2.4.6. Полярографическое определение меди и никеля при совместном присутствии (работа № 18)

Цель работы: определить содержание тяжелых металлов – никеля и меди в сточных водах при их совместном присутствии.

Оборудование: 1) полярограф ПУ-1; 2) колбы мерные на 100 см³ – 4 шт., 3) колбы мерные на 25 см³ – 10 шт.; 4) бюретки на 50 см³ – 2 шт.; 5) бюретка на 100 см³ – 1 шт.; 6) стакан для слива на 500 см³; 7) мерные пипетки на 10 см³ – 2 шт.

Реактивы: 1) стандартный раствор соли меди (0,1000 г Cu/дм³); 2) стандартный раствор соли никеля (0,1000 г Ni/дм³); 3) 0,2 %-ный рас-твор желатина; 4) аммиачно-хлоридный фон (53,5 г NH₄Cl, 39 см³ 25%-ного раствора аммиака, 30 г Na₂SO₃ на 1 дм³ водного раствора).

Опыт 1. Постояннотоковая полярография

Построение градуировочной кривой. Стандартными растворами солей меди и никеля заполняют две бюретки на 50 см³ с соответствующей маркировкой. В третью бюретку наливают фоновый раствор. В мерные колбы на 25 см³ наливают 1,00; 2,00 и 3,00 см³ раствора соли меди, а в другие три колбы – такие же объемы раствора соли никеля. Отдельно готовят раствор учебной задачи: по 2,00 см³ рабочих растворов солей меди и никеля и получают контрольную задачу. Во все колбы добавляют по две капли раствора желатина и доливают фоном до метки. Записывают по-стояннотоковые полярограммы всех растворов. Концентрацию определяют методом градуировочного графика. Для этого проводят обмер поляро-грамм в соответствии с рис. 2.22 и заполняют табл. 2.8 и 2.9.

Таблица 2.8

Построение градуировочной зависимости

(С_Cu = 0,1000 г/дм³; С_Ni = 0,1000 г/дм³; объем мерной колбы 25 см³)

Таблица 2.9

Учебная и контрольная задачи

Задание

1. Для меди и никеля в координатах «i_d – масса металла (в пробе)» построить градуировочные кривые. Определить коэффициенты градуиро-вочной функции (см. приложение 1).

2. Рассчитать массу (г) меди и никеля в контрольной задаче, пользу-ясь коэффициентами градуировочной функции. Рассчитать концентрацию (г/дм³, моль/дм³) каждого металла в контрольной задаче.

3. Рассчитать объемы стандартных растворов солей меди и никеля, взятые для приготовления контрольной задачи.

4. При наличии нескольких параллельных измерений проводят ста-тистическую обработку результатов анализа: рассчитывают среднее арифметическое значение, среднеквадратичную ошибку, доверительный интервал, относительную ошибку определения (см. приложение 2).

Опыт 2. Переменнотоковая полярография

Построение градуировочной кривой. Из имеющихся стандартных рас-творов путем 10-кратного разбавления водой в мерных колбах на 100 см³ готовят рабочие растворы с концентрацией 0,0100 г/дм³ и наливают их в бюретки с соответствующей маркировкой. Затем точ­но так же, как и в описанном выше варианте постояннотоковой полярографии, готовят рас-творы для измерения силы тока и последующего построения градуировоч-ного графика, а также растворы учебной и контрольной задач. Записывают переменнотоковые полярограммы. Измеряют высоты пиков в соответствии с рис. 2.27. Результаты заносят в табл. 2.10 и 2.11. Затем для каждого из металлов (медь, никель) в координатах «h – m_Ме» строят градуировочные графики. По соответствующему графику определяют концентрацию металла в учебной и контрольной задачах.

Рис. 2.27. Переменнотоковая полярограмма и измерение высот пиков

Задание

1. Построить для меди и никеля градуировочные кривые в коорди-натах «высота пика h – масса металла в пробе m». Определить коэффициенты каждой градуировочной функции (см. приложение 1).

2. Рассчитать массу (г) меди и никеля в контрольной задаче, поль-зуясь коэффициентами соответствующей градуировочной функции. Рас-считать концентрацию (г/дм³, моль/дм³) каждого металла в контрольной задаче.

3. Рассчитать объемы стандартных растворов солей меди и никеля, взятые для приготовления контрольной задачи.

4. При наличии нескольких параллельных измерений проводят ста-тистическую обработку результатов анализа: рассчитывают среднее арифметическое значение, среднеквадратичную ошибку, доверительный интервал, относительную ошибку определения (см. приложение 2).

Таблица 2.10

Построение градуировочной зависимости

(С_Cu = 0,0100 г/дм³; С_Ni = 0,0100 г/дм³; объем мерной колбы 25 см³)

Таблица 2.11

Учебная и контрольная задачи

Опыт 3. Переменнотоковая полярография методом добавок

При использовании метода добавок нет необходимости строить градуировочный график. Записывают полярограмму для учебной задачи. Затем выливают раствор в мерную колбу на 25,00 см³ и добавляют по 1,00 см³ рабочих растворов меди и никеля, перемешивают и снова записы-вают полярограмму в том же режиме. Аналогично получают полярограмму контрольной задачи и делают повторную запись с добавкой по 1,00 см³ рабочих растворов меди и никеля. Полученные данные заносят в табл. 2.12.

