Кількісна характеристика аналітичних реакцій визначення катіонів d-елементів IV періоду

Йони Fe3+ у кислому середовищі при взаємодії з SCN-йонами утворюють червоні забарвлені комплексні сполуки загальної формули Fe(SCN)n3-, де n змінюється від 1 до 6. Для збереження сталого складу комплексних йонів використовують надлишок тіоціанат-йонів до 0,15 моль/л.

На перебіг реакції впливають відновники (S2-, I-, Sn2-), а також йони, що утворюють з Fe3+ комплексні сполуки (F-, PO43- та ін.).

Обладнання і реактиви

Фотометр ФЕК-56М, КФК-2

Мірні колби, 50 мл

Піпетки градуйовані, 5 мл, 10 мл

Стандартний розчин, с(Fe3+ ) = 0,1 мг/мл

Розчин KSCN, NH4SCN, = 10%

Нітратна кислота, 1:1

Розчин аналіт

Виконання роботи

1. Приготування стандартного розчину. На важку кристалогідрату Fe(NH4) (SO4)2 12H2O масою 0,8607 г розчиняюємо у 25 мл розчину сульфатної кислоти, с = 2 моль/л. Одержаний розчин переносимо у мірну колбу місткістю 1 л і доводимо об'єм до мітки водою. Розчин має концентрацію Fe3+ 0,1 мг/мл.

2. Побудова градуювального графіка. У мірні колби місткістю 50 мл, користуючись градуйованою піпеткою, послідовно наливаємо 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 мл стандартного розчину солі Феруму (ІІІ), додаємо у кожну колбу по 1 мл нітратної кислоти та по 5 мл розчину тіоціанату калію (амонію). Одержані розчини містять 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мг/мл Fe3+. Ці розчини розбавляємо дистильованою водою до мітки і ретельно перемішуємо. Через 2 -3 хвилини проводимо вимірювання оптичної густини при л= 570 нм (синій світло-фільтр), використовуючи кювети з l = 1 см. Результат виміпювання оптичної густини одного розчину знаходимо як середнє арифметичне трьох вимірювань. Одержені результати заносимо до табл.3.1.

За одержаними результатами будуємо графік у координатах А - С(Fe3+ ) рис.1.

3. Визначення концентрації йонів Fe3+. Аліквоту досліджуваного розчину вносимо у мірну колбу місткістю 50 мл, додаємо до неї 1 мл нітратної кислоти, 5 мл розчину тіоціанату, доводимо дистильованою водою до мітки, перемішуємо і через 2 - 3 хвилини вимірюємо оптичну густину за тих же умов. Що й стандартні розчини. Розчин порівняння готується у тому ж співвідношенні компонентів, за виключенням стандартного розчину.

Один і той же розчитн фотометруємо тричі. Середнє арифметичне трьох вимірювань приймаємо за результат визначення оптичної густини, А. За значенням А, використовуючи градуювальний графік або рівняння залежності А = f (с) знаходимо концентрацію йонів Fe3+.

За результатами паралельних визначень вмісту Fe3+ у досліджуваному розчині, виконуємо статистичну обробку результатів аналізу, знаходимо довірчий інтервал, оцінюємо відтворюваність [12].

Таблиця 3.1

Отримані результати для побудови градуювального графіка

Рис. 1. Градуювальний графік для фотометричного визначення Fe (ІІІ) у формі тіоціанатного комплексу

Таблиця 3.2

Отримані експериментальні дані з фотометричного визначення Fe (ІІІ) у формі тіоціанатного комплексу

Методика Визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою

При взаємодії йонів Fe3+ із саліциловою кислотою утворюються комплексні сполуки, склад і забарвлення яких залежить від рН розчину. У кислому середовищі (рН = 1,8 - 2,0) утворюється комплекс фіолетового кольору, в якому співвідношення Fe:Ssal = 1:1, а в лужному середовищі (рН = 9 - 11) утворюється комплекс жовтого кольору із співвідношенням Fe:Ssal = 1:2. У кислому середовищі визначенню не заважають йони металів: алюмінію, магнію, мангану та присутність йонів-фосфат, ацетат.

Обладнання і реактиви

Фотометр ФЕК-56М, КФК-2

Мірні колби, 50 мл

Градуйовані піпетки, 5 мл, 10 мл

Стандартний розчин, с(Fe3+ ) = 0,1 мг/мл

Сульфосаліцилова кислота, = 10%

Сульфатна кислота, c(H2SO4) = 2 моль/л

Виконання роботи

1. Побудова градуювального графіка. У п'ять мірних колб місткістю 50 мл послідовно вносимо 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 мл стандартного розчину. В кожну колбу добавляємо по 1 мл сульфатної кислоти, 5 мл сульфосаліцилової кислоти, розбавляємо розчин дистильованою водою до мітки і ретельно перемішуємо. Одержані розчини мають фіолетове забарвлення. Через 3 - 5 хвилин вимірюємо оптичну густину при л= 510 нм у кюветах з l = 1 см. Розчин порівняння містить всі компоненти у тих же кількостях, що й для вимірювань, окрім стандартного розчину.Одержені результати заносимо до табл.3.3.

