Фотоколориметрлік талдау әдістері

Концентрациясы  белгісіз ерітіндінің ванадийдің| анықтау жұмысы бойынша есеп берілді.

Бақылау сұрақтары:

1. Фотометрияның негізі неде?

2. Ванадийді фотоколориметриялық анықтау қалай жүзеге асырылады?

 

Әдебиет

1. Бадавамова Г.Л., Минажева Г.С. Аналитикалык химия: Окулык: Қазақстан Республикасы Жоғары оқу орындарының қауымдастығы. - Алматы.: «Экономика», 2011. -474 6.

2. Марченко 3. Фотометрическое определение  элементов. Мир, Москва, 1971. -с. 133

3. Методы химического анализа минерального  сырья. Государственное научно-техническое  издательство литературы по геологии  к охране недр. М., 1955,вып. 1, -с. 5.

 

 

№3 зертханалық жұмыс

Темірдің салицил қышқылымен түзілген комплексінің құрамын анықтау

III валентті темір ерітіндінің pH – на байланысты солицил қышқылымен әртүрлі комплекстер түзеді.

Әлсіз қышқыл ертіндідекүлгін ұызыл түсті комплексті катион  
түзеді,оның тұрақты  константасы төмендегідей болады

K_FeSal = =410^-17.

Мұнда : Sal^2- C₆H₄ ¬ O ¬ тобы. III валентті темірді комплексті ионға байланысытыру үшін Sal^2—ионының концентрациясы 10^-16 моль/л – ге тең болуы қажет. Нақтылай айтсақ жалпы диссоц – я константасы : К₁К₂ =   = 10^-16 . [H⁺] = 1 моль болғанда [Sal^2-] концентрациясын 10^-16 моль жеткізу үшін 1М H₂Sal ерітіндісін алу керек. Бірақ солицил қышқылы әлсіз ерітіндісінен               10^-16 моль/л концентрациясын алу мүмкін емес.

Комплексте  III валентті темірдің артуы нәтижесінен рН = 0 болғанда иондар байланыса алмайды және салицил қышқылының конц 0,01М тең болғанда [Sal^2-] 10^-16 моль/л – ге дейін жетеді.  K_FeSal = 410^-17 Fe(III) комплексте 99% ([Fe³⁺][FeSal⁺]) байланысу үшін [Sal^2-] ионын 100∙4∙10^-17 ≈4∙10^-14 концентрациясын жасау керек.

К₁К₂ =   теңдеуін қолдана отырып [H₂Sal] = 0,01 моль және [Sal^2-] = 10^-14 моль бастапқы концентрацияларының рН – н анықтаса болады. = 10^-16.Бұдан [H⁺] = =10^-4. [H⁺] = = 10^-2, рН = 2.

Бұдан орнатылған концентрациямен рН = 2 болғанда Fe(III) – ді комплекске 99% - ға дейін байланыстыруға болады.

Ерітіндінің қышқылдығы жоғары болса, Sal^2- конц төмендеуі мен дисс-я басылуынан Fe(III) салицил қышқылымен комплекс түзбейді.

Жұмыс мақсаты: изомолярлы тәсіл арқылы Fe(III) салицил қышқылымен комплексінің құрамын анықтау. Ол үшін бірнеше изомолярлы ерітінді дайындау керек.

Комплексті  байланыстардың стехиометриясын анықтаудың ең көп тараған тәсілдері: изомолярлы және молярлы қатынастар.

Излмолярлы  тәсілдің негізі: орталық ионның және лиганданың айнымалы концентрациялы бірнеше  ерітінді дайындау, бұдан концентрациялар  қосындысы әрбір ерітіндіде бірқалыпты болу керек.

Таңдалған толқын ұзындығында (комплекстің максимум жұтылуы) ерітіндінің оптикалық тығыздығын сол ерітіндіге қатысты бос ерітіндімен өлшейді.

Графиктен ордината осіне А, ал абцисса осіне ерітінді компоненттерінің молярлы мөлшерін тұрғызады.

Компоненттердің молярлы мөлшерінің қатынастары, комплекстегі стехиометриялық қатынасқа тең  болғанда, графиктен максимум анықталады.

Комплекстің байланысындағы орталық ион мен  лиганданың нақты қатынасын анықтау  үшін қисықтың сол және оң бөлігін  қиылысу нүктесіне дейін экстраполяциялайды.

    Комплекстің  беріктігі аз болған сайын  қисықтың максимумы жайылған  болады.

