к какому типу электродов относится стеклянный электрод
red-ox.ru
Электрохимические методы анализа. 1.6. Стеклянный электрод
1.6. Стеклянный электрод
Стеклянный электрод является первым мембранным электродом, широко используемым для измерения рН растворов по настоящее время. Его достоинствами являются независимость показаний от присутствия окислителей в анализируемом растворе, отсутствие травления электродами деполяризаторами (как у водородного электрода), низкая стоимость, простота обслуживания. Стеклянный электрод (рис.) представляет собой стеклянную трубку, заканчивающуюся с одной стороны шарообразной мембраной, изготовленной из специального стекла (содержащего, например, 22% Na2O, 6% CaO и 72% SiO2), достаточно тонкого, чтобы обладать незначительной ионной электропроводностью (толщина «сухого» стекла
между внутренним и внешним раствором образуется мембранный потенциал, значение которого является функцией активности ионов водорода во внутреннем и внешнем растворе. Полагая активность ионов во внутреннем растворе неизменной, потенциал стеклянного электрода можно описать зависимостью:
Так как процесс десорбции катионов натрия с поверхности стеклянной мембраны является обратимым:
то, очевидно, влияние активности ионов натрия на скачок потенциала в стеклянной мембране. Влияние примесного иона на значение потенциала стеклянного электрода удовлетворительно описывается уравнением:
Авторская редакция главы из книги Н.Г. Ярышев, Д.А. Панкратов, М.И. Токарев, Н.Н. Камкин, С.Н. Родякина. Физические методы исследования и их практическое применение в химическом анализе: Учебное пособие. ISBN: 978-5-4263-0122-1. М.:Прометей, 2012, 160 стр.
Учебное пособие адресовано студентам, аспирантам и др. специалистам химических и биологических факультетов педагогических вузов. Содержание пособия соответствует Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования и учебно-методическим комплексам по дисциплинам: современные физико-химические методы исследования неорганических и органических веществ и химия окружающей среды. Пособие содержит введение, 6 глав и приложение, в котором приведены методики анализа, применяемые в настоящее время в аналитической химии, в том числе в лабораториях экологического мониторинга, испытательных лабораториях и в центрах государственного санитарно-эпидемиологического контроля.
Materials on the same topic | Материалы по этой же теме
ЭПР спектроскопия превращений гидроксокомплексов иридия(III) и иридия(IV) в щелочных средах
ЭПР спектроскопия превращений гидроксокомплексов иридия(III) и иридия(IV) в щелочных средах. Панкратов Д.А., Комозин П.Н., Киселев Ю.М. //Журнал неорганической химии. 2011. Т.56. №11. С.1877-1882.
Методами ЭПР и электронной спектроскопии изучены процессы, протекающие в сильнощелочных растворах гидроксокомплексов иридия(III) и иридия(IV). Показано, что растворение соединений иридия в щелочных растворах должно сопровождаться рядом сложных превращений с участием кислорода, в результате которых образуется несколько биядерных дикислородных комплексов иридия(III, III), (III, IV) и (IV, IV).
Наибольшая часть работ по химии платиновых металлов посвящена их комплексным соединениям. Однако химия их гидроксокомплексов до настоящего времени является одной из малоизученных областей. На то имеются как объективные причины (экспериментальная сложность работы в щелочных и сильнощелочных средах; склонность многих гидроксосоединений к полимеризации и др.), так и субъективные. В частности, считается, что химия гидроксокомплексов платиновых металлов не отличается большим разнообразием. Тем не менее ранее нами была показана возможность существования гидроксокомплексов платины(IV) в форме одно- и двухъядерных одно- (супероксо-) и двух- (гидроксо- и супероксо-) мостиковых супероксокомплексов различного состава, образующихся в условиях окислительного синтеза в сильнощелочных средах.
2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
2.1. Потенциометрия
Лабораторная работа № 6. Потенциометрическое титрование.
2.2.Фотометрический анализ
Лабораторная работа № 7. Фотометрическое определение железа в виде тиоцианатных комплексов.
Лабораторная работа № 8 Фотометрическое определение железа с сульфосалициловой кислотой
2.3. Эмиссионный спектральный анализ
Лабораторная работа № 9 Пламенно-фотометрическое определение натрия в водопроводной воде методом калибровочного графика
2.1. Потенциометрия
Потенциометрический метод анализа основан на измерении электродного потенциала, величина которого обусловлена концентрацией (точнее, активностью) потенциалопределяющего компонента раствора.
