Кафедра промышленной экологии и химии

Стр 1 из 6Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра промышленной экологии и химии

М.К. Малыбаева, Ж.Х. Хожина, А.К. Карилхан, А.А. Жорабек

Методическое пособие для выполнения лабораторной работы по аналитической химии спектрофотометрическим методом

для студентов специальностей 5В072100 «Химическая технология органических веществ», 5В070100 «Биотехнология»

Караганда 2014

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Кафедра промышленной экологии и химии

М.К. Малыбаева, Ж.Х. Хожина, А.К. Карилхан, А.А. Жорабек

для студентов специальностей 5В072100 «Химическая технология органических веществ», 5В070100 «Биотехнология»

Караганда 2014

УДК:

Малыбаева М.К., Хожина Ж.Х., Карилхан А.К., Жорабек А.А.

Методическое пособие к лабораторным занятиям разработано в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины «Аналитическая химия». – Караганда: КарГТУ, 2014. – 30 с.

Руководство к лабораторным занятиям разработано в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины «Аналитическая химия». Приведено описание восьми лабораторных работ и включают все необходимое сведения по выполнению лабораторной работы, сопровождающееся кратким теоретическим введением из одноименного курса, разделом техники безопасности и списком рекомендованной литературы.

Руководство к лабораторным занятиям предназначено для студентов специальностей 5В072100 «Химическая технология органических веществ», 5В070100 «Биотехнология».

Рецензенты: М.Ж.Букреев, доктор хим.наук.КарГУ

М.К. Ибраев, доктор хим.наук. КарГТУ

Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета

©Карагандинский государственный технический университет, 2014

Содержание

	Стр.
І Теоретическая часть Оптические методы анализа
Спектрофотометр LEKI SS2107
II Экспериментальная часть Общие требования
Лабораторная работа №1 Определение оптической плотности с помощью спектрофотометра
Лабораторная работа № 2 Спектрофотометрическое определение перманганат – иона
Лабораторная работа № 3 Определение меди (II) в виде аммиачного комплекса
Лабораторная работа № 4 Определение железа (III) в виде тиоцианатного комплекса
Лабораторная работа № 5 Фотоколориметрический анализ окрашенных веществ по собственному поглощению
Лабораторная работа № 6. Определение железа (III) в питьевой воде
Лабораторная работа №7 Определения железа (ІІІ) в белых винах
Лабораторная работа №8 Измерение спектра поглощения рибофлавина. Проверка закона Бугера – Ламберта – Бера
Список рекомендуемой литературы

ТЕОРЕТИЧЕСКая часть

1. Оптические методы анализа

1.1 Фотометрические методы анализа и теоретические основы

1.2 Спектрофотометр LEKI SS2107

1.1 Фотометрические методы анализа и теоретические основы

Методы анализа, основанные на измерении поглощения излучения молекулярной средой в видимой и УФ-областях, называют фотометрическими. В зависимости от длины волны, ширины полосы излучения и способа измерения интенсивности светового потока различают следующие фотометрические методы:

1) колориметрия – основана на визуальном сравнении интенсивности окраски анализируемого раствора с интенсивностью окраски раствора того же вещества известной концентрации (стандартный раствор).

2) фотоэлектроколориметрия – основана на измерении интенсивности света в видимой части спектра; для монохроматизации света применяются светофильтры;

3) спектрофотометрия – основана на применении монохроматического света как в видимой, так и ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра; для монохроматизации света применяются дифракционные решётки и призмы.

Единой теоретической базой всех разновидностей фотометрии является закон Бугера – Ламберта – Бера:

A = k ∙ l ∙ c (1.1)

Коэффициент поглощения k в данном выражении равен оптической плотности при единичной концентрации и толщине слоя и в зависимости от способа выражения последних, может иметь разные единицы измерения. В количественном анализе обычно выражают концентрацию в молях на литр, а толщину слоя – в сантиметрах, тогда k называют молярным коэффициентом поглощения иобозначают буквой e. Физический смысл e: это оптическая плотность 1 моль/дм³ раствора, измеренная в кювете с l = 1 см. Молярный коэффициент поглощения – важнейшая молекулярная характеристика, не зависящая от концентрации итолщины поглощающего слоя. Она может служить объективным критерием чувствительности фотометрического определения.