Результатом визначення є середнє арифметичне трьох вимірювань оптичної густини кожного розчину. Градуювальний графік будуємо у координатах А - С(Fe3+ ). Рис. 2.

Таблиця 3.3

Отримані результати для побудови градуювального графіка

Рис. 2. Градуювальний графік для фотометричного визначення Fe (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою

2. Визначення вмісту Ферум (ІІІ) у досліджуваному розчині. У мірну колбу місткістю 50 мл вносимо піпеткою 5 - 20 мл досліджуваного розчину, 1 мл сульфатної кислоти, 5 мл сульфосаліцилової кислоти, суміш розбавляємо водою до мітки і ретельно перемішуємо. Через 5 хвилин вимірюємо оптичну густину за тих же умов, що й для стандартних розчинів. Середнє арифметичне трьох вимірювань приймаємо за результат визначення оптичної густини досліджуваного розчину. Використовуючи градуювальний графік, знаходимо значення С(Fe3+ ) [12].

Таблиця 3.4

Отримані експериментальні дані з визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою

Методика визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою (рН=4)

Метод заснований на утворенні забарвленого комплексу йонів феруму з сульфосаліциловою кислотою. В залежності від рН розчину можливе утворення трьох комплексів різного складу, що мають різну стійкість та колір: моно - фіолетовий, ди - червоний, три - жовтий. Комплексоутворення проходить за рахунок о-гідрокси-о-карбокси- функціонально-аналітичної групи, сульфо-група є аналітико-активною групою.

Стійкість цих комплексів достатня для їх використання в аналізі: lg в1=14,4; lg в2 = 25,2; lg в3 = 32,3. Однак вихід комплексів б залежить від рН розчину.

Ферум (ІІІ) як d-елемент з неповністю заповненим d-рівнем володіє хромоформною дією, тому для його визначення можна використовувати незафарбовані реагенти, до яких відноситься сульфосаліцилова кислота.

Обладнання і реактиви

Фотометр ФЕК-56М, КФК-2

Мірні колби, 50 мл

Градуйовані піпетки, 5 мл, 10 мл

Стандартний розчин, с(Fe3+ ) = 0,1 мг/мл

Сульфосаліцилова кислота хч, 0,01 М розчин

Ацетатний буферний розчин, рН=4,0

Виконання роботи

Приготування стандартних розчинів. Готуємо пять стандартних розчинів, що містять 10; 20; 30; 40; 50 мкг Феруму в 50 мл. Для цього в мірні колби місткістю 50 мл переносимо робочий розчин солі феруму (ІІІ), що містить 10; 20; 30; 40; 50 мкг, додаюємо по 30 мл 0,01М розчину сульфосаліцилової кислоти і 5 мл ацетатного буферного розчину. Обєм кожного розчину доводимо до 50 мл дистильованою водою і через 10 хвилин проводимо вимірювання.

Побудова градуювального графіка. Фотометруємо всі розчини відносно розчину порівняння.Одержені результати заносимо до табл.3.5. Кожне вимірювання повторюємо три рази і за середнім значенням в координатах А - С(Fe3+ ) будуємо градуювальний графік (рис. 3).

Визначення вмісту Феруму (ІІІ) в розчині. До розчину, що містить сіль феруму (ІІІ), додаємо 30 мл 0,01М розчину сульфосаліцилової кислоти і 5 мл ацетатного буферного розчину і доводимо обєм розчину до 50 мл дистильованою водою. Розчин через 10 хвилин фотометруємо відносно розчину порівняння. Середнє арифметичне трьох вимірювань приймаємо за результат визначення оптичної густини досліджуваного розчину. Використовуючи градуювальний графік, знаходимо значення С(Fe3+ ) [13].

Таблиця 3.5

Отримані результати для побудови градуювального графіка

Рис.3. Градуювальний графік для фотометричного визначення Fe (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою (рН=4,0)

Таблиця 3.6

Отримані експериментальні дані з визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою (рН=4)

Методика визначення Купрум (ІІ) у вигляді аміакату фотометричним методом

Метод заснований на утворенні комплексної сполуки йонів купруму з аміаком, що володіє інтенсивним синє-фіолетовим забарвленням.

