Косвенные инструментальные методы анализа

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

В процессе титрования происходит изменение концентрации реагирующих веществ, что сопровождается изменением какой-либо величины (свойства), связанной с составом раствора. Линия, изображающая в соответствующей системе координат ход изменения какого-либо свойства раствора в процессе титрования, называется кривой титрования. Форма кривых титрования зависит от типа протекающей реакции, природы реагирующих веществ, закономерности изменения измеряемой величины. Кривые титрования имеют вид нескольких прямых с точкой перегиба в конце титрования каждого компонента, которую используют для установления объема реагента, соответствующего конечной точке титрования (V_ктт) (рис. 1.2 а, б). V_ктт с достаточной точностью можно принять за эквивалентный объем (V_экв) и использовать для количественных расчетов.

С помощью инструментального титрования можно анализировать смеси веществ, если: а) в реакциях нейтрализации pK титруемых кислот или оснований отличаются не менее чем на 4 единицы; б) в реакциях осаждения и комплексообразования произведения растворимости или константы устойчивости отличаются в 10000 раз и более; в) в реакциях окисления и восстановления стандартный окислительно-восстановительные потенциалы титруемых окислителей или восстановителей отличаются не менее чем на 0,2 В. На кривых титрования смеси веществ наблюдаются несколько скачков, изломов или максимумов (рис. 1.2 в, г)

Объем, соответствующий конечной точке титрования (V_ктт) каждого компонента, определяют, проводя касательные к различным участкам на кривой титрования. Из точек пересечения касательных опускают перпендикуляр на ось абсцисс.

Рис. 1.2. Кривые амперометрического (а), потенциометрического (б, в), кондуктометрического (г) титрования.

2. Примеры решения типовых задач по
физико-химическим методам анализа

Перед решением задачи внимательно прочитайте ее условие и установите, какой из методов – прямой или косвенный использован в ней. Некоторые задачи по различным методам анализа могут иметь общее решение. Например, прямой метод градуировочного графика используется: в спектрофотометрии, рефрактометрии, потенциометрии, полярографии, кондуктометрии, хроматографии и т.д., и решение подобных задач основано на построении градуировочного графика зависимости какого-либо свойства стандартных растворов (оно разное в разных методах) от концентрации. Зависимость эта может быть прямой, обратной, полулогарифмической (рис. 1.1).

Зная количественную величину измеряемого свойства исследуемого раствора, по графику определяют его концентрацию. В пособии рассмотрены также примеры решения задач расчетным методом, методом сравнения, добавок, ограничивающих растворов.

В косвенных методах по кривой титрования определяют объем в конечной точке титрования (эквивалентный объем), который затем используют для расчета массы, количества или концентрации анализируемого компонента. При решении задач необходимо привести уравнения протекающих реакций, подробный ход решения с кратким объяснением и математическими преобразованиями; недопустимо в решении приводить только цифры.

Ссылки на некоторые формулы приведены для учебного пособия Л.С. Сизова, В.П. Гуськова, Микилева Г.Н. «Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа», часть I.

Оптические методы анализа

Пример 1. Для определения натрия в молоке 5 см³ его разбавили в мерной колбе на 100 см³ и эмиссионной пламенной фотометрией проанализировали его и два стандартных раствора. В результате анализа были получены следующие данные:

C(Na⁺)мкг/см³	15	30	x
I, мкА	42,5	70,5	61

Рассчитать содержание натрия в молоке (мг/дм³).

Решение:

В эмиccионной пламенной фотометрии величина фототока I тем больше, чем больше концентрация раствора. Из условий задачи видно, что I_1ст>I_x>I_2ст, т.е. один стандартный раствор имеет большую концентрацию, а другой – меньшую, чем анализируемый раствор. Следовательно, в данном примере использован метод ограничивающих растворов, и для решения можно воспользоваться формулой (1.7):

Так как проба молока была разбавлена, содержание натрия в молоке равно:

Пример 2. 5 г сыра озолили, полученную золу растворили в мерной колбе вместимостью 50 см³. Затем 5 см³ полученного раствора перенесли в мерную колбу вместимостью 25 см³, добавили молибдат аммония и воды до метки и измерили оптическую плотность при l=360 нм, в кювете толщиной 10 мм. Рассчитать содержание фосфора в 100 г сыра, если молярный коэффициент поглощения равен 4800, а оптическая плотность полученного раствора – 1,15.

Решение. Для решения используют основное уравнение фотометрии, уравнение Бугера–Ламберта–Бера, (часть I, формула 2.7):

Концентрацию фосфора до разбавления можно рассчитать по формуле: C₁V₁=C₂V₂ , следовательно:

Так как навеска была растворена в 50см³ раствора, содержание фосфора в 5 г сыра можно рассчитать по формуле:

Следовательно, в 100г сыра содержится фосфора:

Пример 3.Для определения жесткости артезианской воды провели фотоэлектрическое титрование 20 см³ ее комплексоном III в присутствии эриохрома черного T. Были получены следующие результаты титрования:

Объем комплексона III, см³	0,0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
Светопропускание, %	100	90	85	80	78,5	80	82	84

Рассчитать жесткость воды, если молярная концентрация эквивалента комплексона III равна 0,1000 моль/дм³.