Для расчета электродного потенциала (Е, В) служит уравнение Нернста:
После введения численных значений величин R и Т, (температуру принимают равной 298 К (25° С), и учета коэффициента перехода от натуральных логарифмов к десятичным (2,3026) получают уравнение:
Потенциометрический метод анализа подразделяется на прямую потенциометрию (ионометрия) и потенциометрическое титрование. Прямая потенциометрия основана на измерении потенциала индикаторного электрода и расчете концентрации определяемых ионов по уравнению Нернста. В основе потенциометрического титро-вания лежит резкое изменение потенциала индикаторного электрода в точке эквивалентности. Используемый в потенциометрических определениях гальванический элемент включает два электрода, которые погружают в один раствор (гальванический элемент без переноса) или в два различных по составу раствора, соединенных жидкост-ным контактом (цепь с переносом).
Электроды
По назначению электроды делятся на индикаторные и электроды сравнения. Электрод, потенциал которого зависит от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе, называют индикаторным. Электрод, потенциал которого не зависит от концентрации определяемых ионов, называется электродом сравнения. В потенциометрическом методе анализа применяют индикаторные электроды двух классов:
1.Электронообменные электроды, на межфазных границах которых протекают реакции, сопровождающиеся переходом электронов.
2.Мембранные или ионоселективные электроды на межфазных границах которых протекают ионообменнные процессы. К таким электродам относится стеклянный электрод, который очень часто используется в потенциометрии.
Устройство комбинированного стеклянного электрода
Рис.1. Стеклянный мембранный электрод. 1 – стеклянная мем-брана, чувствительная к изменению рН; 2 – внутренний раствор; 3 – внутренний электрод сравнения; 4 – внешний раствор сравнения; 5 – внешний электрод сравнения; 6 – отверстие для заполнения элек-трода; 7 – электрический контакт.
SiONa + + H + SiOH + + Na +
стекло раствор стекло раствор
приводящая к возникновению потенциала. Величина этого потенциала зависят от активности ионов Н + в анализируемом растворе:
На внутренней поверхности стекла также возникает потенциал, который остается постоянным в растворе с постоянной активностью ионов водорода.
Для определения рН в исследуемый раствор погружается стеклянный индикаторный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения (иногда вся система комбинируется в одном электроде – комбинированный электрод).
Переменным, зависящим от pH исследуемого раствора, является только Е1, поэтому:
Стеклянный электрод пригоден для измерения рН от 0 до 10, При рН > 10 возникает «щелочная ошибка» вследствие обмена ионов Na + из раствора. Для особых сортов стекла, содержащего Сs, La щелочная ошибка мала и измерения можно проводить до рН =14. Кроме того, точность показаний стеклянного электрода снижается в присутствии белков и других органических соединений с большими молекулам, способными адсорбироваться на поверхности стекла.
Правила работы со стеклянным (комбинированным) электродом
Подготовленный к работе электрод хранят в дистиллированной воде или 0,1 М растворе HCI. Перед проведением измерений электрод следует тщательно промыть дистиллированной водой. Перед погружением в буферный раствор остатки воды удалить осторожным промоканием фильтровальной бумагой. При погружении электрода в исследуемые растворы следует следить за глубиной погружения: место выхода электрического контакта с внутренним раствором электрода должны находиться в исследуемом растворе. При проведении титрования следует избегать повреждения мембраны якорьком магнитной мешалки, поэтому расстояние от дна стакана для титрования до мембраны должно быть 1,5 см. После окончания измерения электрод следует промыть и погрузить в стаканчик с дистиллированной водой.
Прибор для потенциометрических измерений.
В данной работе измерение pH проводится некомпенсационным методом на приборе рН-метре «Mera-ELWRO», имеющем вы-сокое входное сопротивление (
10 12 Ом). Расположение регуляторов на верхней панели прибора показано на рис.2/
Рис.2. Верхняя панель рН-метра.
