Фотоколориметрлік талдау әдістері

Фотоколориметрлік талдау әдістері

 

1 - зертханалық жұмыс

Темірді (III) сульфосалицил қышқылы қатысында фотометрлік әдіспен анықтау

Жұмыстың мақсаты: фотоэлектрколориметрде жұмыс жасап үйрену; градуирлеу график әдісі арқылы Fe³⁺ құрамын анықтау.

Темір (III) сульфосалицил қышқылымен (2-окси-5-сульфобензолды) ерітіндінің қышқылдылығына байланысты бірнеше комплексті қосылыстыр түзеді. Егер рН 1,8-2,5 аралығында болса қызыл-күлгін түсті катионды комплекс түзіледі, оның жұтылу жолағы сәйкесінше l_max = 510 нм және e _max = 1,8×10³ мәндері арқылы өрнектеледі. Ортаның рН-ы артқан сайын, яғни 4,0-8,0 аралығында – ерітіндінің түсі қоңыр-қызыл түске ауысады, бұл жағдайда анионды био-комплекс түзіледі. Сілтілі ортада (9 < рН <11,5) жұтылу жолағы l_max = 416 нм және e _max = 5,8×10³ мәндеріне сәйкес келетін сары түсті комплекс түзіледі.  Ал егер рН > 12 мәнінен артса комплекс ыдырап, темір гидроксиді тұнбаға түседі.

Молекулярлы абсорбциялы талдау практикасында  қышқыл және сілті ортасында түзілетін  комплекстер қолданылады.

Реагенттер және қондырғылар

0,1 мг/мл концентрациялы темірдің  стандартты ерітіндісі

Сульфосалицил қышқылы, 10 %-ты ерітіндісі.

Массалық  үлесі 10% болатын аммиак ерітіндісі.

Ацетатты  буфер ерітіндісі (рН = 5)

Өлшеуіш колбалар 50,0 мл, өлшеуіш цилиндр 10 мл, градуирленген пипетка 5,00 мл, сүзгі  қағаз.

КФК-2 маркалы фотоэлектрколориметр, кюветалар 20 мм.

Жұмыстың орындалуы

1. Градуирлеу графигін тұрғызу

 

1 нұсқа Сілтілі орта. Құрамында Fe3+ концентрациясы 0,05-0,50 мг болатын стандартты ерітінділер сериясын дайындайды. Ол үшін көлемі 50 мл-лік 6 өлшем колбасына пипеткамен 0,0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; және 5,0 мл  концентрациясы 0,1 мг/мл Fe3+-дің стандартты ерітіндісінен құяды. Әрбір колбаға 5 мл  сульфосалицил қышқыл ерітіндісін қосады және 5 мл аммиак қосып, дистилденген сумен сұйылту арқылы белгіге дейін толтырып, араластырады.

2 нұсқа Қышқыл орта. Құрамында Fe3+ концентрациясы 0,05-0,50 мг болатын стандартты ерітінділер сериясын дайындайды. Ол үшін көлемі 50 мл-лік 6 өлшем колбасына пипеткамен 0,0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; және 5,0 мл  концентрациясы 0,1 мг/мл Fe3+-дің стандартты ерітіндісінен құяды. Әрбір колбаға 5 мл  сульфосалицил қышқыл ерітіндісін қосады және ерітіндінің түсі өзгергенше рН 5-ке тең буфер ерітіндісін қосады және оның үстіне буфердің 2-3 мл артық мөлшерін қосып, дистилденген сумен сұйылту арқылы белгіге дейін толтырып, араластырады.

Стандартты ерітіндідегі Fe³⁺ концентрациясын (с_ст) мына теңдік арқылы есептейді:

С_баст × V_баст = с_ст × V_ст

Стандартты ерітінділердің оптикалық  тығыздығын өлшемес бұрын спектральды сипаттаманы оқып үйрену үшін 4-ші ерітіндіні мысал етіп алып, өлшем жүргізеді. Бір кюветаны (l = 20 мм) зерттелетін ерітіндімен, екіншісін – бос немесе нөлдік ерітіндімен (холостой) толтырады. Кюветаларды алдын-ала зерттелетін ерітіндімен шайып, сосын ғана белгіге дейін толтыру керек. Кюветалардың сыртқы бетін, әсіресе жарық өтетін қабырғасын сүзгі қағазбен құрғата отырып, мұқияттап сүртеді. Боялған түсті ерітінділердің оптикалық тығыздығын әртүрлі жарық сүзгілерінде (светофильтр) кезекпен өлшеп алады. Өлшеудің нәтижелерін кестеге толтырады.

Толқын ұзындығы, нм	315	340	400	440	490	540
А

Оптикалық тығыздық пен толқын ұзындығына А = f(l) байланысты график тұрғызып, қажетті жарық сүзгісін таңдап алады. Ерітіндінің жарықты максимальды сіңірілуіне кеткен толқын ұзындығы ең ықтималды болып табылады. Алынған нәтижелер бойынша темір сульфосалицилат ерітіндісі үшін қажетті жарық сүзгісін қолданады. 