Светопоглощение подчиняется также закону аддитивности: оптическая плотность смеси веществ равна сумме оптических плотностей каждого из них (при условии подчинения закону Бугера – Ламберта – Бера). Для одной и той же длины волны и толщины слоя для смеси веществ

A = ε ₁∙ l₁∙ c₁+ ε ₂∙ l₂∙ c₂ + …ε _n ∙ l_n ∙ c_n (1.2)

Отклонения от закона Бугера – Ламберта – Бера. Поведение поглощающих свет систем подчиняется закону Бугера – Ламберта – Бера при определенных условиях. При нарушении этих условий молярный коэффициент поглощения изменяется. Если он уменьшается, наблюдаются отрицательные отклонения от закона, если возрастает – положительные отклонения. Причины отклонений от основного закона светопоглощения могут быть кажущимися и истинными . Кажущиеся причины, обусловленные немонохроматичностью светового потока, рассеянием света и случайными излучениями, называют инструментальными , а вызванные химическими взаимодействиями – химическими . Истинные причины связаны с изменениями в окружении поглощающих частиц при повышении концентрации и с допущениями, сделанными при выводе основного закона светопоглощения.

Представление спектров поглощения. Спектр поглощения вещества – графическое изображение распределения поглощаемой энергии по длинам волн. Способы представления спектров различаются величинами, откладываемыми по осям абсцисс и ординат. По оси ординат откладывают оптическую плотность, логарифм оптической плотности, пропускание (в долях пропускания или в процентах). По оси абсцисс откладывают длину волны, частоту, волновое число. Выбор той или иной величины определяется стоящими перед исследователем задачами, областью спектра, величиной поглощения и т. п.

Для целей качественного анализа удобно представить спектр в координатах длина волны – молярный коэффициент поглощения. В случае подчинения закону Бугера – Ламберта – Бера независимо от концентрации спектр сохраняет свой вид. При отклонениях от закона наблюдается смещение максимума поглощения или другие изменения.

Измерение поглощения. Прибор для измерения светопоглощения состоит из ряда узлов, соединенных в определенной последовательности. Прибор должен выполнять две основные задачи: 1) разложить полихроматический свет по длинам волн и выделить нужный интервал длин волн; 2) оценить поглощение света веществом при выбранной длине волны.

Каждый прибор включает: источник излучения, устройство для выделения нужного интервала длин волн (монохроматор или светофильтр), кюветное отделение, детектор, преобразователь сигнала, индикатор сигнала (шкалу или цифровой счетчик). Порядок расположения узлов может быть разным (например, монохроматор может стоять до кюветы или после нее).

Типичные источники излучения в спектрофотометрии – лампа накаливания с вольфрамовой нитью, дейтериевая (водородная) лампа или галогенокварцевая лампа. Эти источники излучают в широкой области спектра, поэтому излучение нужно монохроматизировать. Приборы, в которых для монохроматизации используют монохроматоры, называют спектрофотометрами (отсюда – спектрофотометрический метод анализа), а те, в которых необходимый интервал длин волн выделяют светофильтром, называют фотоэлектроколориметрами (ФЭК).

В абсорбционной спектроскопии измеряется не абсолютное значение оптической плотности, а разность оптических, плотностей исследуемого раствора и раствора, оптическая плотность которого принята за нуль (раствор сравнения). Кювета, в которую помещают исследуемый раствор, называется рабочей, а кювета для раствора сравнения – кюветой сравнения. Обе кюветы должны быть по возможности идентичны. Основное требование к кюветам – прозрачность в области спектра, в которой ведется измерение оптической плотности. Для работы в видимой области кюветы изготовляют из стекла. В ультрафиолетовой области стекло непригодно: кюветы делают из кварца. По форме кюветы бывают прямоугольными и цилиндрическими.