Порядок работы на pH-метре
1. Подключить pH–метр к сети 220 B с помощью сетевого шну-ра;
2. Комбинированный стеклянный электрод подключить pH-метру в положение «1»;
3. Положение стрелки прибора должно соответствовать значе-нию шкалы 0. Для установки механического нуля можно вос-пользоваться «4»;
4. Включить прибор нажатием кнопки «2» за 20-30 мин. до про-ведения измерений;
5. С помощью регулятора »3″ установить нужное значение тем-пературы по шкале температур. Переключатель «5» при этом должен находиться в положении «Т»;
6. При проведении измерений рН в интервале 0 – 14 переключа-тель «5» установить в положение «14 рH», Для точных измерений рН в интервале 0 – 2,8 переключатель установить в положение «2,8 рН»;
7. Проверить настройку прибора по двум буферным растворам pH = 4,02 и рH = 9,18. Для этого электрод последовательно по-грузить в стаканчик с соответствующим буферным раствором. В случае несов¬падения показании по шкале прибора с соответст-вующим значением рН провести настройку с помощью регуля-тора «6»;
8. После проведения настройки можно приступать к измерению рН исследуемого раствора.
9. После окончания работы прибор выключись, вернув регулятор «5» в положение «Т», отжав кнопку «2»и отключив от сети.
Графические способы установления точки эквивалентности при потенциометрическом титровании.
Графические способы определения точки эквивалентности представлены на рис.3.
Потенциал в точке эквивалентности (Eт.э.) и соответствующий объем титранта, находят в точке перегиба кривой титрования (в се-редине скачка).
Рис.3. Кривые потенциометрического титрования: А – интегральная кривая, Б – дифференциальная кривая.
Лабораторная работа № 6 Потенциометрическое титрование. Определение хлороводородной кислоты с помощью комбинированного стеклянного электрода.
Определение основано на потенциометрическом титровании сильной кислоты по кислотно-основному методу.
Необходимые аппаратура, посуда и реактивы
2. Стеклянный электрод, комбинированный с хлорсеребряным электродом сравнения.
3. Магнитная мешалка.
4. Бюретка на 25 мл.
5. Пипетка на 10 мл.
6. Мерная колба емкостью 50 мл.
7. Стакан для титрования.
8. Раствор NaOH, 0,1 M.
9. Буферные растворы с рН=4,02; рН=9,18.
10. Дистиллированная вода.
Порядок выполнения работы
1. Подготовить pH-метр к работе.
2. Полученную в мерной колбе (Vмк) задачу доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.
3. Заполняют бюретку 0,1 М раствором NaOH.
4. В стакан для титрования помещают якорь магнитной мешалки, вносят аликвоту анализируемой задачи (Vал) и разбавляют небольшим количеством дистиллированной воды с учетом правил погружения комбинированного электрода.
5. Стакан с титруемым раствором устанавливают на мешалку и погружают в него стеклянный электрод.
6. Устанавливают бюретку в положение, удобное для титрования;
7. Включают мешалку.
8. Проводят ориентировочное титрование, добавляя титрант равномерными порциями по 0,5 мл, и измеряя pH после каждой порции титранта. Результаты заносят в таблицу 6.
9. По максимальному значению ΔpH приблизительно определяют точку эквивалентности;
10. Выполняют точное титрование новой аликвотной порции задачи при тех же условиях, прибавляя вблизи точки эквивалентности по 0,1 мл титранта;
11. Результаты записывают в таблицу 7.
12. Объем 0,1 М NaOH в точке эквивалентности (VNaOH) находят из дифференциальной кривой титрования, построенных в координатах ∆pH/∆V – V ( рис.4).
Результаты второго (точного) титрования
| VNaOH, мл | ΔV | рH | ΔpH | ΔpH /ΔV |
14. Количество кислоты в задаче рассчитывают по формуле:
2.2.Фотометрический анализ
Фотометрический анализ включает спектрофотометрию, фотоколориметрию и визуальную фотометрию, которую обычно называют колориметрией.
Каждое вещество поглощает определенные (характерные только для него) длины волн, т. е. длина волны поглощаемого излучения индивидуальна для каждого вещества, и на этом основан качественный анализ по светопоглощению.
Основой количественного фотометрического анализа является закон Бугера— Ламберта—Бера:
где I0, I – интенсивности потоков света, направленного на поглощающий раствор и прошедшего через него; с — концентрация вещества, моль/л; l — толщина светопоглощающего слоя, см; ε — молярный коэффициент светопоглощения.