   Компонеттер  қатынасы 1:1; 1:2; 2:1 болған кезде тәсіл  жақсы нәтижелер береді, ал қатынастары  үлкен болған кезде компоненттердің  жұтылу әсерінен максимумды анықтау  қиын.

 

 

 

4 – зертханалық  жұмыс

Сульфосалицилатты комплекс құрамындағы темірдің көп мөлшерін дифференциальды әдіспен анықтау

Темір сульфосалицилат қышқылымен ерітінді қышқылдығына байланысты әртүрлі комплексті қосылыстарды түзеді. Қышқыл ортада, мысалы: рН»1,8¸ 2,5 аралығында темірдің моносульфосалицилатының комплексті катионы түзіледі.

Ал рН»4¸ 8 аралығында темірдің дисульфосалицилатының комплексті анионы түзіледі.

Cілті рН»9¸11,5 аралығында да темір сульфосалицилатының комплексті анионы түзтеді.

Темірдің моно және трисульфосалицилаттары жарық спектрін 416 және 510нм толқын ұзындықтарда максимальды жұтады.

Темірдің сульфосалицилатты қосылыстары темір роданидтеріне қарағанда тұрақтырақ болады. Сондықтан бұл әдіс  фосфаттар, ацетаттар, бораттар қатысында анықтауға мүмндік береді.

Сонымен қатар, қышқыл ортада темірдің анықталуына мыс пен алюминийдің көп мөлшерлерінің болуы да кедергі жасамайды.

Бірақ ескеретін нәрсе:

темірдің  трисульфосалицилатының моносульфосалицилатқа қарағанда тұрақтылығы жоғары. Сондықтан қышқыл ортада фтор-ионың қатысында темір анықтауға болмайды. Бірақ фторидтер темірдің трисульфосалицилат түрінде сілті ортада анықтауға кедергі жасамайды.

Бұл әдістің негізі мынада: «нөлдік» ерітінді ретінде анықталатын элементтің концентрациясы зерттелетін ерітндінің төмен болатын эталондық epітінді алынады.

Оптикалық тығыздықтар: λ =416 нм (№4 - светофильтр) - болғанда өлшенеді, кюветалар қалыңдығы ᶩ =5 см болуы керек.

1) Светофильтрді 1-ші ерітіндіні сумен салыстыру арқылы таңдап алады.

2) 2-ші ерітіндінің оптикалық тығыздығын 1 -ші ерітіндімен салыстырып өлшеуде (мысалы А = 0,51).

3) 3-ші ерітіндінің оптикалық (А=0,48) тығыздығын 2-шi ерітінді мен салыстырып, 4-шi ерітіндіні 3-шімен (А=0,46); 5-шi epітінді (А=0,41) 4-шімен; 6-шы ерітіндінi (А=0,30) 5-шімен салыстырып өлшейді. Содан соң мынадай есептеулер жүргізеді:

 

 

 

 

 

 

 

 

Бұндағы C_і - бұл eкінші ерітіндінің концентрациясы емес, салыстырмалы ерітіндінің, яғни 1 -шi ерітіндінің концентрациясы.

 

 

 

 

 

 

Енді «нөлдік» ерітнді (салыстырмалы ерітнді) ретінде Е¹ -С₀, - мәні ең үлкен болатын ерітінді таңдап алынады.

Жоғарыдағы есептеулерден Е¹·С0і ең үлкен таңдап алынады, ол 5-ші ерітіндімен Е₅ = E¹₅ • С_i = 0,82 • 2,0 = 1,64 .

Бұл ерітіндідегі темірдің мөлшері 2,0 мг.

Енді барлық epiтіндідегі оптикалық тығыздықтарын 5-шi ерітіндімен салыстырып өлшеп шығады. Алынған мәліметтердің негізінде градуирленген градиус тұрғызады. Сөйтіп салыстырмалы ерітінді ретінде Е-С₀ - мәні максимальды болатын ерітінді алынады.

Бұндағы С₀ - салыстырмалы ерітінді (әр жағдайда салыстырмалы алынған) ерітінді концентрациясы.

Оптикалық тығыздықты өлшеу барысында:

5-ші ерітіндімен салыстырғанда концентрациялары төмен болатын ерітінділерді салыстырмалы ерітінді құйылатын кюветаларға кұяды, ал салыстырмалы ерітіндінің өзін жұмысшы ерітіндінің кюветасына кұяды. Алынған оптикалық, тығыздықтын, мәнін тepic белгімен жазады.