Решение. Жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния и выражается в ммоль/дм³. Для решения задачи необходимо построить кривую титрования и определить объем, израсходованный на титрование (V_экв.).

Кривая фотоколориметрического титрования воды раствором комплексона.

Методом касательных определяем: V_экв= 1,75см³. Рассчитываем жесткость по закону эквивалентов:

С(Ca²⁺,Mg²⁺)·V(H₂O)=C_компл· V_компл

Пример 4. Для определения содержания железа в сточной воде мясокомбината по интенсивности люминесценции его со стильбексоном приготовили в соответствующих условиях стандартный раствор, содержащий 0,0586 г Fe₂O₃ (х. ч.) в 1 дм³. Затем отобрали определенный объем полученного раствора в мерную колбу вместимостью 100 см³, добавили стильбексон, довели до метки дистиллированной водой и измерили интенсивность люминесценции градуировочных растворов (в условных единицах):

Объем стандартного раствора, см³	0,5	1,0	1,5	2,0
Интенсивность люминесценции, у. е.	0,18	0,30	0,42	0,51

Затем к 50,00 см³ сточной воды добавили стильбексон, разбавили водой до 100 см³ и измерили интенсивность люминесценции, которая была равна 0,25 у. е. Рассчитать содержание железа в сточной воде (г/м³).

Решение.При данном определении железа приготовили серию стандартных растворов и измерили для каждого из них аналитический сигнал (интенсивность люминесценции), следовательно, использовали метод градуировочного графика (разд.1.1).

Рассчитаем содержание железа после растворения навески оксида железа.

M(Fe₂O₃) ––– 2M(Fe) M(Fe₂O₃)=159,89г/моль

m(Fe₂O₃) ––– m(Fe) М(Fe)=55,85г/моль

(1000 – коэффициент перевода дм³ в см³).

Содержание железа в стандартных градуировочных растворах равно:

V₁=0,5см³;

С(Fe)=m(Fe)·V=0,0406·0,5=

=0,0203мг/100см³

V₂=1,0см³

С(Fe)=0,0406·1,0=0,0406мг/100см³

V₃=1,5см³

С(Fe)=0,0406·1,5=0,0609мг/100см³

V₄=2,0см³

С(Fe⁺)=0,0406·2,0=0,0812 мг/100см³

На основании полученных данных строим градуировочный график и определяем содержание железа в сточной воде после ее разбавления. Содержание железа в 1м³ сточной воды с учетом разбавления рассчитываем по формуле:

коэффициент 10⁶ учитывает перевод м³ в см³.

Пример 5. Для люминесцентного определения рибофлавина (витамина В₂) в пищевом продукте методом добавок после соответствующей обработки 0,0500 г его получили раствор, интенсивность которого равна 22 условных единиц (у. е.). После добавления стандартного раствора, содержащего 15 мкг витамина В₂ интенсивность люминесценции стала равной 75 у. е. Определить массовую долю витамина В₂ в продукте, если интенсивность люминесценции холостого раствора равна 10 у. е.

Решение.

Дано: m_ст=15 мкг m_нав=0,0500г I_х=22 у. е. I_х+ст=75 у. е. I₀=10 у. е.

По условию задачи к исследуемому раствору добавлено известное количество витамина В₂, т.е. применяли метод добавок. Для расчета используем формулу (2.11, часть 1):

ω(B₂) – ?

Пример 6. Для определения массовой доли сахара в сиропе была приготовлена серия стандартных растворов сахарозы и измерены их показатели преломления.

ω, %	10	20	30	40	50
N	1,3513	1,3684	1,3880	1,4074	1,4262

Определить массовую долю сахара в сиропе, если показатель преломления после разбавления его в два раза был равен 1,3782.

Решение.При определении сахара был использован метод градуировочного графика. Из графика видно, что массовая доля разбавленного раствора равна 25%. Так как сироп был разбавлен перед анализом в два раза, следовательно, содержание сахара в сиропе в два раза больше:

ω_сах=25·2=50%.

Градуировочный график для определения сахара в сиропе методом рефрактометрии.

Ответ: ω_сах =50%

Пример 7. Рассчитать молярную концентрацию сахарозы в сиропе, если после разбавления его водой в два раза раствор в кювете длиной 10 см вращает плоскость поляризации вправо на 10º. Молярная масса сахарозы равна 342,30 г/моль.

Решение.Для решения примера используем уравнение (2.22, часть I):

Численное значение удельного вращения для сахарозы находим по табл.2 приложения; [α_D²⁰] = 66,5º. Следовательно:

Так как сироп был разбавлен в два раза , то начальное содержание сахарозы в нем равно: C_нач= 2C = 2·15,03 = 30,06 г/100см³

Таким образом, начальная молярная концентрация сахара в сиропе (моль/дм³) равна:

(1000 – коэффициент перевода дм³ в см³).

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 914; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!