Для некоторых работ требуются кюветы специальной конструкции. Для исследования кинетики реакций применяют термостатированные кюветы (с " рубашкой" из стекла, через которую циркулирует вода с определенной температурой). В автоматических установках используют проточные кюветы.

Для приема сигнала в видимой и УФ-областях обычно применяют фотоэлементы и фотоумножители. Наиболее употребительны сурьмяно – цезиевые (в диапазоне 180 – 650 нм) и кислородно – цезиевые (в диапазоне 600 – 1100 нм) фотоэлементы.

В зависимости от способа измерения различают одно- и двухлучевые приборы, от способа монохроматизации – фотоэлектроколориметры и спектрофотометры, от способа регистрации – визуальные, регистрирующие и нерегистрирующие приборы.

Фотоэлектроколориметры имеют простую конструкцию и пригодны для измерений в видимой и ближней (до 300 нм) УФ-областях. Оптические детали этих приборов изготовлены из стекла или просветленного стекла. Фотоэлектроколориметры используют чаще всего для проведения серийных определений концентраций веществ.

Спектрофотометр – оптический прибор, который разлагает световой поток на непрерывный спектр и позволяет измерять его на любой длине волны в пределах оптического диапазона. В качестве диспергирующего устройства, разлагающего свет на монохроматический, используется диспергирующая призма или дифракционная решетка.

Последовательность и месторасположение отдельных оптических элементов и систем на пути следования светового потока от источника света до детектора излучения в том или ином спектрофотометре характерны для данного прибора. Существенным для спектрофотометра является возможность непрерывной регистрации спектра, разрешающая способность.

Основные элементы спектрофотометра представлена на рисунке. Свет пропускается через монохроматор, чтобы обеспечить выбор желательной области спектра, которую нужно использовать для измерений. Щели нужны, чтобы выделить узкий луч света и, тем самым, улучшить цветную чистоту. Свет затем проходит через поглощающую ячейку (кювету), где часть излучательной энергии поглощается, в зависимости от природы и концентрации раствора. Не поглощенный свет попадает на фотоприемник (фотоэлемент, фотоумножитель, фотодиод и др.), преобразующий энергию излучения в электрический сигнал, величина которого может быть зарегистрирована измерительным устройством и выведена на стрелочный или цифровой индикатор.

Рисунок 1. Основные компоненты спектрофотометра

Лабораторные опыты показывают, что призма разлагает белый цвет на ряд составляющих, то есть белый цвет является сложным и состоит из цветов различных длин волн (частот). Энергия электромагнитного излучения, в свою очередь, связанная с частотой знаменитой формулой Планка E = hϑ = hc/λ , пропорциональна частоте световой волны. Таким образом, ряд, составляющий белый цвет, можно определить по частотам (ϑ ), длинам волн (λ ) и энергиям (E):

Человеческий глаз воспринимает лучи с длиной волны от 400 до 750 нм (1 нм = 10-9 м). Такой спектр называется видимым, хотя весь набор электромагнитных колебаний простирается довольно широко (таблица 1).

Таблица 1-Фрагмент шкалы электромагнитного излучения

Ультрафиолетовая область	Видимая область	Инфракрасное излучение
400 нм 750 нм

Не вдаваясь в более детальную классификацию, можно определить, что электромагнитные колебания с длиной волны больше 750 нм – инфракрасное излучение, 750–400 нм – видимая область, колебания, имеющие длины волн короче 400 нм –ультрафиолетовое излучение. Цвет вещества является результатом избирательного поглощения определенных участков электромагнитного излучения в непрерывном спектре падающего белого света. Например, если тело поглощает красные лучи, то оно кажется окрашенным в зеленый цвет; если же тело поглощает синевато-зеленоватые лучи, оно кажется нашему глазу красным. Из сказанного следует, что при смешении рассеянных лучей с поглощенными, при их совместном действии должно получаться впечатление белого света. Следовательно, рассеянные и поглощенные лучи дополняют друг друга в белом свете, поэтому они называются взаимно дополнительными или просто дополнительными лучами.

