Фотометрическое определение дихромат- и перманганат-ионов при их совместном присутствии в растворе

Цель работы: ознакомление с фотометрическим определением элементов при их совместном присутствии методом калибровочного графика.

Сущность работы: одновременное определение концентрации двух веществ (хрома и марганца) при их совместном присутствии основано на различии спектров поглощения окрашенных растворов перманганат- и дихромат-ионов. Спектры поглощения определяемых ионов частично накладываются друг на друга (рис.11).

В этом случае при фотометрировании с разными светофильтрами можно пренебречь светопоглощением лишь одного из компонентов окрашенной смеси.

 

 

 

590 670 К нм

 

рис.11 Спектры поглощения КМпО4 (I) и К2Сг207 (2), частично накладывающиеся друг на друга

 

При 550 ± 20 нм поглощает преимущественно перманганат-ион и оптическая плотность А_55О обусловлена только перманганат-ионом (незначительным светопоглощением дихромат-иона пренебрегаем). При 430 ± 20 нм поглощают оба аниона и оптическая плотность раствора А_т аддитивно складывается из оптической плотности, обусловленной перманганат-ионом, и оптической плотности, обусловленной дихромат-ионом.

Измеряют оптическую плотность стандартных растворов КМпО₄ при 550 и 430 нм и оптическую плотность стандартных растворов К₂Сг₂0₇ при 430 нм. Строятся три калибровочных графика (рис. 12).

По величине оптической плотности анализируемого раствора, измеренного в области 550 нм, и калибровочной кривой 2 сразу определяют неизвестную концентрацию марганца. Одновременно при помощи калибровочной кривой 3 определяют оптическую плотность раствора перманганат-иона при 430 нм. Затем по разности оптических плотностей исследуемого раствора и раствора КМnО₄, измеренных при 430 нм определяют концентрацию хрома.

 

 

Рис. 12Калибровочный гра­фик для определения марганца и хрома при их совместном присутствии:

/ — кривая для определения хрома при 430 им;

2— кривая для определения марганца при 550 нм;

3 — кривая для определения оптической плотности раствора перманганата калия при 430 нм

реактивы: 50 %-ная серная кислота;

0,1 н. стандартный раствор КМnО₄.

Перед применением 9,1 мл стандартного раствора КМnО₄ помещают в мерную колбу вместимостью 100 мл и доводят раствор дистиллированной водой до метки. Раствор содержит 0,1 мг марганца в 1 мл.

Стандартный раствор K₂Cr₂O₇: навеску 0,2818 г K₂Cr₂O₇ помещают в мерную колбу вместимостью 1 л и доводят раствор дистиллированной водой до метки. Раствор содержит 0,1 мг хрома в 1 мл;

исследуемый раствор, содержащий КМnО₄ и K₂Cr₂O₇ (по указанию преподавателя).

Для построения калибровочного графика в мерные колбы вместимбстью 50 мл помещают с помощью микробюретки 1,0; 2,5; 5,0; 7,5 и 10 мл подготовленного стандартного раствора перманганата калия. Затем добавляют в каждую колбу по 5 мл раствора серной кислоты. Содержимое колб доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Измеряют оптическую плотность полученной серии в кювете толщиной 1 см при длинах волн 550 и 430 нм. Полученные данные помещают в таблицу 4. По полученным данным строят калибровочный график (см. рис.12, кривые 2,3 ): найденные величины оптической плотности откладывают по оси ординат, а соответствующие им концентрации (мг/50 мл) — по оси абсцисс.

Затем в колбы той же вместимости помещают такие же количества стандартного раствора дихромата калия. Добавляют в каждую колбу по 5 мл раствора серной кислоты, доводят объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Измеряют оптическую плотность в тех же кюветах при длине волны 430 нм. Полученные данные помещают в таблицу 4. По полученным данным строят калибровочный график для дихромата калия (см. рис.12, кривая1).

Таблица 4

 

Стандарт-	Номер	Объем	с, мг/50 мл	А
ный раствор	эталона	эталона в растворе, мл	Мn	Сг	при 550 нм	при 430 нм
					л, А2 Ai	Л, Аг л.
КМnО4		1,0
		2,5
		5,0
	4.	7,5
К,Сг2О7		1,0 2,5
		5,0
		7,5

Аликвотную порцию анализируемого раствора (5 мл) помещают в мерную колбу вместимостью 50 мл, добавляют 5 мл серной кислоты. Содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Оптическую плотность полученного раствора измеряют при 430 и 550 нм в кювете толщиной 1 см. В качестве нулевого раствора используют дистиллированную воду.