где А — оптическая плотность раствора.
Часто используют также величину, называемую пропусканием, Т:
Пропускание связано с оптической плотностью раствора соотношением
Из уравнений (13.1) и (13.2) получается еще одно выражение для закона Бугера—Ламберта—Бера:
Графически зависимость оптической плотности от концентрации окрашенного вещества, если выполняется закон Бугера— Ламберта—Бера, выражается прямой, проходящей через начало координат. Эта зависимость соблюдается при выполнении определенных условий (работа с разбавленными растворами, монохроматичность падающего света и т. д.).
Возможности современных измерительных приборов таковы, что позволяют измерять величину А от 0,02 до 3,0. Однако для получения удовлетворительных по точности результатов значения измеряемой оптической плотности должны находиться в пределах 0,05 Асм=А1+А2+…+An
Асм=l(ε1*с1+ ε2*с2+… εn*сn). где Асм — оптическая плотность смеси; A1, ε1; с1 — соответственно оптическая плотность, молярный коэффициент светопоглощения и концентрация первого компонента смеси; А2, ε2, с2 — те же величины для второго компонента смеси и т. д.
Общие рекомендации
Общие рекомендации по выполнению лабораторных работ. При выполнении настоящего практикума, необходимо:
1) cтрого следовать методике приготовления растворов (соблюдайте порядок сливания реагентов, поддерживайте нужную кислотность);
2) выполнять правила приготовления растворов, отбора аликвот, измерения объемов и пр.;
3) соблюдать чистоту кювет для измерения светопоглощения. Перед заполнением кювету ополаскивают небольшой порцией исследуемого раствора во избежание его разбавления остатками воды после промывания кюветы;
4) кювету заполнять до такого уровня, чтобы весь световой по-ток проходил через слой раствора. Кюветы устанавливать в строго определенное положение во избежание «кюветной» ошибки;
5) ознакомиться с описанием прибора и порядком измерений;
6) по окончании работы выключить прибор, вымыть посуду и кюветы и сдать их лаборанту. Привести в порядок рабочее место.
A NAME=» Порядок работы на фотоэлектроколориметре ФЭК-56М»>
Порядок работы на фотоэлектроколориметре ФЭК-56М
Прибор предназначен для измерения оптиче¬ской плотности растворов пределах от 0 до 1,3; большие оптические плотности измеряются менее точно.
Принцип работы фотоэлектроколориметров состоит в сравнении интенсивности потоков света, прошедшего через раствори¬тель (I0) и через исследуемый раствор (I). Внешний вид и оптическая схема ФЭК-56М представлена на рис. 4 и 5.
Для измерения светопоглощения выбирают спектральную область, в которой чувствительность анализа наиболее высокая. Фо-тоэлектроколориметр ФЭК-56М снабжен кассетой с девятью светофильтрами (табл.8). При выборе светофильтра необходимо знать области поглощения света веществом (его спектр).
Характеристики светофильтров
| № светоф. | Длина волны в максимуме пропускания, нм | Ширина полосы пропускания, нм |
| 1 | 290-340 | 35 |
| 2 | 340-390 | 25 |
| 3 | 360-440 | 45 |
| 4 | 400-480 | 40 |
| 5 | 455-525 | 35 |
| 6 | 510-565 | 25 |
| 7 | 565-615 | 25 |
| 8 | 640-690 | 20 |
| 9 | 730-770 | 20 |
Как известно, ощущение цвета возникает в результате воздействия на зрительный нерв электромагнитного излучения с длинами волн 380-760 нм (т. н. видимая часть спектра). Суммарное действие электромагнитных излучений во всем указанном интервале вызывает ощущение белого цвета. При отсутствии в видимой части спектра определенного интервала длин волн возникнет ощущение цветности. Если вещество поглощает луч какого-либо цвета (назовем его спектральным), оно окрашивается в так называемый дополнительный цвет. Именно он возникает в зрительном аппарате, если из белого луча изымается спектральный цвет. Например, если вещество поглощает свет с длиной волны 590 нм (желтый), то оно окрашено в синий цвет (425 нм).
В соответствии с вышесказанным, цвет светофильтра должен являться дополнительным по отношению к окраске раствора (табл.9).