Таблица 2- Цвет соединений, имеющих одну полосу поглощения в видимой части спектра (при облучении дневным светом)

Подобное явление происходит и в том случае, когда бесцветный луч падает на какой-либо раствор. Если часть падающих лучей поглощается раствором (абсорбируется), то раствор получает в проходящем свете дополнительную окраску (предполагается, что при этом отсутствуют такие явления, как флуоресценция).

Какова же природа возникновения цвета вещества?

Как известно, электроны атомов и молекул не могут принимать произвольные значения энергии и менять ее на сколь угодно малую величину. Квантовая механика определяет конкретные уровни энергий, на которых может находиться электрон в зависимости от природы вещества и его электронной

структуры. Таким образом, энергия электрона может изменяться в соответствии с квантовыми числами только дискретно. На рис. 2 представлена энергетическая диаграмма произвольной молекулы вещества.

Рисунок 2. Диаграмма молекулярных уровней и возможный переход

электрона с занятого уровня S₀ на свободный S₁

Электроны располагаются на орбиталях. В молекуле есть также незаселенные в нормальном состоянии орбитали, называемые разрыхляющими. Они соответствуют энергетическим уровням возбужденных состояний и обозначаются как σ * и π * в зависимости от способа перекрывания электронного облака.Поглощение излучения приводит к переходу электрона на разрыхляющую орбиталь. Чаще всего происходят переходы электронов с π и валентных (n) орбиталей на π *-орбитали. Предположим, валентные электроны расположены на уровне S₀ c энергией E₀. Очевидно, что увеличить свою энергию электрон может только перейдя на уровень S₁, то есть поглотив квант с энергией Δ E = E₁ – E₀ = hϑ. Таким образом, природа вещества и прежде всего его электронная структура предопределяют, какие кванты (hϑ ), а следовательно, какой цвет она может абсорбировать из общего потока фотонов. Поскольку цвет, характеризующийся частотой hϑ, абсорбируется из общего электромагнитного потока, то и вещество в проходящем свете приобретает соответствующую окраску. На рис. 2 представлен спектр поглощения иона Ti(H₂ O)₆³⁺. Максимум поглощения отвечает длине волны 493 нм, что соответствует желто-зеленому цвету. Вследствие этого ион имеет фиолетово-красную окраску (цвет дополнительный до белого). Примеры между цветом поглощенного света и цветом веществ представлены в табл. 2. Из сказанного следует два очевидных вывода:

1. Если белый свет, падая на какое-либо тело, полностью рассеивается им, то такое тело кажется нашему глазу бесцветным или белым. Наоборот, если все падающие на тело лучи белого цвета им поглощаются, то получается впечатление черного цвета. Наконец, тела, поглощающие одни из падающих

простых лучей и рассеивающие другие, кажутся нашему глазу окрашенными.

2. Окрашенные вещества поглощают электромагнитное излучение в видимой части спектра.

Рисунок 3. Спектр поглощения Ti(H₂ O)₆³⁺в видимой области

1.2 Спектрофотометр LEKI SS2107

Универсальный однолучевой спектрофотометр для измерения коэффициентов пропускания, оптической плотности и концентрации растворов в видимом диапазоне волн. Прибор разработан c учетом требований аналитической практики и используется в лабораториях экологического контроля, производственных лабораториях различных отраслей промышленности (технологический контроль сырья и готовой продукции), качественного и количественного анализа в учебных и научных лабораториях. 2