Бұндай әдістi дифференциалдық әдіс дейді.

Бұл әдіс бойынша прибордың өлшеу шкаласы кеңейтіліп, созылады.

Айталық өткізгіштік Т, яғни 1-шi ерітіндінің жарықты жұтпайтын еріткішпен салыстырғандағы өткізгіштігі 10% тең болсын десек. Ал зерттелетін ерітіндінің өткізгіштігі 3% болса, және бұнда прибордың нөлі шторы жабық болғанда дәлденсе. Енді epiткіштің орнына 1-шi ерітіндіні қойсақ, сөйтіп нөлді дәлдесек, саңылауды ашып койып. Бұл кезде осы ерітіндінің өткізгіштігі 100% болады. Сөйтіп шкала 10 есе созылады және зерттелетін ерітіндінің өткізгіштігі енді 3% емес (он есе көп) 30%-ке қарай ығысады. Сөйтіп оны өлшеудің қатесі азаяды. Осылайша дифференциалдық әдіс өткізгіштігі (А) жоғары дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік береді және бұл кезде жоғары концентрацияларды анықтауға мүмкін туады.

А-оптикалық тығыздықты 2-иықты ФЭК-те өлшейді. Бұл прибордың жұмыс icтey принципі компенсациялық әдіске негізделген. 2-бағытта келген жарық шоқтары теңестіріледі, саңылау енін өзгерте отырып теңестіріледі. Екі фотоэлементке келіп түсетін жарық шоқтары бip-бipiне қарама-қарсы бағытталған. Екі жарық шоғының интенсивтігі тең болғанда гальванометр нөлді көрсетеді. Тепе-тендік бұзылса, гальванометр стрелкасы ауытқиды. Нөлге келтіру үшін жарық интенсивтігі саңылау eнін өзгерту арқылы өзгерттеді. Әдетте диафрагма барабанмен байланыстырылады.

Кажетті реактивтер:

1) 1 мл-де 1 мг темір бар стандартты ерітінді.

Оны дайындау үшін сыйымдылығы 1 литр өлшем колбасына 8,64 г химиялық таза темір-аммонийлы кварц тұздарын салады, қыздыру кезінде 25 мл күкірт қышқылымен (р=1,84) қышқылдандырылған суда ерітеді, колбаны белгісіне дейін сумен толтырып араластырады.

2) 2 н. күкірт қышқылы ерітіндіci (1 литрде 55 мл концентрл1 күкірт қышқылы бар).

3) сульфосалицилат қышқылының 10% epітіндici.

4) аммоний гидроксидтің 10% ерітіндіci.

Трисульфосалицилат түріндегі темір анықтау үшін кұрамында 0,5 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мг темірi бар epітінді дайындайды. Ол үшін 50 мл-лік өлшем колбасына темірдің берілген көлемдерін кұйып, әрбір колбаға 10 мл сульфосалицил қышқылын, 10 мл NH₄OH косып, ерітіді колбаның белгісіне дейін су кұйып, осылайша зерттелген ерітінділерді дайындайды. Содан соң eкi барабанды ФЭК-та (компенсациялық әдіспен) олардың оптикалық тығыздықтарын жоғарыда келтірілген әдістеме бойынша дифференциялды әдісті қолданып өлшенеді.

5 - зертханалық жұмыс

Бірге жүрген хром мен марганецті фотометрлің әдіспен анықтау

Әдістің мақсаты. Фотометриялық әдіспен хром менмаргенецтің мөлшерін бірге жүрген жағдайда анықтауға әртүрлі светофильтрлерді қолдану

 

 Әдістің негізі. Хром мен марганецті бip жүргенде анықтау ерітіндідегі перманганат және бихромат-иондарының жұту спектрінің айырмашылығына негізделген. Пермаганат хромат жұтпайтын ұзындығы 550нм  жарық толқынын жұтады. Бихроматтың максималды  430 нм. Пермаганатта осы толқын ұзындығын жұтады. Сондықтан хромды анықтауға марганец кедергі жасайды.

Әртүрлі светофильтрлер пайдаланып, бірге жүрген хроммен марганецті анықтауға болады. Ол үшін 550нм жарықтың толқынының ұзындығын өткізетін жасыл светофильтр және 430нм жарық толқынының ұзындығын өткізетін көк светофильтр қолданылады. Алғашқыда марганецтің 550нм және 430нм толқын ұзындығындағы оптикалық тығыздығын өлшеп, калибрлі графигін түзеді. Содан кейін тұрғызамыз 430нм -дегі хромның калибрлі қисығын алады.