Соотношение окраски растворов и характеристики светофильтров
| Окраска раствора | Поглощаемая длина волны, нм | Цвет светофильтра | Длина волны пропускаемого света, нм |
| Зеленовато-желтая | 400 | Фиолетовый | 400-430 |
| Желтая | 425 | Синий | 420-450 |
| Оранжевая | 450 | Зеленовато-синий | 430-460 |
| Красная | 490 | Синевато-зеленый | 460-500 |
| Пурпурная | 510 | Зеленый | 490-530 |
| Фиолетовая | 530 | Зеленовато-желтый | 520-550 |
| Синяя | 590 | Желтый | 590 |
| Сине-зеленая | 640 | Красный | 600-650 |
ППорядок работы на приборе ФЭК-56М
Порядок работы на приборе ФЭК-56М:
1. Включить блок питания и лампу накаливания за 30 минут до на-чала измерений для предварительного прогрева.
2. Световые пучки перекрыть шторкой.
3. Рукояткой «нуль» установить стрелку микроамперметра на «0».
4. С помощью рукоятки с цифрами 1- 8 (левая панель) устанавли-вают нужный светофильтр.
5. Правый и левый барабаны устанавливают на «0» по шкале све-топропускания (черного цвета).
6. Открывают шторку. Положение стрелки микроамперметра не должно измениться. Закрывают шторку.
7. На пути левого светового пучка устанавливают кювету с раство-рителем на все время измерений. На пути правого пучка кювету с исследуемым раствором и рядом еще одну кювету с растворителем. Все кюветы должны быть одинаковыми.
8. Правый барабан устанавливают на 100 делений по шкале свето-пропускания (черная).
9. Открывают шторку и вращением левого барабана устанавливают стрелку микроамперметра на «0».
10. Поворотом рукоятки заменяют кювету с исследуемым раство-ром на кювету с растворителем на пути правого пучка света. Стрелка микроамперметра смещается. Вращением правого бараба-на вновь выводят стрелку на «0» (левый барабан остается в преж-нем положении). По красной шкале правого барабана отсчитывают величину оптической плотности исследуемого раствора за вычетом оптической плотности растворителя при данном светофильтре. Из-мерения проводят три раза, данные записывают в журнал.
Описанный порядок измерений (растворитель → раствор → растворитель) позволяет исключить ошибку, связанную с нелиней-ностью характеристик фотоэлементов, т.к. потоки света, поступающие на фотоэлемент, остаются неизменными как в начале, так и в конце измерения.
Во время измерений барабаны следует подводить к нужному положению каждый раз с одной и той же стороны, чтобы исключить люфт в механизме.
По окончанию работы закрывают шторку, выключают электропитание, вынимают кюветы, промывают их дистиллированной водой, сушат и убирают в футляр.
Лабораторная работа № 7 Фотометрическое определение железа в виде тиоцианатных комплексов
Посуда. Колбы мерные (50 и 100 мл). Пипетка (20 мл). Бюретка (25 мл)
Порядок выполнения работы
1.Выбор светофильтра
Необходимо выбрать такой светофильтр, чтобы поглощение света раствором тиоцианатных комплексов железа было максимальным.
Приготовление раствора тиоцианатных комплексов железа
Соотношение окраски растворов и характеристики светофильтров
| № светофильтра | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| Оптическая плотность |
По этим данным строят кривую светопоглощения в координатах оптическая плотность – номер светофильтра (длина волны) и по графику выбирают такой светофильтр, при котором оптическая плотность максимальна.
Приготовление растворов тиоцианата железа с различной концентрацией железа В три мерные колбы на 50 мл вводят соответственно 5, 8, 10 мл раствора № 1 (концентрация железа (III) в котором 0,4 мг/мл). В каждую из колб добавляют для подкисления по 5 мл 2М HCl и по 5 мл 10%-ного раствора тиоцианата аммония (или калия), при пере-мешивании растворы доводят до метки дистиллированной водой.
В данной работе измерения оптической плотности растворов на ФЭК-56М можно проводить как с пустой кюветой на пути второго луча (луча сравнения), так и с кюветой заполненной растворителем (с добавками). В первом случае градуировочный график не пойдет через начало координат, во втором случае должен проходить через начало координат. Оба способа измерений для данной работы пригодны, но при этом следует применять его как для построения градуировочного графика, так и при измерении оптической плотности исследуемого раствора.