Особенности

- Микропроцессорное управление

- Электронная установка длины волны

- Автоматическое тестирование оптической системы спектрофотометра

- Информативный графический ЖК дисплей и брызгозащищенная пленочная клавиатура

- Встроенное ПО для количественного анализа без подключения к ПК

- Сканирование по длине волны и кинетический режим при подключении к ПК, ПО входит в комплект поставки

- Энергонезависимая память для хранения данных и калибровочных кривых

- Большое кюветное отделение для установки кювет с длиной оптического пути до 100 мм и дополнительных приставок

- Корпус и кюветное отделение из химически стойкого пластика

II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Общие требования

Учебная группа делится на группы по 2–3 человека, каждая из которых выполняет конкретную лабораторную работу по названной теме. На следующем занятии бригадам предлагаются лабораторные по новым темам. Таким образом, в течение практикума каждый студент выполняет ряд работ по составленному преподавателем графику.

К каждой лабораторной студенты допускаются только после собеседования (допуска) с преподавателем. Для получения допуска могут быть использованы краткие письменные опросы или решение тестовых заданий. В целях самоподготовки в конце лабораторных работ приведены вопросы. Основной теоретический материал, необходимый для понимания и усвоения изучаемой темы и выполнения лабораторных работ по ней, приведен в начале каждой темы и отражен в сущности лабораторной работы. Более подробно и глубоко теоретический материал излагается на лекциях и в изданиях. Для контроля полученных знаний после выполнения всех лабораторных студенты пишут контрольную работу с последующей защитой. В нее включаются теоретические вопросы по изученным методам анализа, вопросы по лабораторным работам и задания по типовым расчетам результатов анализа. Для подготовки к контрольной следует использовать список вопросов, который приведен в конце каждого раздела данного пособия. Студенты, выполнившие все необходимые лабораторные работы и успешно защитившие контрольную, допускаются к сдаче аттестаций, который проводится в устной либо письменной форме.

Правила работы с кюветами

При выполнении лабораторных работ по спектрофотометрии используют специальные пластмассовые или стеклянные кюветы. Работая с ними, необходимо выполнять следующие правила.

1. Грани кювет, через которые будет проходить световой поток, называют рабочими гранями. На них указана длина кюветы (мм) и нанесена отметка уровня жидкости.

2. Кюветы следует держать за боковые - матовые грани, через которые не будет проходить световой поток.

3. Перед работой кюветы необходимо тщательно вымыть и обязательно несколько раз ополоснуть дистиллированной водой.

4. Перед наполнением кювет их следует изнутри ополоснуть заливаемыми растворами. При этом удаляются остатки воды.

5. Растворы в кюветы нужно наливать до специальной горизонтальной отметки на грани кюветы. Нельзя наливать растворы выше этого уровня, так как раствор может пролиться в кюветном отсеке.

6. Перед помещением кювет в кюветодержатель рабочие грани следует протереть фильтровальной бумагой. На них не должно остаться капелек раствора, ворсинок, отпечатков пальцев.

7. Для предотвращения проливания растворов, находящихся в кюветах, перемещение каретки спектрофотометра надо осуществлять медленно и плавно.

Оптимальной длиной волны света является та длина λ max, при которой наблюдается максимальное светопоглощение Аmax. При этом величина коэффициента поглощения будет наибольшей, поэтому возможны определения при низких концентрациях. Это, в свою, очередь важно для соблюдения закона Бугера – Ламберта – Бера.

Для выбора длины волны или светофильтра следует использовать самый концентрированный из градуировочных растворов и раствор сравнения, который содержит все компоненты пробы, кроме определяемого. Если длина кюветы не указана в описании лабораторной работы, то из набора кювет выбирают две одинаковые: длиной 0, 5 или 1, 0 см.

Одну кювету заполняют раствором сравнения, а другую – раствором определяемого компонента.

С помощью спектрофотометра измеряют оптическую плотность раствора при различных длинах волн, начиная с 350 нм и заканчивая 700 нм.

