Техника проведении фотометрического анализа

Фотометрический анализ включает, следующие основные этапы работы: приго­товление эталонных растворов, выбор аналитической длины волны, выбор кюветы, построение градуировачного графика, получение и обработка результатов анализа.

Наиболее ответственной операцией, определяющей точность и достоверность ре­зультатов анализа в целом является приготовление эталонных растворов. Серию эта­лонных растворов готовят в мерных колбах одинакового объема, используя в качестве ис­ходного стандартный раствор определяемого вещества с известной концентрацией - тит­рованный раствор. Для этого в мерные колбы одинакового объёма вносят различные объёмы стандартного раствора, после чего объём раствора в каждой колбе доводят до метки, добавляя в неё все остальные реагенты фотометрической реакции и растворитель.

При фотометрировании раствора аналитическую (рабочую) длину волны выбирают по максимуму полосы поглощения (λ_макс на рис. 2.1). Для этого определяется оптическая плотность используемого раствора произвольной концентрации в кювете произ­вольного размера в диапазоне длин волн, предусмотренном конструкцией используемого спектрометра. Если в спектре поглощения имеется несколько полос, выбор обычно останавливают на наиболее интенсивной, так как работа в области максимума светопоглощения обеспечивает наиболее высокую чувствительность определения.

Предварительный выбор кюветы производится, исходя из визуальной, оценки интенсивнocти окpaшивaния раствора: для сильно окрашенных растворов используют кюветы с небольшой толщиной поглощающего слоя, для слабо окрашенных растворов необходимо использовать кюветы большего размера, принимая во внимание следующее обстоятельство. Уравнения (2.4) показывают, что чем большё толщина слоя (длина оптического пути) L, тембольше оптическая плотность и, следовательно, тем более чувствительным будет определение при прочих равных условиях. Однако, с увеличением длины оптического пути возрастают потери на рассеяние света. Поэтому кюветы с толщиной слоя больше 5см для фотометрии растворов применять не рекомендуется.

Если фотометрированию подвергается серия растворов с различной концентрацией растворённого вещества, выбор кюветы производится, используя раствор с промежуточной интенсивностью окраски. Для этого раствора определяют оптическую плотность в кюветах различных размеров. Для последующих определений выбирают кювету, в которой ­значение оптической плотности D=0,3 ÷ 0,5.

Определяемой при фотометрическом анализе величиной является концентрация окрашенного соединения в растворе. В соответствии с Законом Бугера - Ламберта - Бера зависимость оптической плотности от концентрации на графике D = f(С) должна выражаться прямой линией, исходящей из начала координат, как это изображено на рис. (3.1а).

D D

Dx

Dx

Cx C Vx V

Рис.3.1. Зависимость оптической плотности от концентрации растворенного вещества.

Прямолинейность зависимости D от C используется для построения градировочного графика. В соответствии с (2.4), для построения такого графика достаточно, вообще говоря, одной экспериментальной точки. Однако для повышения точности и надёжности градуировочный график обычно строят не менее, чем по трём точкам, для чего используют серию эталонных растворов с извecтными концетpaциями анализируемого вещества, опре­деляют оптическую плотность каждого pacтвoра после чего строят график зависимости D = f(C). Так как объемы эталонных растворов в мерных колбах одинаковы, концентpaция окрашенного вещества каждой из них пропорциональна объёму введенного в колбу стандартно­го раствора. Поэтому в лабораторной практике градуировочный график строят не в коорди­натах D - С, как на рис. (3.1а), а в координатах D - V (рис. 3.1b ), где V - объём стандартного раствора в мл., внесенного в мерную колбу.

Принцип определения неизвестной концентрации С_х или эквивалентной ей величины объема стандартного раствора V_х в мерной колбе, содержащей раствор с неизвестным коли­чеством определяемого вещества, по определённой экспериментально величине оптической плотности анализируемого раствора D_x показан на рис. (3.1).

На последнем этапе обработки данных фотометрического анализа определяется коли­чество анализируемого вещества и производятся все остальные требуемые расчёты.

Экспериментальная часть.

Опыт. Количественное определение меди в растворе.

В опыте медь определяется в виде ионов Cu²⁺ в составе аммиачных комплексов сине-фиолетового цвета. В условиях опыта основной фотометрической реакцией является образо­вание аммиака меди (П) согласно уравнению: Cu²⁺ + 4NН₃ = [Сu(NН_З)₄]²⁺.

Приготовление растворов.

Приготовьте стандартный (титрованный) раствор сульфата меди (П). Для этого на технических весах возьмите навеску 0,4 г (приблизительно) криcтaллогидрата сульфата меди CuS0_4·5Н₂O, после чего повторите взвешивание, используя аналитические весы. Запишите значение массы навески: m_H=___________. Взятую навеску соли помecтитe в мерную колбу

на 200 мл, растворите ее в100 мл (приблизительно) дистиллированной воды, после чего в мерную колбу из мерного цилиндра прилейте 1 мл концентрированной H₂SO₄ и разбавьте полученный раствор дистиллированной водой до метки мерной колбы. Запишите титр полу­ченного стандартного раствора С_т = ___________ , рассчитав его значение по формуле:

С_т = m/V = / = , где объем раствора (мерной колбы)в мл, а m - масса растворенной соли в граммах без учета кристаллизационной воды. Масса соли CuS0₄ в приготовленном стандартном растворе определяется из соотношения: m = M_C · m_H/M_K =

= / = , где M_{C -} молярная масса растворенной соли CuS0₄, M_K – молярная масса кристаллогидрата CuS0_4·5Н₂O.

В четырёх мерных колбах на 50 мл приготовьте серию эталонных растворов CuS0₄. Для этого в мерные колбы вначале поместите заданные объёмы стандартного рас­твора CuS0₄ (задание получите у преподавателя; во избежание ошибок колбы пронумеруй­те). В таблице 1 отметьте значения объёмов стандартного раствора, внесённого в мерные колбы.

Таблица 1.