3.Определение железа в исследуемом растворе
Анализируемый раствор (задача) в колбе вместимостью 100 мл (V1) доводят до метки водой. 20 мл (Vп) этого раствора вводят в колбу на 50 мл (V2), добавляют 5 мл 2М НС1, 5 мл 10% раствора тиоцианата калия (аммония) и доводят до метки дистиллированной водой при перемешивании. Измеряют оптическую плотность этого раствора при выбранной длине волны. С помощью градуировочного графика определяют концентрацию железа. Рассчитывают массу железа в исследуемом растворе, учитывая все произведенные разбавления.
Лабораторная работа № 8 Фотометрическое определение железа с сульфосалициловой кислотой
Железо (III) образует с сульфосалициловой кислотой ряд комплексов, состав и окраска которых зависят от кислотности раствора. При рН = 3 образуется соединение фиолетового цвета состава 1:1. Светопоглощение этого комплекса максимально при 510 нм (ε = 1600). При рН = 4 – 9 образуется соединение состава 1:2, имеющее красный цвет, а при рН = 9 – 11,5 – желтое комплексное соединение состава 1 : 3 (λмах = 416 нм, ε = 4000). При рН =12 комплекс разлагается с выделением гидроксида железа.
Железо(II) не образует окрашенных соединений с сульфосалициловой кислотой. Однако в аммиачной среде Fe(II) легко окисляется до Fe(III), поэтому в этих условиях можно определять суммарное содержание железа. Определение содержания железа выполняется фотометрическим методом по реакции образования желтого комплекса с сульфосалициловой кислотой в аммиачной среде. При изменении кислотности может получиться комплекс другого состава, имеющий фиолетовую или розо¬вую окраску. В этом случае в колбу, где проходит колориметрическая реакция, следует добавить больше аммиака — столько, сколько нужно для появления желтой окраски.
Посуда. Пипетка градуированная (10 мл) и простая (2 мл). Колбы мерные (50 и 100 мл). Цилиндры мерные (10 и 25 мл).
Аппаратура. Фотоэлектроколориметр ФЭК–56М.
Порядок выполнения работы:
1.Приготовление стандартных растворов сульфосалицилата железа. В мерные колбы на 50 мл поместить 0, 2, 4, 6, 8 и 10 мл стандартного раствора железо-аммонийных квасцов, в каждую колбу добавить 3 мл раствора сульфосалициловой кислоты, 1 мл серной кислоты и довести до метки дистиллированной водой.
2. Снятие спектра поглощения сульфосалицилата железа, выбор светофильтра и расчет молярного коэффициента светопоглощения. Самый концентрированный раствор наливают в кювету фотоэлектроколориметра (l=1 см); в качестве раствора сравнения берут воду. Измеряют оптическую плотность полученного раствора для всех светофильтров или в диапазоне длин волн 400 – 600 нм. Строят кривую светопоглощения в координатах оптическая плотyость – длина волны и выбирают для дальнейшей работы светофильтр, соответствующий максимуму поглощения света окрашенным соединением (λmax). По данным измерений рассчитывают молярный коэффициент светопоглощения сульфосалицилатного комплекса железа при λтах.
где Аmах — оптическая плотность окрашенного раствора при длине волны λтах; l – толщина светопоглощающего слоя (здесь l = 1 см); скомпл — концентрация комплексного соединения железа (она равна концентрации железа в окрашенном растворе), моль/л.
3. Построение градуировочного графика. Для построения градуировочного графика измеряют оптическую плотность приготовленных стандартных растворов железоаммонийных квасцов, содержащих различные количества железа.
Измеряют оптическую плотность стан¬дартных растворов (Аст) в выбранных условиях (три параллельных измерения для каждого раствора) и строят градуировочный график в координатах оптическая плотность – концентрация железа. Данные заносят в таблицу.
4. Фотометрирование исследуемого раствора. Полученную задачу в колбе на 50 мл (V1) довести до метки дистиллированной водой. Перемешать, отобрать аликвоту 10 мл (Vп) и поместить ее в колбу на 50 мл (V2), добавить 3 мл сульфосалициловой кислоты, 1 мл серной кислоты и довести до метки дистиллированной водой. Измерить оптическую плотность Ах (три параллельных определения) при выбранном светофильтре (l = 1 см). Концентрацию железа в исследуемом растворе (сх) определить по градуировочному графику. Рассчитать содержание ионов железа в полученной задаче.