Таблица 2.12

Переменнотоковая полярография методом добавок (С_Cu = 0,0100 г/дм³; С_Ni = 0,0100 г/дм³; объемы добавок растворов солей меди и никеля – по 1,00 см³)

Для нахождения массы каждого из металлов в анализируемой пробе используют основную формулу метода добавок

,

откуда

,

где m_х – масса металла в пробе, г; m_д = 1,00·10^–5 г – масса металла в добавленном рабочем растворе (добавке); V_х = 25,00 см³ – исходный объем пробы; V_{х + д} = 27,00 см³ – объем раствора с добавкой; h_х – высота пика без добавки, мм; h_д – высота пика с добавкой, мм.

Порядок работы на полярографе:

Включение самописца. Перед включением должна быть нажата кноп-ка БЛАНК.

1. Нажать клавиши прижимных роликов. Установить лист бумаги так, чтобы световые точки были на отметке 24 см, отпустить клавиши.

2. Нажать кнопки СЕТЬ, ДВИГ, ПЕРО.

3. Отпустить кнопку БЛАНК.

4. Установить масштаб по оси Х 200 мВ/см. Нажать кнопку НУЛЬ по оси Х и установить перо на 0. Нажать кнопку КАЛИБ и установить перо на 20 см (на бланке). Отпустить кнопки НУЛЬ и КАЛИБ.

5. Установить масштаб по оси Y 20 мВ/см. Нажать кнопку НУЛЬ по оси Y и установить перо на 0. Нажать кнопку КАЛИБ и установить перо на 20 см (на бланке). Отпустить кнопки НУЛЬ и КАЛИБ.

6. Нажать кнопку БЛАНК.

Включение полярографа. Перед включением должны быть нажаты кнопки Датчик – ВЫКЛ и Т_К. Начальное напряжение и диапазон разверт-ки – в положении 0.

Нажать кнопки ВКЛ, ПЕРО АВТ.

Запись постояннотоковой полярограммы. Залить перемешанный раствор в ячейку так, чтобы его уровень был выше среза капилляра. Переставить напорный сосуд со ртутью в верхний держатель. Убедиться в вытекании ртути из капилляра.

Установить параметры записи: режим постояннотоковый, начальное напряжение –0,3 В, развертка потенциала 4 мВ/с, диапазон развертки 1 В (в катодную область), период капания 3 с, отрыв капли принудительный (кнопка ПРИНУД), режим регистрации ТАСТ, диапазон тока 1×1.

После установления всех необходимых параметров нажать кнопки: Датчик – ВКЛ, отпустить кнопку БЛАНК и включить развертку кнопкой ПУСК.

После окончания записи нажать кнопку ВЫКЛ датчика и сменить раствор в ячейке. Затем нажать кнопку Датчик – ВКЛ и повторить запись. После записи полярограмм растворов с различными концентрациями соли меди ручкой НУЛЬ сместить по оси Х перо самописца на 5 см вправо и приступить к записи полярограмм растворов никеля. Затем сместить перо самописца на 5 см вправо и записать полярограмму учебной задачи, а после следующего смещения – полярограмму контрольной задачи.

Запись переменнотоковой полярограммы. Установить параметры записи: режим пременнотоковый с прямоугольными импульсами [ ], начальное напряжение –0,35 В, диапазон развертки потенциала 1 В (в ка-тодную область), амплитуда переменнотоковых импульсов 40 мВ, период капания 3 с, отрыв капли принудительный (кнопка ПРИНУД), режим регистрации ТАСТ, диапазон тока 25 (2,5×100).

Операции записи полярограмм и смены растворов следует проводить аналогично описанным выше для постояннотоковой полярографии.

Контрольные вопросы

1. Принципиальная схема полярографа.

2. Для решения каких аналитических задач в вольтамперометрии при-меняют ртутный капающий и твердые вращающиеся (платиновый, золо-той, графитовый) электроды?

3. Что является мерой обратимости электрохимической реакции на индикаторном электроде? Как влияет обратимость на результат поляро-графического анализа?

4. Объяснить ход постояннотоковой полярограммы. Какими процес-сами обусловлены ее участки?

5. Какую природу имеют миграционный ток i_м, конденсаторный ток i_к, предельный диффузионный ток i_d? Какова их роль в полярографическом анализе?

6. Какова роль фона и какие требования к нему предъявляют?

7. С какой целью и в каких случаях через анализируемый раствор перед полярографированием продувают азот?

8. Зачем и в каком методе в полярографируемый раствор добавляют поверхностно-активные вещества?

9. Как осуществляют качественный анализ в полярографии? Какие варианты количественного анализа вам известны?

Литература

1. Бонд, А.М. Полярографические методы в аналитической химии / А.М. Бонд. М.: Химия, 1983.

2. Каплан, Б.Я. Вольтамперометрия переменного тока / Б.Я. Каплан, Р.Г. Пац, Р.М.Ф. Салихджанова. М.: Химия, 1985. 264 с.