Лабораторная работа № 7.2 Определение нитратов в уф области с предварительным ионообменным отделением мешающих катионов

Цель работы – определить массу (г) в пробе, содержащей катионы Ni (II), Co (II) или Cu (II).

Сущность работы. Нитраты можно определить спектрофотометрически по собственному поглощению в ультрафиолетовой области (λ_max = 302 нм). Для нахождения неизвестной концентрации применяется метод градуировочного графика.

В пробах сложного состава, содержащих катионы Ni (II), Co (II) или Cu (II), необходимо предварительно устранить их мешающее влияние. Несмотря на то что все указанные катионы имеют максимум поглощения в видимой области, они вносят небольшой вклад в величину аналитического сигнала нитрата, поскольку левый край их полос поглощения заходит в ультрафиолетовую область.

Предварительное отделение мешающих катионов проще всего осуществить, используя метод ионного обмена в динамических условиях. Для этого анализируемый раствор пропускают через колонку с сильнокислотным катионитом в водородной форме. В результате ионного обмена ионы металлов остаются в фазе ионита, а вместо них в раствор переходят ионы H⁺:

2R–SO₃H + Me²⁺  (R–SO₃)₂Me + 2H⁺,

которые не мешают определять по собственному поглощению в УФ области.

Выбор оптимальных условий спектрофотометрического определения. При проведении анализа с использованием метода спектрофотометрии предварительно необходимо выбрать условия определения:

1. Длина волны λ. Экспериментально находят λ_max (область наибольшего поглощения).

2. Толщина кюветы l. Толщина кюветы должна быть такой, чтобы измеренное значение А входило в оптимальный интервал или было близко к оптимальному значению светопоглощения (при этом погрешность измерения А минимальна):

ΔА_оптим = 0,1–0,7 или А_оптим = 0,434.

3. Область концентраций, в которой зависимость А = f(С) линейна.

Оборудование, посуда, реактивы: спектрофотометр; кюветы (l = 1 см); мерные колбы (50,0 мл); мерная колба (100,0 мл); пипетки Мора (20,00 мл, 25,00 мл); градуированная пипетка (10,00 мл); стакан вместимостью 150 мл; воронка; колонка с катионитом КУ-2; 3 н. HCl; универсальная индикаторная бумага; 0,1 М стандартный раствор KNO₃.

Выполнение работы

1. Подготовка ионита. Набухший катионит КУ-2 переводят в водородную форму, пропуская через колонку ~ 20 мл 3 н. HCl. При работе с хроматографической колонкой необходимо следить за тем, чтобы воздух не попадал в слой ионита. Для предотвращения этого явления поверхность ионита всегда должна быть покрыта водой или раствором не менее чем на 3 см.

Затем промывают колонку дистиллированной водой, пропуская ее до тех пор, пока вытекающий из колонки раствор не станет нейтральным (контролируют с помощью универсальной индикаторной бумаги).

2. Получение пробы для проведения анализа. Анализируемый раствор получают в мерную колбу (50,0 мл) и доводят до метки водой, тщательно перемешивают содержимое колбы.

3. Проведение ионного обмена. Отбирают пипеткой 20,00 мл анализируемого раствора и вносят его в колонку. Открывают кран так, чтобы раствор вытекал из колонки со скоростью ~ 1 мл/мин. Выходящий из колонки раствор собирают в мерную колбу (100,0 мл).

После пропускания пробы промывают колонку дистиллированной водой, собирая промывные воды в ту же мерную колбу. Проверяют полноту отмывки ионита от кислоты с помощью универсальной индикаторной бумаги.

После завершения ионного обмена содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Этот раствор, освобожденный от мешающих катионов, используют далее для спектрофотометрического определения нитратов.

4. Выбор условий спектрофотометрического определения:

• получение спектра поглощения и выбор λ_max: заполняют кювету 0,1 М стандартным раствором KNO₃. В качестве раствора сравнения используют дистиллированную воду. Устанавливают кюветы в ячейки держателя и ставят его на каретку кюветного отделения спектрофотометра. Снимают спектр поглощения нитрата, меняя длину волны от 290 до 310 нм с шагом 1 нм. На основании полученных данных выбирают λ_max и рассчитывают значение молярного коэффициента поглощения ε при данной длине волны.

• выбор рабочего диапазона концентраций для построения градуировочного графика: зная ε при λ_max и толщину поглощающего слоя (l = 1 см), рассчитывают значения С_min и С_max, при которых измеренное значение А будет входить в оптимальный интервал ΔА_оптим = 0,1–0,7.

5. Построение градуировочного графика. По закону эквивалентов рассчитывают, как приготовить не менее 5 стандартных растворов с концентрациями в пределах рабочего диапазона. Готовят эти растворы используя градуированные пипетки (или пипетки Мора) и мерные колбы.

Измеряют оптическую плотность всех приготовленных стандартных растворов относительно дистиллированной воды при выбранном значении λ_max. Обрабатывают результаты методом наименьших квадратов, желательно с применением ПК. По полученным данным строят градуировочный график в координатах А – С( ), моль/л.

6. Определение содержания в пробе. Измеряют оптическую плотность анализируемого раствора и находят по графику концентрацию нитратов в нем С( ) (моль/л). Рассчитывают массу в выданной для анализа пробе m( ) (г), учитывая все промежуточные разбавления и отбор аликвот.