Процес взаємодії йонів купруму з аміаком носить ступінчастий характер:

Сu2+ + NH3 [Cu(NH3)]2+,

Сu2+ + 2NH3 [Cu(NH3)2]2+,

Сu2+ + 3NH3 [Cu(NH3)3]2+,

Сu2+ +4 NH3 [Cu(NH3)4]2+.

Так як стійкість комплексів,що утворюються відрізняється мало, то в розчині буде знаходитись суміш декількох аміакатів купруму, кількісне співвідношення яких залежить від концентрації аміаку, що присутній в розчині.

Обладнання і реактиви

Фотометр ФЕК-56М, КФК-2

Мірні колби, 50 мл

Градуйовані піпетки, 5 мл, 10 мл

Робочий розчин солі купруму, що містить 1 мг купруму в 1 мл.

Наважку 3,931 г хч CuSO45H2О розчиняємо в 25 мл 2М розчину H2SO4, доводимо обєм розчину до 1 л дистильованою водою.

Аміак, 5% розчин

Приготування стандартних розчинів. Готуємо пять стандартних розчинів, що містять 2,5; 5; 7,5; 10; 12,5 мг купруму в 50 мл. Для цього в мірні колби місткістю 50 мл переносимо робочий розчин солі купруму, що містить 2,5; 5; 7,5; 10; 12,5 мг купруму, додаємо в кожну колбу 10 мл 5% розчину аміаку та доводимо обєм кожного розчину до 50 мл дистильованою водою.

Виконання роботи

Побудова градуювального графіка. Фотометруємо всі розчини відносно розчину порівняння.Одержені результати заносимо до табл.3.7. Кожне вимірювання повторюємо три рази і за середнім значенням в координатах А - С(Fe3+ ) будуємо градуювальний графік (рис. 4).

Визначення вмісту Купруму в розчині. До розчину, що містить сіль купруму, додаємо 10 мл 5% розчину аміаку і доводимо обєм розчину до 50 мл дистильованою водою. Розчин через 10 хвилин фотометруємо відносно розчину порівняння. Середнє арифметичне трьох вимірювань приймаємо за результат визначення оптичної густини досліджуваного розчину. Використовуючи градуювальний графік, знаходимо значення С(Cu2+ ) [13].

Таблиця 3.7

Отримані результати для побудови градуювального графіка

Рис. 4. Градуювальний графік для визначення Купрум (ІІ) у вигляді аміакату фотометричним методом

Таблиця 3.8

Отримані експериментальні дані з визначення Купрум (ІІ) у вигляді аміакату фотометричним методом

3.2 Експериментальна робота

Нами виконані основні розрахунки для отриманих експериментальних даних вмісту йонів ферум (ІІІ) та купрум (ІІ) в розчинах, де невідома їхня концентрація. Вимірювання проводилося чотирма різними методиками (три для визначення йонів феруму (ІІІ) та одна для визначення йонів купруму (ІІ)).

Нами отримані наступні характеристики запропонованих методик: середнє арифметичне, стандартне відхилення, дисперсія та інші. На основі цих характеристик можна сказати, що правильність аналізу (ступінь адекватності концентрації інгридієнта, що визначається, його дійсному вмісту в обєкті, який аналізується), яка характеризується значенням стандартного відхилення для фотометричного визначення Fe (ІІІ) у формі тіоціанатного комплексу складає 0,0383 мг/мл, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою - 0,0805 мг/мл, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою (рН=4) - 0,1072 мг/мл, а для з визначення Купрум (ІІ) у вигляді аміакату фотометричним методом - 1,0089 мг/мл. Відтворюваність (характеристика випадкової похибки), що визначається за допомогою відносного стандартного відхилення (Sr = S / x 100), для фотометричного визначення Fe (ІІІ) у формі тіоціанатного комплексу складає 7,9%, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою - 9,4%, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою (рН=4) - 8,3%, а для з визначення Купрум (Іі) у вигляді аміакату фотометричним методом - 76,9%. Точність аналізу, що характеризується величиною довірчого інтервалу середнього значення, який визначають як , де t(p) - t - розподіл (для n = 3 та ймовірності Р = 0,95 t(p) = 3,18). Тому точність для для фотометричного визначення Fe (ІІІ) у формі тіоціанатного комплексу складає 0,084 0,0122 мг/мл, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою - 0,1718 0,0224 мг/мл, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою (рН=4) - 0,223 0,0341 мг/мл, а для визначення Купрум (ІІ) у вигляді аміакату фотометричним методом - 2,27 0,3208 мг/мл.

Таблиця 3.9

Кількісні характеристики методик аналізу

ВИСНОВКИ

1. У результаті огляду літературних джерел нами досліджені основи розрахункових методів у рамках аналітичної хімії. Розглянуті особливості хімічного експерименту та особливості аналізу отриманих експериментальних даних методик кількісного хімічного аналізу.