Оформление лабораторных работ и составление отчета

Лабораторные работы оформляются в отдельной тетради. Записи надо выполнять аккуратно, недопустимо вести их карандашом, а так же на отдельных листочках или черновиках.

В отчет о лабораторной работе обязательно заносят результаты всех измерений и расчеты. Это необходимо для проверки правильности выполнения работы. Также это дает возможность внести необходимые изменения и уточнения в выполнение эксперимента или расчета.

По каждой выполненной работе отчет составляется студентом индивидуально и предоставляется преподавателю для проверки. В нем обязательно отражаются:

1) дата выполнения работы;

2) название и номер лабораторной работы;

3) цель лабораторной работы;

4) используемые реактивы и оборудование;

5) уравнения протекающих химических реакций;

6) экспериментальные данные и расчеты (очень подробно, с соблюдением правил записи результатов и единиц измерений);

7) на миллиметровой бумаге или с помощью компьютера строятся градуировочные графики либо кривые титрования (обязательно вклеиваются в лабораторный журнал);

8) оценка погрешности определения (после проверки результата преподавателем).

При записи тетради необходимо уделять особое внимание точности измерений и записи их результатов (см. табл. 2.2).

Таблица 2.2

Измеряемая величина	Средство измерения	Пример записи	Точность измерения
V, мл (при использовании точной мерной посуды)	Пипетка, бюретка	25, 00	±0, 05
Мерная колба	100, 0	±0, 1
V, мл (при использовании мерной посуды с ориентировочными делениями)	Мерный стакан, мерный цилиндр, мензурка		±1
m, г	Аналитические весы	0, 1235	±0, 0001
Технические весы	0, 17	± 0, 01
Другие аналитические сигналы: χ, мСм/см; Е, мВ; рН; I, мА, мкА; А; Акаж; nD²⁰	Приборы стрелочного типа	С точностью, не пре- вышающей 1/2 цены де- ления на конкретном участке шкалы
	Приборы с цифровым табло	С точностью, соответствующей минимально возможной дискретно- сти показаний табло

Соблюдение определенных правил, связанных с точностью расчета величин (см. табл. 2.3), и правил округления чисел является обязательным.

Таблица 2.3 - Точность расчета величин

Рассчитываемые величины	Точность расчета	Пример записи
m, г	0, 0001	0, 1278
w, %	0, 01	8, 65
w, доли ед.	0, 0001	0, 0865
Атомная масса, молярная масса, г/моль	С точностью, указанной в периодической таблице химических элементов или справочниках	15, 9994
С, моль/л	4 значащие цифры	0, 1025
r, г/л	0, 09 168
n, моль, ммоль	6, 728
Другие величины	Должна соответствовать точности наименее точной величины, взятой для расчета

Лабораторная работа №1

Таблица 2.3

№	CuSO₄(%)	ρ _опт.
	0, 5%
	1%
	2%
	3%
	4%
	5%

Готовят кюветы к работе, как описано по правиле работы с кюветами. Далее заполняют одну кювету раствором сравнения, вторую – приготовленным стандартным раствором CuSO₄_. Заполняют кювету анализируемым раствором и измеряют его оптическую плотность Ах при выбранной длине волны λ max относительно раствора сравнения. Кюветы помещают в кюветное отделение спектрофотометра, крышку плотно закрывают. Рукояткой выбора длин волн устанавливают длину волны 400 нм. Пользуясь инструкцией к прибору или указаниями преподавателя, измеряют величину оптической плотности.

Контрольные вопросы и задания

1. Объяснить сущность спектрофотометрического определения плотности меди.

2. По какой причине перемешивание растворов повышает воспроизводимость результатов фотонефелометрических определений?

3. Почему оптическую плотность суспензии измеряют не сразу, а спустя определённое время после её получения?

4. Назовите основные узлы спектрофотометра. Какие монохроматоры используют в спектрофотометрах?