2.3. Эмиссионный спектральный анализ
Основные количественные соотношения
Эмиссионный спектральный анализ основан на получении и изучении спектров испускания (эмиссионных спектров). По положению и относительной интенсивности отдельных линий в этих спектрах проводят качественный спектральный анализ. Сравнивая интенсивность специально выбранных спектральных линий в спектре пробы с интенсивностью тех же линий в спектрах эталонов, определяют содержание элемента, выполняя, таким образом, количественный спектральный анализ.
Качественный спектральный анализ основан на индивидуальности эмиссионных спектров каждого элемента и сводится, как правило, к определению длин волн линий в спектре и установлению принадлежности этих линий тому или иному элементу.
Количественный спектральный анализ основан на том, что интенсивность спектральных линий элемента зависит от концентрации этого элемента в пробе. Зависимость интенсивности спектральной линии от концентрации имеет сложный характер.
При небольшой концентрации определяемого вещества и в нешироком интервале концентраций интенсивность излучения I линейно зависит от концентрации с:
что упрощает построение градуировочного графика и сам анализ. Эти условия обычно выполняются при работе пламенного фотометра.
Длина волны резонансного излучения различна для атомов различных элементов, например: λCa=423 нм, λNa =589 нм, λLi =671 нм, λK=767 нм и т.д.
Таким образом, используя определенный светофильтр, удается отфильтровать излучение атомов соответствующего элемента. Интенсивность же данного излучения зависит от числа данных атомов в пламени, т.е. в конечном итоге от их концентрации в анализируемом растворе. Таким образом, измеряя интенсивность излучения определенной длины волны можно решать задачу количественного анализа. Пламенно-фотометрический анализ проводят, сравнивая интенсивность свечения при распылении и введении в пламя анализируемого раствора с интенсивностью свечения при введении стандартного раствора с известной концентрацией того же элемента. Естественно, что при переходе от измерений анализируемого раствора к изменениям стандартного раствора все условия анализа должны сохраняться постоянными.
Приборы и техника измерений
Фотометр фотоэлектрический пламенный ПФМ.Этот прибор предназначен для количественного анализа элементов методом пламенной эмиссионной спектроскопии. В качестве горючего газа используются ацетилен, пропан-бутан в баллонах или природный газ. Монохроматизаторами служат интерференционные светофильтры: в комплект прибора входят светофильтры для определения Li, Na, К, Са. По требованию заказчика могут быть поставлены светофильтры, позволяющие определять Sr, Rb, Cs, Ba, В, Сr, Мn и Mg. Приемником излучения является мультищелочной фотоэлемент Ф-9, измерительным прибором – микроамперметр М-907. Оптическая схема пламенного фотометра ПФМ приведена на рис.6.
Рис. 6. Оптическая схема пламенного фотометра ПФМ: 1 – защитное стекло смотрового окна; 2 – рефлектор; 3 – горелка; 4 – диаф¬рагма; 5 – конденсор; 6 – светофильтр; 7 – ирисовая диафрагма; 8 – линза; 9 – защитное стекло перед фотоэлементом; 10 – фотоэлемент.
Комплект фотометра ПФМ (рис. 7) состоит из двух блоков: блока компрессора 17 и фотометра 3. Блок компрессора соединяется с фотометром электрическим шнуром (через разъем) и шлангом для подачи воздуха.
Измерения с помощью фотометра ПФМ выполняют следующим образом.
1. С помощью штепсельной вилки подсоединяют фотометр к электрической сети. Включают тумблер 9 (рис. 7) и прогревают электросхему в течение 15 мин.
2. Ручку «диафрагма» 13 устанавливают в положение, соответствующее полному перекрытию светового потока, ручку 6 – в положение «1000» (минимальная чувствительность фотометра) и ручками «грубо» 8 и «точно» 11 устанавливают стрелку микроамперметра на нуль.