2. Описані аналітичні властивості катіонів d-елементів IV періоду. Опрацьовані та використані фотометричні методики виявлення катіонів Fe3+, Cu2+.

3. Розраховані основні аналітичні характеристики.

Правильність аналізу для фотометричного визначення Fe (ІІІ) у формі тіоціанатного комплексу складає 0,0383 мг/мл, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою - 0,0805 мг/мл, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою (рН=4) - 0,1072 мг/мл, а для з визначення Купруму у вигляді аміакату фотометричним методом - 1,0089 мг/мл. Відтворюваність аналізу для фотометричного визначення Fe (ІІІ) у формі тіоціанатного комплексу складає 7,9%, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою - 9,4%, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою (рН=4) - 8,3%, а для визначення Купруму у вигляді аміакату фотометричним методом - 76,9%. Точність аналізу для для фотометричного визначення Fe (ІІІ) у формі тіоціанатного комплексу складає 0,084 0,0122 мг/мл, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою - 0,1718 0,0224 мг/мл, для визначення Ферум (ІІІ) із сульфосаліциловою кислотою (рН=4) - 0,223 0,0341 мг/мл, а для визначення Купруму у вигляді аміакату фотометричним методом - 2,27 0,3208 мг/мл.

Відмінність між середніми результатів, отриманих за всіма методиками є істотною, а власне самі результати є різними, що вказує на наявність систематичних та випадкових похибок у виконанні методик аналізу.

Список використаних джерел

1. Жаровський Ф.Г. та ін. Аналітична хімія: Підручник. 2-е вид. перероб. І доп. - К.: Вища школа, 1982. - 544 с.

2. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия: в двух книгах: кн.1. - М.: Химия, 1990. - 480 с.

3. Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. 5-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1986. - 432 с.

4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - 6-е изд., перераб и доп. - М.: Химия, 1989. - 447 с.

5. Коренман И.М. Методы количественного химического анализа: Справочник. - М.: Химия, 1989. - 128 с.

6. Золотов Ю.А. Аналитическая химия: проблемы и достижения / Рос.АН, Ин-т геохимии и аналит. химии им. В.И. Вернадского - М.: Наука, 1992. - 285 с.

7. Бончев П.Р. Введение в аналитическую химию / Перевод с болг. О.П. Талрова; Под ред. Б.И. Лобова. - Л.: Химия, Ленингр. отд-ние, 1978. - 496 с.

8. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч.Ч.2. Физико-химические методы анализа: Учеб. для хим.-технолог. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 383 с.

9. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Аналитическая химия физико-химические методы анализа: Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 1991. - 256 с.

10. Аналитическая химия: учебное пособие для техникумов / И.А. Попадич, С.Е.Траубенберг, Н.В.Осташенкова, Ф.А.Лысюк. -М.: Химия, 1989. - 240 с.

11. Аналітична хімія: Навч. посіб. для фармац. вузів та ф-тів ІІІ - IV рівня акредитації / В.В. Колісник, Т.В. Жукова та ін. - Х.: Вид-во НфаУ; оригінал, 2007.

12. Більченко М.М. Лабораторний практикум з аналітичної хімії. Кількісний аналіз: Навчальний посібник. -Суми: ВТД «Університетська книга», 2007. - 142 с.

13. Практикум по физико-химическим методам анализа / под ред. О.М.Петрухина. М.: Химия, 1987. - 248 с.

14. Практикум по аналитической химии: Учеб. пособие для фармац. ин-тов и фармац. фак. мед. ин-тов.Пономарев Д.И., Иванова Л.И., Самокиш И.И. и др. / Под ред. В.Д Пономарева, Л.И. Ивановой. -М.: Высш. шк., 1983. - 271 с.

15. Шульпин Г.Б. Химия для всех: Основные понятия и простейшие опыты. - М.: Знание, 1987. - 140 с.

16. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия: в двух книгах: кн.1. - М.: Химия, 1990, 481 - 846 с.

17. Бабков А.В. и др. Практикум по общей химии с элементами количественного анализа. Под ред. А.В. Бабкова. Учеб. пособие для мед. ин-тов., М.: «Высш. Школа», 1978. - 168 с.

18. Полеес М.Э., Душечкина И.Н. Аналитическая химия. - М.: Медицина, 1987. - 400 с.

19. Чарыков А.К. Математическая обработка результатов химического анализа. Учебное пособие. Л., Изд-во Ленингр. ун-та, 1977. - 120 с.

20. Хемометрика / М.А. Шараф, Д.Л. Иллмэн, Б.Р.Ковальски: Пер. с англ. - Л.: Химия, 1989. - 272 с.

21. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 2. Физико-химические методы анализа: Учеб. для химико-технолог. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 384 с.

Размещено на Allbest.ru