 

Құрамында хромат  пен пермаганат ионы бар анықтайтын ерітіндінің  оптикалық тығыздығы жасыл (550нм) және көк (430нм) светофильтірді қолданып өлшейді. Калибрлі график 550нм -дегі оптикалық тығыздықтың мәнін марганец мөлшерін тікелей анықтайды. Марганецтің 430нм-дегі калибрлі графигінен анықталған мөлшерде сәйкес оптикалық тығыздығын табады.

Хромның оптикалық тығыздығын табу үшін 430нм жалпы оптикалық тығыздықтан осы толқын ұзындығындағы марганецтің оптикалық тығыздығын алып тастайды.

 

 

 

 

 

Хромның калибрлі графигін пайдаланып оның мөлшерін табады.

Реактивтер: 1. KMnO₄  стандартты ерітіндісі T_Mn=0,1 мг/ мл

2. K₂Cr₂O₇ стандартты ерітіндісі T_Cr =1 мг/ мл

3. Күкірт қышқылы (1:1)

Анықтау жолы. 1. Марганец пен хромның калибрлі графигін алу.

1. 50 мл бес колбаға 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 мл марганецтің стандартты ерітіндісі құйылады. Әр колбаға 5мл  (1:1) күкірт қышқылы қосылады. Содан кейін колбаны белгісіне дейін сумен толтырып шайқайды. Алынған ерітінділердің оптикалық тығыздығы екі толқын ұзындығында өлшейді: 430 нм  (көк светофилтр) 550нм(жасыл светофилтр).
2. Дәл осылай хромның стандартты ерітінділерін дайындап, оптикалық тығыздығын 430 нм  ( көк светофилтр) толқын ұзындығында өлшейді.
3. Алынңан мәндерді пайдаланып : А ⁵⁵⁰- С_Mn, А⁴³⁰-С_Mn, А⁴³⁰ –С _Сr

 

Калибрлі  графиктерді сызады.

4. Құрамында хром мен марганец пен хром бар анализденетін ерітіндіні 50 мл өлшем колбасына құйып, ұстіне 5 мл (1:1) күкірт қышқылын қосады, сумен колбаның белгісіне дейін жеткізіп, араластырып дайындаған ерітіндінің 550нм және 430нм толқын ұзындығындағы оптикалық тығыздығын анықтайды. Калибрлі графигтерден өлшенген оптикалық тығыздықтың мәндерін пайдаланып хром мен марганецтің мөлшерін анықтайды.
 

 

 

6 – зертханалық жұмыс

Әртүрлі жүйелердің спектральды сипаттамаларын салыстырмалы түрде өлшеу

 

Әртүрлі жүйелердің жұтылу спектрлерін тіркеуді фотоколориметрлерде  (ФЭК) жүргізу мүмкін емес. Өйткені фотоэлектроколориметрде жарық сәулесін монохроматтандыру үшін жарық сүзгілерін қолданады, олар жарық сәулесінің белгілі бір аралықтағы толқын ұзындықтарын өткізеді. ФЭК-М-де ол 80-100нм; ФЭК-Н-57, ФЭК-60 және ФЭК-56 -да  30-40нм аралығында болады. Бұл приборлардың көмегімен сирек жер элементтерінің (СЖЭ) жұту спектрлерін тіркеу мүмкін болмайды.Себебі СЖЭ-нің жұту спектрлері өте тар жолақты, олардың жарықты максималды жұтуы λ_max толқын ұзындғының бір ғана мәніне сәкес болады. Сол себепті СЖЭ-нің жұту спектрлерінспектрофотометрлерді қолданып анықтайды. СФ-4, СФ-4А, СФ-5, СФ-16, СФ-26 құрылғыларында жарықтымонохроматтандыру үшін жарықты диспергирлеуші элементтер: призма, саңылау,дифракциялық торлар қолданылады. Бұнда жарық сәулесін толқын ұзындықтарын 10нм- ге немесе 5нм-ге дейінгі аралықта жіктеу мүмкіндігі бар.

Әр  толқын ұзындығындағы ерітіндінің  жарықты жұтуы әртүрлі болады. Сол себепті оның оптикалық тығыздығы  да толқын ұзындықтарының өзгеруіне  байланысты әртүрлі болады.