3. Пригласить преподавателя и выполнить следующие операции:
а) открыть кран на генераторе бензинового газа,
б) открыть на 1 оборот (360º) регулятор на генераторе бензино-вого газа,
в) проверить положение регулятора давления воздуха на фотометре (позиция 2 на рис.8), он должен находиться в крайнем положении при вращении по часовой стрелке,
г) открыть регулятор газа. Поставить стаканчик с дистиллированной водой, опустить в него полихлорвиниловую трубочку распылителя, тумблером 10 включить компрессор и одновременно нажать кнопку поджига пламени.
1. Ирисовую диафрагму установить в положение 60-70.
2. Ручкой 12 устанавливают необходимый светофильтр. В данной работе «Na».
3. Постоянную диафрагму установить в положение 1. При измерении серии растворов ирисовую и постоянную диафрагмы нужно выбрать так, чтобы показания прибора для всей серии растворов укладывались в пределы шкалы микроамперметра без переключения чувствительности.
Рис. 7. Пламенный фотометр ПФМ: 1 – ротаметр для измерения расхода газа; 2 – смотровое окно для наблюдения за пламенем; 3 – фотометр; 4 – манометр; 5 – микроамперметр; 6 – ручка чувстви-тельности; 7– окно сигнальной лампы; 8, 11 – ручки потенциомет-ров «грубо» и «точно»; 9, 10 – тумблеры включения прибора и компрессора; 12 – ручка переключения светофильтров; 13 – ручка перекрытия светового пучка; 14 – кнопка поджигания пламени горелки; 15 – ручка регулятора давления воздуха; 16 – ручка регулятора расхода газа; 17 – компрессор.
4. При распылении дистиллированной воды выставить стрелку микроамперметра на нуль.
5. Перенести трубочку распылителя в наиболее концентрирован-ный раствор и через 15 секунд с помощью регулятора чувствитель-ности и диафрагм выставить стрелку микроамперметра на 100 де-лений.
6. Перенести трубочку распылителя в дистиллированную воду и через 30 секунд проверить не отклонилась ли стрелка микроампер-метра от нулевого положения. Если отклонилась то потенциомет-ром «точно» снова установите ее на нуль.
8. Поочередно ввести в пламя стандартные растворы, начи¬ная с наиболее разбавленного, и каждый раз снимать показания микро-амперметра. Перед фотометрированием очередного раство¬ра про-мывают систему дистиллированной водой, проверяя каж¬дый раз, не изменилось ли нулевое положение стрелки микроам¬перметра. Если стрелка отклонилась от нулевого положения, ручками 8 и 11 ее снова устанавливают на нуль.
9. Во время измерений расход газа и давление воздуха долж¬ны быть постоянными.
10. По окончании работы закрывают вентиль подачи газа сначала на баллоне, а затем на редукторе. Промывают горелку дистиллиро-ванной водой через распылитель. Отключают комп¬рессор и выклю-чают питание фотометра.
Лабораторная работа № 9 Пламенно-фотометрическое определение натрия в водопроводной воде методом калибровочного графика
Определение натрия основано на на фотометрировании излучения атомов натрия в пламени горелки. Длина волны излучения атомов натрия равна 589 нм.
Реактивы. Хлорид натрия NaCl (х.ч.), дистиллированная вода.
Посуда. Колбы мерные (100 и 500 мл). Стаканы для взятия навесок (20–50 мл). Пипетки градуированные (5, 10 и 20 мл).
Аппаратура. Пламенный фотометр ПФМ.
Выполнение работы: Стандартные растворы, содержащие 2,5; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 мкг/мл натрия, готовят разбавлением стандартного раствора с концентрацией 500 мкг/мл натрия. Для этого помещают 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 мл исходного стандартного раствора в мерные колбы на 100 мл доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.
Приготовленные растворы наливают в полиэтиленовые стаканы и распыляют в пламени горелки, записывая отклонения стрелки микроамперметра. Перед определением устанавливают соответствующий светофильтр. При переходе от одного раствора к другому систему промывают, опуская всасывающий капилляр в стакан с дистиллированной водой. Также фотометрируют пробу водопроводной воды или задачу, полученную от преподавателя. Данные заносят в таблицу.
| Номер раствора | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Задача |
| С(Na) в стандартном растворе (мкг/мл) | ||||||
| Отсчеты по микроамперметру фотометра (дел.) |
По полученным данным строят график в координатах «показание прибора – концентрация ионов натрия». По калибровочному графику находят концентрацию ионов натрия в пробе.