0,1н НСl (рН=1 ) складе 0,0001М. Виміряйте оптичну густину цього розчину в односантиметровій кюветі в діапазоні 200 – 350нм ( через 10нм ) з використанням в кюветі порівняння 0,1н розчину НСl. Якщо величини оптичної густини розчинів в 0,1н НСl і 0,01н НСl при максимальному поглинанні відрізняються менше чим на 1%, то цей максимум відповідає максимуму поглинання нейтральної молекули, тобто знайдена аналітична довжина і значення d_м. Для знаходження оптичної густини поглинання аніона (d₁) необхідно одержати спектр двох розчинів бензойної кислоти з рН = 12 та рН = 13 в досліджуємому діапазоні хвиль 180 – 350нм. Для цього повторіть тіж самі розбавлення, що описані вище, але в першому випадку відміряйте 5,0мл 0,1н розчину NaOH, додайте 5,0мл вихідного розчину бензойної кислоти і розбавте розчин до 50мл водою. Одержаний розчин матиме рН12. В другому випадку додайте до 5,0мл бензойної кислоти 5,0мл 1н розчину NaOH і розбавте водою до 50мл. Одержаний розчин матиме рН = 13. В кюветі порівняння в першому випадку використайте розчин 0,01н NaOH, в другому – розчин 0,1н NaOH. Розчини з рН = 13 не рекомендують залишати в кварцових кюветах більш ніж на 30 хвилин! Якщо розходження величин оптичної густини поглинання 2 розчинів бензойної кислоти в лужному середовищі з різним значення рН на вибраній аналітичній довжині хвилі будуть менше 1%, а самі величини оптичної густини будуть значно вищими ніж у випадку з розчинами, що містять нейтральну молекулу, то можна зробити висновок:

1.Знайдена довжина хвилі дійсно може бути вибрана як аналітична довжина.

2.Спектр, знятий в лужних розчинах – це спектр аніона і знайдена величина оптичної густини на аналітичній хвилі

є величиною d_1.

б). Визначення приблизного значення рК_а

Відберіть 5,0мл вихідного розчину бензойної кислоти і розбавте до 50мл 1·10^-4 М розчином НСl, підтримуючи точне значення рН 4,0 або 3,9. Контролюйте значення рН за допомогою рН – метра. В кюветі порівняння повинен знаходитись розчин НСl тієї концентрації і з тим же значенням рН, що і у досліджуємому розчині бензойної кислоти. Виміряйте оптичну густину розчину бензойної кислоти при аналітичній довжині хвилі та розрахуйте приблизне значення рК_а за формулою 1.6.

в). Точне визначення величини рК_а

Використовуючи приблизне значення рК_а, визначить точне його значення за допомогою серії розчинів. Приготуйте 10 розчинів з концентрацією бензойної кислоти 1·10^-4М десятикратним розбавленням вихідного розчину бензойної кислоти відповідним буферним розчином, таким чином, щоб утворені розчини створювали серію зі значеннями рН, які рівномірно розподілені в інтервалі 2-ох одиниць рН. А саме, на одиницю вище і на одиницю нище за значення рН, яке приблизно дорівнює значення рК_а :

-1; -0,8; -0,6; -0,4; -0,2 рК_а +0,2; +0,4; +0,6; +0,8 +1,0

Значення рН повинно в кожному розчині із серії контролюватись за допомогою рН – метра. В кюветі порівняння повинні знаходитись розчини з таким же значенням рН як і у серії, що теж потрібно контролювати за допомогою рН – метра. Значення рН і оптичної густини кожного з 10 розчинів занесіть у таблицю.

Табл.2 визначення константи іонізації бензойної кислоти.

рН розчину	Оптична густина розчину, d	d1 - d	d- dм	lgd1 – d/ d- dм	рКа(сума відповідних чисел із стобчиків 1 та 5)
1	2	3	4	5	6