Таңдалған жарық сүзгісінде және 20 мм кюветада дайындалған 5 стандартты ерітіндінің оптикалық тығыздығы өлшенеді. Салыстыру ерітіндісі ретінде нөлдік ерітіндіні қолданады.

Өлшеу нәтижелерін мынадай кестеде  толтырады.

Ерітіндідегі Fe3+ концентрациясы, мг/мл
Оптикалық тығыздық А

Градуирлеу графигін мына координаталарда тұрғызады: оптикалық тығыздық – Fe³⁺концентрациясы, мг/мл.

2. Белгісіз ерітіндіні талдау.

Құрамында Fe³⁺ концентрациясы белгісіз бақылау ерітіндісін талдау үшін градуирлеу графигіне дайындалған стандартты ерітінділер әдістемесі қолданылады. Боялған ерітінділердің тығыздығын өлшеу жоғарыдағыдай жағдайда өткізіледі. Градуирлеу графигі бойынша оптикалық тығыздығына байланысты белгісіз ерітіндінің концентрациясы табылады.

Бақылау ерітіндісіндегі Fe³⁺ мөлшері (m, мг) мына теңдікпен есептеледі:

m = c_x × V,

мұндағы с_х – градуирлеу графигінен табылған ерітінді концентрациясы, мг/мл; V – колба көлемі, мл.

Градуирлеу графигінің түзу сызықты болуы ерітіндінің  жарық жұтылуы Бугер-Ламберт-Бер заңына бағынатындығын көрсетеді (y=a+bx).

Тәжірибе  нәтижелері бойынша кіші квадраттар әдісімен а және b параметрлерін табамыз.

 

a=                     b=

 

№	хi	уi	хiуi	хi2
1
2
3
4
5
6
	∑ хi	∑ уi	∑ хiуi	∑ хi2

 

Егер  градуирлеу графигі координат басынан  өтетін болса y=bx.

b=

а және b параметрлері үшін сенімді интервалдарды есептейміз..

у=a+bx түзу сызыққа қатысты у_i мәнінің дисперсиясы төмендегі теңдікпен анықталады:

V₀=S₀²=

y_i- тәжірибе мәні          y_i-есептеу

№	хi	уi	уi	(уi –уi)2
1
2
3
4
5
6
				∑ (уi –уi)2

а және b параметрлерінің дисперсиясы:

V_a=S_a²=

 

V_b=S_b²=

 

- х_i мәнінің орташа мәні

Дисперсияны пайдалана отырып а және b үшін сенімді интервал мен стандартты ауытқуды S_a және S_b есептейміз.                    а±S_a^.t_P,f                 b±S_b^.t_P,f                      t_0.95,m-2

Үлгідегі  темірдің концентрациясын оптикалық  тығыздықты және сенімді интервалды қолданып табыңыз.

х=

 

,

 

Бұл жердегі n-өлшеудің параллель саны

m-градуирлеу графигінде берілген сан

Y- зерттелетін үлгідегі белгінің орташа мәні

 –барлық салыстыру үлгісінің аналитикалық белгісінің орташа мәні        =

Үлгідегі темір мөлшері: х±S_(x)^.t_P,f                      t_0.95,m-2.

Темірді анықтау  нәтижесінде алынған және есептелген  мәндерді салыстырыңыз.

 

Өзіндік бақылау сұрақтары

1. Фотометрлік талдау әдісі неге негізделген?
2. Негізгі жарық жұту заңы қандай анықтамамен және графикалық интерпретациялаумен түсіндіріледі?
3. Жарық жұтудың молярлы коэффициентінің сипаттамасы қандай және оның физикалық мәні неде?
4. Спектр сіңіру мәнін қандай координаталарда көрсетуге болады?
5. Негізгі жарық жұту заңдылығының талаптары қандай және одан қандай ауыиқушылықтар болуы мүмкін?
6. Жарық жұту талдау әдісінде қолданылатын қондырғылардың негізгі түйіндерін (узлы) атаңыз. Әрбір түйіннің мағынасын ашыңыз?

2 - зертханалық жұмыс

Ванадийді фосфорлы-вольфрамды-ванадий  комплексі түрінде фотоколориметрлік  анықтау

Жұмыстың мақсаты: Ванадийдің фотоколориметрлік жолмен анықтау барысында жартылай колориметрлік анализ әдістерінің принциптері мен тәсілдеріне дағдылану.

 

Тапсырма: ванадаттың стандартты epiтінді түрінде беріледі.

 

КІРІСПЕ

 

Бұл әдіс ванадийлі-фосфорлы-вольфрамды гетерополиқышқылды сарғыш-жасыл түсті ерітіндісін фотометрлеуге негізделген. Бұнда қосылысты анықталатын epітіндігe күкірт қышқылын, фосфор қышқылын және вольфрам қышқылды натрий epiтіндісін қосу арқылы алады [1]:

 

10 H₂S0₄ + Н₃Р0₄ + 8NaW0₄ + 4NaV0₃= Н₇[P(W₂0₇)₄(V₂0₆)₂] + 10 Na₂S0₄ + 8Н₂0

 

Реакция жүру барысында фосфорлы-вольфрам қышқылындағы W₂0₇² тобының белгілі 6ip бөлігіV₂0₆^2-тобымен алмасады.