5. Аналитические возможности метода спектрофотометрии.

6. Какие приемы определения неизвестной концентрации можно

использовать в спектрофотометрии?

Лабораторная работа № 2

Выполнение работы

1. Подготовка спектрофотометра к работе.

Спектрофотометр включают в сеть и прогревают 30 мин.

2. Приготовление разбавленного стандартного раствора KMnO₄.

В мерную колбу вместимостью 100, 0 мл пипеткой вносят 5, 0 мл исходного 0, 0100 М раствора перманганата калия и с помощью мерного цилиндра добавляют 5 мл раствора серной кислоты. Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

Рассчитывают молярную концентрацию приготовленного раствора перманганата калия С(MnO₄‾ ), моль/л, по формуле (2.1):

(2.1)

где, С ст. р-ра– концентрация стандартного раствора KMnO₄ (моль/л);

Vст. р-ра – объем стандартного раствора KMnO₄ (мл);

Vмерн. колбы– объем мерной колбы (мл).

3. Приготовление раствора сравнения.

Для приготовления раствора сравнения в мерную колбу вместимостью 100, 0 мл добавляют 5 мл раствора H₂SO₄, доводят объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

4. Получение спектров поглощения.

Готовят кюветы к работе, как описано по правиле работы с кюветами. Далее заполняют одну кювету раствором сравнения, вторую – приготовленным стандартным раствором KMnO₄.

Кюветы помещают в кюветное отделение спектрофотометра, крышку плотно закрывают. Рукояткой выбора длин волн устанавливают длину волны 400 нм.

Вращать рукоятку следует в сторону увеличения длин волн. Если при этом шкала повернется на большую величину, то следует возвратить ее назад на 3–5 нм и снова подвести к требуемому делению. Пользуясь инструкцией к прибору или указаниями преподавателя, измеряют величину оптической плотности. Результат измерения записывают в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Данные для построения спектра поглощения KМnO₄

λ, нм					и т. д.
А

Рукояткой выбора длин волн устанавливают длину волны 410 нм и снова определяют величину оптической плотности.

Аналогичным образом проводят измерения оптической плотности в диапазоне длин волн 400–600 нм, изменяя длину волны каждый раз на 10 нм. Вблизи 550 нм измерения оптической плотности следует проводить, изменяя длину волны на 5 нм. Все данные заносят в табл. 2.4.

5. Расчет коэффициента молярного поглощения при λ max.

По полученным данным строят график в координатах A – λ, нм. По графику выбирают длину волны, соответствующую максимальному поглощению λ max и рассчитывают значение коэффициента поглощения ε по формуле (2.2):

(2.2)

где, А – оптическая плотность при выбранной длине волны λ max;

– концентрация стандартного раствора KMnO₄ (моль/л);

l –длина кюветы (см).

6. Проведение анализа.

Получают анализируемый раствор KMnO₄ в мерную колбу (100, 0 мл). К полученному раствору добавляют 5 мл раствора H₂SO₄ и доводят до метки дистиллированной водой. Заполняют кювету анализируемым раствором и измеряют его оптическую плотность Ах при выбранной длине волны λ max относительно раствора сравнения.

Используя измеренную величину оптической плотности и рассчитанное значение коэффициента поглощения, находят концентрацию перманганат-иона в анализируемом растворе

(2.3)

где, Ах – оптическая плотность анализируемого раствора при длине волны λ max;

ε – молярный коэффициент поглощения KMnO₄ при длине волны λ max;

l – длина кюветы (см).

Вопросы для защиты работы № 2

1. Назовите основные узлы спектрофотометра. Какие монохроматоры используют в спектрофотометрах?

2. Аналитические возможности метода спектрофотометрии.

3. Какие приемы определения неизвестной концентрации можно

использовать в спектрофотометрии?

Лабораторная работа № 3

Выполнение работы

Перед выполнением анализа необходимо включить фотоколориметр в сеть и прогреть в течение 30 мин.

