Метода дифференциальной фотометрии

Определение железа в виде комплекса с тиоционат-ионами (работа № 4)

Цель работы: выбор оптимального значения А, изучение дифференциально-фотометрического метода и количественное определение железа в пробе.

Сущность метода. Ионы железа (III) образуют с тиоционат-ионами SCN^– красный комплекс. Ионы железа (II) подобного комплекса не образуют, поэтому для полного окисления железа (II) добавляют азотную кислоту. Окраска комплекса малоустойчива, из-за этого раствор роданида аммония вносят непосредственно перед измерением оптической плотности.

Оборудование: 1) спектрофотометр ПЭ-5300В; 2) бюретки на 50 см³ – 2 шт.; 3) пипетка на 1 мл; 4) колбы мерные на 50 см³ – 8 шт.

Реактивы: 1) стандартный раствор железа (III) – 0,1 мг/см³; 2) роданид аммония или калия – 10%-ный раствор; 3) азотная кислота – разбавленный раствор (1:1).

Ход работы. Выбор рабочей длины волны. Фотометрические определения проводятся при такой длине волны, при которой наблюдается максимальная оптическая плотность раствора. Это обеспечивает максимальную чувствительность и точность анализа.

Поиск  надо провести следующим образом. В мерную колбу на 50 см³ внести 1 см³ стандартного раствора железа и все реактивы, как указано ниже в ходе определения. В другой колбе на 50 см³ готовится раствор сравнения («нулевой» раствор), куда добавляются все реактивы, кроме железа. Измерить оптические плотности раствора железа при различных значениях длины волны (от 360 до 540 нм). По формуле закона Бугера для каждой длины волны рассчитывают значение молярного коэффициента светопоглощения :

А =  · l · C.

Полученные данные заносят в таблицу (С = … моль/дм³, l = … см) приводимой ниже формы:

По полученным данным построить спектрофотометрическую кривую – график зависимости молярного коэффициента светопоглощения  от длины волны λ. Для работы выбирается та длина волны, при которой наблюдается максимум на кривой « – λ».

Определение железа. Готовят эталонные растворы соли железа. В мерные колбы емкостью 50 см³ наливают соответственно 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0 и 5,0 см³ исходного стандартного раствора железа. Затем добавляют в них по 1 см³ разбавленной (1 : 1) азотной кислоты и непосредственно перед измерением оптической плотности по 5 см³ 10%-го раствора роданида аммония. После этого раствор в колбах доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Измеряют оптическую плотность приготовленных растворов при выбранной величине длины волны.

В качестве раствора сравнения используют эталонный раствор, содержащий 2 см³ исходного стандартного раствора железа. Оптическую плотность первых трех растворов (содержащих 0,5; 1,0; 1,5 см³ исходного стандартного раствора Fe³⁺) измеряют таким образом. Светопропускание этих растворов считают равными 100% (задают значение оптической плотности А, равное 0,000), а показания величины А, соответствующие эталонному раствору (содержащему 2 см³ стандартного) записывают со знаком «–».

Для более интенсивно окрашенных трех последних эталонных растворов (3, 4 и 5 см³ исходного стандартного раствора Fe³⁺) и задачи оптическую плотность измеряют по отношению к эталонному раствору, содержащему 2 см³ стандартного раствора железа. Для него устанавливают светопропускание 100% (задают значение оптической плотности А, равное 0,000), и определяют по отношению к нему показания величины А для исследуемых растворов.

Полученные данные заносят в таблицу (l = … см;  = … нм;  = …), форма которой дана ниже:

Проведение измерений на спектрофотометре ПЭ-5300В. Спектрофотометр ПЭ-5300В (рис. 1.8) построен по однолучевой схеме. В приборе используется монохроматор с дифракционной решеткой. В качестве источника излучения применена галогенная лампа, в качестве приемника – фотодиод. Вывод результатов измерений осуществляется на однострочный алфавитно-цифровой индикатор. Спектральный диапазон от 325 до 1000 нм. Выделяемый спектральный интервал 4 нм. Диапазон измерений коэффициентов пропускания Т от 1,0 до 100,0 %, оптической плотности А от 0,0 до 2,0.

Рис. 1.8. Внешний вид спектрофотометра ПЭ-5300В

Основные узлы прибора показаны на схеме (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Функциональная схема спектрофотометра:

1 – источник света; 2 – монохроматор; 3 – кюветное отделение;

4 – детектор; 5 – электронная схема; 6 – индикатор

На панели спектрофотометра (рис. 1.10) имеются кнопки управления работой прибора.

Кнопка РЕЖИМ: производит переключение режимов. Светодиод, загорающийся у одной из букв: А, Т, С и F, показывает режим, в котором в данный момент работает спектрофотометр: А – определение оптической плотности А; Т – определение пропускания Т, %; С – определение концентрации С; F – ввод коэффициента F. Кнопка V(0%Т): устанавливает «нулевой отсчет» (компенсируются темновые токи). Кнопка ∆(0А/100%Т): устанавливает 100% Т или 0,000 А, когда в отделении для проб находится раствор сравнения. Кнопка ПЕЧАТЬ: в режимах А, Т и С осуществляет отправку на компьютер результатов, отображающихся на индикаторе; в режиме F запоминает значение фактора и переводит прибор в режим расчета концентрации С, значение которой будет рассчитано по формуле С = F · А.

Рис. 1.10. Панель управления спектрофотометра ПЭ-5300В

Вращая ручку ДЛИНА ВОЛНЫ и считывая значение в специальном окошке (рис. 1.11), можно установить требуемое значение длины волны λ в нанометрах.

Рис. 1.11. Ручка управления монохроматора

Порядок выполнения измерений на спектрофотометре ПЭ-5300В:

1. Включить спектрофотометр нажатием клавиши (I/O), находящей-ся на задней панели прибора, и прогреть его 20 мин.

2. Выставить начальную длину волны 360 нм.

3. Выбрать режим работы А – измерение оптической плотности, нажимая кнопку РЕЖИМ до тех пор, пока не загорится светодиод А.

4. Налить в две кюветы соответственно «нулевой» и исследуемый растворы.

5. Ручкой для перемещения кюветодержателя подвести кювету с раствором сравнения в рабочую зону.

6. Нажать кнопку 0А/100%Т, подождать несколько секунд, пока на индикаторе не появится значение оптической плотности 0,000. Если этого не произошло, повторите данный шаг еще раз.

7. Не открывая кюветного отделения, ручкой для перемещения кюветодержателя подвести кювету с исследуемым раствором в рабочую зону. Записать показания оптической плотности с цифрового индикатора.

8. Аналогично провести измерения оптической плотности исследуе-мого раствора при других длинах волн от 360 до 500 нм с интервалом 20 нм (повторить шаги 2 – 7).

Контрольные вопросы

1. Как изменится оптическая плотность и пропускание раствора KMnO₄ при уменьшении его концентрации в два раза?

2. Какой характер носит зависимость погрешности фотометричес-кого анализа от величины оптической плотности раствора?

3. В каких случаях рекомендуется использовать метод дифферен-циальной фотометрии? В чем его сущность и преимущества?

4. Особенность применения метода дифференциальной фотометрии при несоблюдении основного закона светопоглощения.

5. Назовите основные причины отклонений от закона светопогло-щения.