Ерітіндінің түci бөлме температурасында 10-15 минуттың ішінде толық қалыптасады. Боялған ерітіндің ванадийдің концентрациясының өте тар аралығында ғана Бугер заңына бағынады. Ванадийлі фосфорлы-вольфрамды гетерополиқышқылдың жарықты жұту максимумы спектрдің  ультракулгін ауданында  орналасқан

Жарықтың, жұтылуын әдетте 400 нм-де өлшейді. Толқын ұзындығының бұл мәнінде бос ерітіндінің жарық жұтуы болар болмас болады. Боялған комплексті қосылыстын, молярлы жарық жұту коэффициенті 400 нм-де 1,4.10^-2 тең болады. ФЭК-56М фотоколориметрінде жұмыс істегенде осы ерітіндінің оптикалық тығыздығын №3 күлгін жарықсүзгісін (светофильтрді) қолданып өлшейді. Бұл жарықсүзгісін толқын ұзындығы 400 нм болатын спектрді өз бойынан максимальды түрде өткізеді. 50 мл ерітіндідегі ванадийдің оптимальды концентрациясының жоғарғы шегі 0,7 мг, ал төменгі шегі - 0,05м болады.

Ванадийдің осы әдіспен анықталуына калий мен аммонийдің нашар еритін фосфорлы-вольфраматтары, нашар еритін фосфаттар түзелтін элементтер - Ti, Zr, Bi; ерітіндідегі иондары боялған элементтердің: Сu, Со, Ni, Cr, Mo(VI) - көп мөлшерлері кедергі әсер етеді.

50 мл ерітіндіде ванадийдің бес тотығының мөлшері 0,35 мг-ға дейін мөлшерде болғанда ерітіндідегі хром тотығының мөлшері 10 еседен аспауы керек. Осы көлемде ванадийдің бес тотығының мөлшері 2 мг болса, хром тотығының мөлшері 2,5 еседен аспағаны дұрыс.

 

Ванадийдің анықтаудың методикасы

Қажетті реактивтер: концентрациясы 1:1 немесе 1:6 күкірт қышқылы; 85%-дық фосфор қышқылы; натрий вольфраматының 5% ерітіндici; кұрамында 0,1 мг/мл V₂0₅ бар аммоний ванадаты ерітіндісі.

Ванадийдің хром жоқ ерітіндіден анықтау.

Ванадийдің анықталатын epітіндісін 50 мл-лік өлшем колбасына құйып, оған 1 мл концентрациясы 1:1 күкірт қышқылын қосады, сұйылтқан кездегі оның мөлшері көлем бойынша 1%-дан аспауы керек. Содан осы epітіндіге 0,5 мл 85%-дың фосфор қышқылын және 1 мл 5%-дық натрий вольфраматы ерітіндісін қосады да, ерітіндіні сумен өлшем колбасының белгісіне дейін жеткізеді де, жақсылап араластырады. Сонымен бipгe кұрамында ванадий жоқ нөлдік epітінді дайындайды, дайындау тәсілі төменде (калибрленген график құруда) көрсетілген.

Ерітіндінің оптикалық тығыздығын 20 минуттан соң ФЭК 56М қондырғысында №3 күлгін жарықсүзгісін (светофильтрді) және қалындығы 50 немесе 20 мм болатын кюветаны қолданып, нөлдік ерітіндімен салыстыра отырып өлшеді.

 

Калибрленген  график құру

 

Сыйымдылығы 50 мл-лік өлшем колбаларына 1мл концентрациясы 1:1 күкірт қышқылын, 5-10 мл су және микробюретка немесе микропипетка арқылы 0,0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; мл-ден кұрамында 0,1мг ванадийдің бестотығы бар стандартты ертнді кұяды.

Осы ерітіндіге 0,5 мл-ден 85%-тік фосфор қышқылын және 1 мл 5%-дық натрий вольфраматын қосады. Ерітіндінің көлемдерін сумен белгіге дейін келтіріп, араластырып, 20 минутқа қалдырады. Epітіндінің оптикалық тығыздығын 20 минуттан соң ФЭК 56М қондырғысында №3 күлгін жарықсүзгісін (светофильтрді) және қалындығы 50 немесе 20 мм болатын кюветаны колданып өлшейді қалындығы 50 мм кювета алынса, ванадий бестотығының мөлшері 0,3 мг болатын ерітіндінің, ал қалындығы 20 мм кювета алынса ванадий бестотығының мөлшері 0,7 мг болатын ерітіндіні қолданады.

Алынған нәтижелер бойынша калибрленген график тұрғызады, абсцисса өciнe ванадий бестотығының, мөлшерлік ал ордината өciнe epiтіндінің оптикалық тығыздығын салады.

Зерттелетін ерітіндінің ванадийдің мөлшерін калибрленген график бойынша анықтайды.