1. Приготовление градуировочных растворов.

В мерную колбу (100, 0 мл) отбирают мерной пипеткой 3, 00 мл стандартного раствора CuSO₄ (Т(Cu²⁺) = 1 мг/мл). В эту же колбу добавляют 20 мл 5%-ного водного раствора аммиака, который отмеряют мерным цилиндром. Объем раствора в колбе доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

Аналогичным образом готовят еще четыре градуировочных раствора. Для их приготовления надо отбирать в мерные колбы объемом 100, 0 мл соответственно 5, 00; 7, 00; 10, 00 и 15, 00 мл стандартного раствора CuSO₄. В каждую колбу добавляют 20 мл раствора аммиака и затем разбавляют водой до метки. Далее необходимо рассчитать концентрацию каждого из полученных градуировочных растворов Т(Cu²⁺), мг/мл, по формуле (2.4):

(2.4)

где, Тст. р-ра – титр исходного раствора Cu²⁺, мг/мл;

Vст. р-ра – отобранный объем раствора Cu²⁺, мл;

Vмерн. rолбы – объем мерной колбы, мл.

2. Приготовление раствора сравнения.

В качестве раствора сравнения используют раствор, содержащий все компоненты, кроме соли меди (II). Для его приготовления в мерную колбу (100, 0 мл) мерным цилиндром отбирают 20 мл раствора аммиака. Объем раствора в колбе доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

3. Выбор условий проведения анализа.

Кюветы с самым концентрированным градуировочным раствором и раствором сравнения помещают в кюветный отсек прибора.

В соответствии с указаниями, приведенными на с. 11, проводят выбор длины волны или подбирают светофильтр, который используют для анализа. Выбранную длину волны (или светофильтр) записывают в лабораторный журнал. Все дальнейшие измерения проводят, не меняя светофильтр.

4. Измерение оптических плотностей приготовленных градуировочных растворов.

Пользуясь инструкцией к прибору или указаниями преподавателя, последовательно определяют величину оптической плотности (А) для каждого градуировочного раствора относительно раствора сравнения. При этом раствор сравнения из кюветы выливать не следует. Один и тот же раствор используется при всех измерениях.

Результаты измерений записывают в табл. 2.5.

Таблица 2.5.

Лабораторная работа № 4

Выполнение работы

Перед выполнением анализа необходимо включить фотоколориметр в сеть и прогреть в течение 30 мин.

1. Приготовление градуировочных растворов.

Для приготовления градуировочных растворов в мерную колбу (50, 0 мл) мерной пипеткой отбирают 1, 00 мл стандартного раствора соли железа с Т(Fe³⁺) = 0, 1 мг/мл. В эту же колбу добавляют 1 мл раствора азотной кислоты и 5 мл раствора тиоцианата аммония, которые отмеряют мерным цилиндром. Объем раствора в колбе доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Аналогичным образом готовят остальные градуировочные растворы. Для их приготовления в мерные колбы (50, 0 мл) отбирают соответственно 2, 00; 3, 00; 4, 00 и 5, 00 мл стандартного раствора соли железа (III). В каждую колбу добавляют 1 мл раствора азотной кислоты и 5 мл раствора тиоцианата. Далее рассчитывают титр каждого из полученных градуировочных растворов Т(Fe³⁺), мг/мл:

(2.6)

где, Тст. р-ра– титр исходного стандартного раствора железа (III), мг/мл;

Vст. р-ра– отобранный объем стандартного раствора железа (III), мл;

Vмерн. Колбы – объем мерной колбы, мл.

2. Приготовление раствора сравнения.

В качестве раствора сравнения используют раствор, содержащий все компоненты, кроме соли железа (III).

Для его приготовления в мерную колбу (50, 0 мл) мерным цилиндром отбирают 1 мл азотной кислоты и 5 мл тиоцианата. Объем раствора в колбе доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

3. Выбор условий проведения анализа.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