Методика выполнения лабораторного исследования

Лабораторная работа №16

Тема: Определение содержания веществ фотоэлектроколориметрическим методом.

Цель: научиться измерять оптическую плотность растворов с помощью фотоэлектроколориметра и рассчитывать содержание вещества в растворе по калибровочному графику.

Общие положения и

методика выполнения лабораторного исследования

Метод фотоэлектроколориметрии относится к методам молекулярной спектроскопии и основан на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через раствор вещества.

Интенсивность светового потока измеряют при помощи специальных приборов – фотоэлектроколориметров. Эти приборы позволяют оценить окраску раствора более объективно, чем это можно сделать на глаз. В фотоэлектроколориметре интенсивность окраски определяют с помощью фотоэлемента, т.е. слоя полупроводника, нанесенного на металлическую пластинку. Фотоэлемент преобразует световую энергию в электрическую. Световой поток, попадая на фотоэлемент, возбуждает в нем электрический ток. Возникающий в фотоэлементе ток регистрируется включенным в цепь чувствительным гальванометром, отклонение стрелки которого пропорционально освещенности фотоэлемента.

Определение содержания железа (III) в исследуемом растворе основано на получении окрашенного комплексного соединения тиоционата железа (III)

Fe³⁺ + 3CNS^- = [Fe⁽CNS)₃]

интенсивность окраски которого находится в прямой зависимости от концентрации железа (III). При выполнении анализа необходимо создавать в растворах постоянный избыток тиоционат-ионов. Катион железа (III) с тиоционат-ионами образует ряд комплексов кроваво-красного цвета, обуславливающих различную интенсивность раствора. Образующаяся окраска раствора неустойчива, раствор быстро бледнеет вследствие восстановления ионов железа (III) в железо (II) тиоционат-ионами. Фотометрировать раствор необходимо сразу после приготовления и обязательно в присутствии окислителя HNO₃.

При большом количестве фотоэлектроколориметрических определений строят градуировочный график. Для построения графика пользуются серией стандартных растворов различных концентраций, охватывающих область возможных изменений концентрации в исследуемом растворе.

Ход работы:

Для приготовления стандартных растворов сначала готовят эталонный раствор, затем из него готовят 5 стандартных растворов. Эталонный раствор соли железа (III) готовят из химически чистых железоаммонийных квасцов NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O.

Расчет навески железоаммонийных квасцов для приготовления эталонного раствора ведут следующим образом:

в 482,19 г NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O содержится 55,85 г Fe²⁺

в х г NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O – 0,1 г Fe²⁺

х = 0,1·482,19/55,85 = 0,8634 г,

m(NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O) = 0,8634 г.

Точную навеску железоаммонийных квасцов массой 0,8634 г растворяют в воде, подкисленной 5,00 см³ концентрированной Н₂SO₄ (ρ=1,84 г/см³), переносят количественно в мерную колбу и доводят объем раствора дистиллированной водой до 1000 см³ (1 л), тщательно перемешивают. Приготовленный таким образом раствор содержит 0,1 г Fe³⁺ в 1000 см³ эталонного раствора.

Титр эталонного раствора составит: Т_этал = m/V = 0,1/1000 = 0,1 мг/см³

Затем в мерной колбе объемом 50 см³ готовят стандартные растворы. Сначала готовят раствор максимальной концентрации. Для этого в мерную колбу отбирают 1,5 мл эталонного раствора, добавляют 0,1 мл HNO₃ разбавленной (1:1) и 0,5 мл 10%-ного раствора КCNS и доводят объем раствора водой до метки. Затем готовят остальные стандартные растворы отбирая пипеткой соответственно 1,0; 0,75; 0,5; 0,25 мл эталонного раствора и те же объемы HNO₃ и КCNS.

Для каждого раствора на фотоэлектроколориметре измеряют оптическую плотность 3 раза, вычисляют среднее значение оптической плотности для каждого раствора и по ним строят градуировочный график зависимости оптической плотности от их концентрации.

После измерения оптической плотности стандартных растворов измеряют оптическую плотность исследуемого раствора (фотометрируют 3 раза).

Поскольку градуировочный график строят в координатах D – T (оптическая плотность – титр), вычисляют титр стандартных растворов Т_ст г/см³, по формулам:

Т_ст = ,

где Т_этал – 0,1 мг/см³,

V_этал – объем эталонного раствора, прибавляемый для приготовления каждого стандартного раствора,

V_{мерной колбы} – объем колбы, равный 50 мл.

Т_{ст 1} = = 0,003 мг/см³

Титры остальных растворов рассчитать аналогичным образом:

Т_{ст 2} =

Т_{ст 3} =

Т_{ст 4} =

Т_{ст 5} =

Зная титры стандартных растворов и среднее арифметическое значение оптической плотности для каждого раствора, строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс – титр всех стандартных растворов, по оси ординат – значения их оптической плотности. Затем из точек, найденных на осях, восстанавливают перпендикуляры, и точки их пересечения соединяют градуировочной прямой. По этому графику на оси ординат находят точку, соответствующую оптической плотности исследуемого раствора. Из этой точки проводят линию параллельную оси абсцисс до пересечения ее с градуировочной прямой. Из точки их пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс и находят титр исследуемого раствора.

Результаты измерений оформляют в виде таблицы:

Титр раствора, мг/см3	Оптическая плотность раствора	Среднее значение
1-е измерение	2-измерение	3-е измерение
0,003
Исследуемый раствор

По графику титр исследуемого раствора равен Т_{иссл. р-ра} = __________

Выразите объем эталонного раствора V_этал мл, из формулы:

Т_{иссл. р-ра} =

где Т_этал – 0,1 мг/см³,

V_{мерной колбы} – объем колбы, равный 50 мл,

Т_{иссл. р-ра} - титр исследуемого раствора, г/см³.

V_этал =

Контрольные вопросы:

1. Объясните, для чего в стандартные растворы добавляют HNO₃ и КCNS.

2. Опишите принцип построения градуировочного графика.

3. Объясните, как определить по градуировочному графику титр исследуемого раствора.

4. Охарактеризуйте основные преимущества физико-химических методов анализа.

5. Проанализируйте основные этапы определения железа (III) в исследуемом растворе методом фотоэлектроколориметрии.

6. Сделайте заключение о возможности применения фотоэлектроколориметрии в пищевой промышленности.

7. Составьте формулу для расчета титра исследуемого раствора.

Список литературы:

1. Крешков, А. П. Курс аналитической химии. Количественный анализ / А. П. Крешков, А. А. Ярославцев. – М.: Химия, 1982. – с.266-275

2. Шапиро, М. А. Аналитическая химия: учебник / М. А. Шапиро, С. А. Шапиро. – М.: Высшая школа, 1979. – с.281 – 288.