Содержание марганца в растворе определяют по кривой 2(см. рис.12). По найденной концентрации марганца при помощи кривой 3(см. рис. 12) определяют его оптическую плотность при длине волны 430 нм — А_l430 (Мn). Затем находят разность оптической плотности смеси и перманганат-иона при 430 нм по формуле

A_l430 (Cr) = А_l430 (X) - А_l430 (Мn)

где A_cr(430) — оптическая плотность смеси, найденная при длине волны 430 нм. По найденной величине при помощи кривой 1вычисляют содержание хрома в исследуемом растворе.

 

6.7. 10. Определение меди в разбавленных растворах после предварительного концентрирования

Ионообменная хроматография позволяет осуществить процессы выделения и концентрирования ионов из разбавленных растворов, не прибегая к трудоемким операциям упаривания, осаждения и пр. На катионите КУ-2 в Н-форме проводят ионный обмен. После поглощения меди ее элюируют раствором кислоты. Медь в растворе определяют фотометрическим методом.

Реактивы.

Стандартный раствор меди, содержащий 2,0 мг/мл Сu²⁺.

Аммиак NH₃, раствор с массовой долей 25%.

Кислота хлороводородная HCI, 2М раствор.

Переведение катионита в H⁺-форму. Катионит помещают в делительную воронку, в которой его 5 раз промывают 5%-м раствором НСl для удаления ионов железа. При этом объем промывного раствора должен быть примерно в 30 раз больше объема катионита. Каждый раз катионит взбалтывают с раствором НСl и оставляют в контакте с ним на 2 ч при периодическом перемешивании. После удаления железа промывают катионит дистиллированной водой до нейтральной реакции по метиловому оранжевому. При такой обработке катионит переходит в Н⁺-форму.

Подготовленный таким образом катионит (обычно около 5 г) вносят в хроматографическую колонку. В верхнюю и нижнюю части колонки помещают слой (3—5 мм) стекловаты. Важно, чтобы упаковка ионита в колонке была плотной и равномерной, чтобы не образовывались воздушные пузыри и ионит не всплывал. Необходимо также следить за тем, чтобы катионит всегда находился под слоем воды.

Хроматографическую колонку можно использовать многократно, каждый раз перед работой переводя катионит в Н⁺-форму. Для этого через колонку пропускают 200 мл раствора НСl порциями по 10—15 мл со скоростью 2—3 капли в секунду (скорость истечения регулируют краном). Затем колонку промывают дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы водорода (по метиловому оранжевому или метиловому красному).

При повторном (и многократном) использовании колонки ка-тионит не требует регенерации, так как при элюировании меди(П) хлороводородной кислотой катионит переходит в Н⁺-форму.

2. Проведение ионного обмена. Анализируемый раствор пропускают через хроматографическую колонку с катионитом КУ-2 в Н⁺-форме со скоростью 1 — 2 капли в 1 с.

Раствор, вытекающий из колонки, собирают в стакан и отбрасывают. После этого в колонку вносят 40 мл 2М НСl (порциями по 10 мл) и промывают колонку водой (50—60 мл порциями по 10—15 мл). Вытекающий из колонки раствор собирают в мере­ную колбу вместимостью 100 мл и доводят до метки водой.

3. Фотометрическое определение меди. Отбирают пипеткой 20 мл раствора, полученного по п. 2, в мерную колбу вместимостью 50 мл, добавляют 15 мл 25%-го раствора NH₃, доводят раствор до метки водой.

Измеряют оптическую плотность полученного раствора (А_иссл) на фотоколориметре при 600 — 620 нм, подобрав толщину поглощающего слоя I так, чтобы оптическая плотность была рав­на 0,3—0,5.

Для определения молярного коэффициента светопоглощения в мерную колбу вместимостью 50 мл помещают 6 мл стандартного раствора меди (2 мг/мл Сu), 15 мл 25%-го раствора NH₃ и доводят до метки водой. Измеряют оптическую плотность полученного раствора (А_ст) в условиях, выбранных для исследуемого раствора. Рассчитывают молярный коэффициент светопоглощения.

Определяют концентрацию меди в исследуемом растворе. Рассчитывают массу меди в анализируемом растворе с учетом произведенных разбавлений.