Лабораторная работа. Фотометрическое определение марганца и хрома при их совместном присутствии
Цель работы: ознакомление с фотометрическим определением элементов при их совместном присутствии методом калибровочного графика.
Сущность работы: одновременное определение концентрации двух веществ (хрома и марганца) при их совместном присутствии основано на различии спектров поглощения окрашенных растворов перманганат- и дихромат-ионов. Спектры поглощения определяемых ионов частично накладываются друг на друга (рис. 6). В этом случае при фотометрировании с разными светофильтрами можно пренебречь светопоглощением лишь одного из компонентов окрашенной смеси. При 550 ± 20 нм поглощает преимущественно перманганат-ион и оптическая плотность А = 550 нм обусловлена только перманганат-ионом (незначительным светопоглощением дихромат-иона пренебрегаем). При 430 ± 20 нм поглощают оба аниона и оптическая плотность раствора А = 430 нм аддитивно складывается из оптической плотности, обусловленной перманганат-ионом, и оптической плотности, обусловленной дихромат-ионом.
Рис. 6. Спектры поглощения KMnO4 (1) и K2Cr2O7 (2), частично накладывающиеся друг на друга
Измеряют оптическую плотность стандартных растворов КМnO4 при 550 и 430 нм и оптическую плотность стандартных растворов К2Сr2О7 при 430 нм. Строятся три калибровочных графика (рис. 7).
Рис. 7. Калибровочный график для определения марганца и хрома при их совместном присутствии: 1 – кривая для определения хрома при 430 нм, 2 – кривая для определения марганца при 550 нм, 3 – кривая для определения оптической плотности раствора перманганата калия при 430 нм
По величине оптической плотности анализируемого раствора, измеренного в области 550 нм, и калибровочной кривой 2 сразу определяют неизвестную концентрацию марганца. Одновременно при помощи калибровочной кривой 3 определяют оптическую плотность раствора перманганат-иона при 430 нм. Затем по разности оптических плотностей исследуемого раствора и раствора КМnO4, измеренных при 430 нм (ΔАХ = Аx(430) – АMn(430)), определяют концентрацию хрома.
Приборы и реактивы: фотоэлектроколориметр «ФЭК-М»; кюветы; пипетка вместимостью 1 мл; пипетка вместимостью 10 мл; мерная колба вместимостью 100 мл; мерная колба вместимостью 1 л; мерные колбы вместимостью 50 мл; полумикробюретка вместимостью 5 мл; 50 %-ная серная кислота; 0,1 н. стандартный раствор КМnO4.
Перед применением 9,1 мл стандартного раствора КМnO4 помещают в мерную колбу вместимостью 100 мл и доводят раствор дистиллированной водой до метки. Раствор содержит 0,1 мг марганца в 1 мл.
Стандартный раствор К2Сr2O7: навеску 0,2818 г К2Сr2O7 помещают в мерную колбу вместимостью 1 л и доводят раствор дистиллированной водой до метки. Раствор содержит 0,1 мг хрома в 1 мл; исследуемый раствор, содержащий КМnO4 и К2Сr2O7.
Ход анализа. Для построения калибровочного графика в мерные колбывместимостью 50 мл помещают с помощью микробюретки 1,0; 2,5; 5,0;
7,5 и 10 мл подготовленного стандартного раствора перманганата калия. Затем добавляют в каждую колбу по 5 мл раствора серной кислоты. Содержимое колб доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Измеряют оптическую плотность полученной серии в кювете толщиной 1 см при длинах волн 550 и 430 нм. Полученные данные помещают в табл. По данным строят калибровочный график (см. рис. 7, кривые 2, 3): найденные величины оптической плотности откладывают по оси ординат, а соответствующие им концентрации (мг/50 мл) – по оси абсцисс. Затем в колбы той же вместимости помещают такие же количества стандартного раствора дихромата калия. Добавляют в каждую колбу по 5 мл раствора серной кислоты, доводят объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Измеряют оптическую плотность в тех же кюветах при длине волны 430 нм. Полученные данные помещают в табл. По полученным данным строят калибровочный график для дихромата калия (см. рис. 7, кривая l).
Таблица
| Стандартный набор | Номер эталона | Объем эталона в растворе | С, мг/50 мл | А | ||
| Mn | Cr | При 550 нм | При 430 нм | |||
| А1 А2 А3 | А1 А2 А3 | |||||
| KMnO4 | 1,0 2,5 5,0 7,5 | 0,1 0,25 0,50 0,75 1,00 | ||||
| К2Сr2O7 | 1,0 2,5 5,0 7,5 | 0,1 0,25 0,50 0,75 1,00 |
Аликвотную порцию анализируемого раствора (5 мл) помещают в мерную колбу вместимостью 50 мл, добавляют 5 мл серной кислоты. Содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой итщательно перемешивают. Оптическую плотность полученного раствора измеряют при 430 и 550 нм в кювете толщиной 1 см. В качестве нулевого раствора используют дистиллированную воду. Содержание марганца в растворе определяют по кривой 2 (см. рис. 7). По найденной концентрации марганца при помощи кривой 3 определяют его оптическую плотность при длине волны 430нм – АМn(430). Затем находят разность оптической плотности смеси и перманганат-иона при 430 нм по формуле^
∆Ах(430) = Асм(430) – АМn(430),
где Асм(430) – оптическая плотность смеси, найденная при длине волны 430 нм.
По найденной величине ΔАх(430) при помощи кривой 1 вычисляют содержание хрома в исследуемом растворе.
Контрольные вопросы и задачи
1. Абсорбционная спектроскопия. Спектры поглощения. Основной закон светопоглощения (закон Ламберта – Бугера – Бера). Отклонения от закона Ламберта – Бугера – Бера.
2. Что называется спектром поглощения и в каких координатах егопредставляют?
3. Что называется коэффициентом пропускания Т и оптической плотностью А? В каких пределах изменяется их величина?
4. Каков физический смысл молярного коэффициента светопоглощения? Какие факторы влияют на его величину?
5. Что представляют собой нулевые растворы или растворы сравнения? С какой целью их используют? Как выбирают длину волны и светофильтры при фотометрическом методе анализа?
6. Вычислите оптическую плотность раствора хлорида меди (II) с концентрацией 0,01000 моль/л с толщиной поглощающего слоя 1 см (е = 100).
7. Вычислите молярный коэффициент светопоглощения раствора окрашенного соединения железа (III) с концентрацией 0,1 мг в 50 мл раствора, если оптическая плотность раствора составила 0,410 при толщине поглощающего слоя 3 см.
8. Рассчитайте оптимальную толщину поглощающего слоя кюветы (мм), необходимую для измерения оптической плотности раствора сульфата меди (II), содержащего 5 мг соли в 50 мл раствора. Величина оптической плотности составляет 0,610, молярный коэффициент светопоглощения ε = 103.