Измерение массовой концентрации общего железа с сульфосалициловой кислотой (фотоколориметрия (ГОСТ 4011-72), комплексонометрия)

Цель

Формирование знаний о основных приемах анализа параметров гидросферы

2. Систематизация знаний о физико-химических методах анализа

3. Формирование знаний по оценке современного состояния отдельных геосфер или их частей, прогноза изменения их состояния в условиях антропогенного воздействия, разработки мероприятий по снижению уровня воздействия на геосферы или их составные части.

4. готовность использовать основные методы защиты от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК-11);

Содержание

Проведение анализа воды из различных источников

Обработка результатов анализа

Формулирование выводов

Работа с вопросами и расчетными задачами

Требования к умениям бакалавров

Знать

Основы метода фотоколориметрии

Термины

Технику безопасности при работе в химической лаборатории

Негативное влияние примесей в воде на биоту

Основные методы снижения содержания примесей в питьевой воде

Уметь

Решать задачи по соответствующему разделу

Проводить количественный анализ

Использовать методы снижения содержания примесей в воде при водоподготовке

1. Сущность метода

Метод основан на взаимодействии ионов железа в щелочной среде с сульфосалициловой кислотой с образованием окрашенного в желтый цвет комплексного соединения. Интенсивность окраски, пропорциональную массовой концентрации железа, измеряют при длине волны 400-430 нм. Диапазон измерения массовой концент­рации общего железа без разбавления пробы 0,10-2,00 мг/дм³. В этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятно­стью Р =0,95 находится в пределах 0,01-0,03 мг/дм³.

2. Приборы и реактивы

Фотоколориметр любого типа с фиолетовым светофильтром ( = 400 - 430 нм), кюветы с толщиной рабочего слоя 2-5 см, весы аналитические лабораторные, класс точности 1, 2 по ГОСТ 24104, колбы мерные 2-го класса, вместимостью 50, 100, 1000 см³ по ГОСТ 1770, пипетки мерные без делений вместимостью 50 см³ и пипетки мерные с ценой наименьшего деления 0,1-0,05 см³, вместимостью 1, 5 и 10 см³ 2-го класса по нормативно-техническому документу, колбы стеклянные лабораторные конические номинальной вместимостью 100 см³, типа Кн по ГОСТ 25336, аммоний хлористый по ГОСТ 3773, аммиак водный по ГОСТ 3760, 25 %-ный раствор, квасцы железоаммонийные по нормативно-техническому документу, кислота соляная по ГОСТ 3118, кислота сульфосалициловая по ГОСТ 4478, вода дистиллированная по ГОСТ 6709, все реактивы, используемые для анализа, должны быть квали­фикации химически чистые (х. ч.) или чистые для анализа (ч.д.а).

3. Подготовка к анализу

3.1. Приготовление основного стандартного раствора железо-аммонийных квасцов

0,8636 г железоаммонийных квасцов FeNH ₄(SO₄)₂ × 12 H ₂ O взвешивают с точностью, не превышающей 0,0002 г по шкале весов, растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм³ в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют 2,00 см³ соляной кислоты плотностью 1,19 г/см³ и доводят до метки дистиллированной водой. 1 см³ раствора содержит 0.1 мг железа.

Срок и условия хранения раствора - по ГОСТ 4212.

3.2. Приготовление рабочего стандартного раствора железоаммонийных квасцов

Рабочий раствор готовят в день проведения анализа разбавле­нием основного раствора в 20 раз. 1 см³ раствора содержит 0,005 мг железа.

3.3. Приготовление раствора сульфосалициловой кислоты

20 г сульфосалициловой кислоты растворяют в мерной колбе вместимостью 100 см³ в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.

3.4. Приготовление раствора хлористого аммония молярной концентрации 2 моль/дм³

107 г NH ₄ Cl растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм³ в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой во­дой до метки.

3.5. Приготовление раствора аммиака (1:1)

100 см³ 25 %-ного раствора аммиака приливают к 100 см³ дистиллированной воды и перемешивают.

4. Проведение анализа

При массовой концентрации общего железа не более 2,00 мг/дм³ отбирают 50 см³ исследуемой воды (при большей массовой концентрации железа пробу разбавляют дистиллированной водой) и помещают в коническую колбу вместимостью 100 см³. Если проба при отборе не консервировалась кислотой, то к 50 см³ добавляют 0,20 см³ соляной кислоты плотностью 1,19 г/см³. Пробу воды на­гревают до кипения и упаривают до объема 35-40 см³. Раствор охлаждают до комнатной температуры, переносят в мерную колбу вместимостью 50 см³, ополаскивают 2-3 раза по 1 см³ дистилли­рованной водой, сливая эти порции в ту же мерную колбу. Затем к полученному раствору прибавляют 1,00 см³ хлористого аммония, 1,00 см³ сульфосалициловой кислоты, 1,00 см³ раствора аммиака (1:1), тщательно перемешивая после добавления каждого реакти­ва. По индикаторной бумаге определяют значение рН раствора, которое должно быть 9. Если рН менее 9, то прибавляют еще 1-2 капли раствора аммиака (1:1) до рН 9.

Объем раствора в мерной колбе доводят до метки дистиллиро­ванной водой, оставляют стоять 5 мин для развития окраски. Из­меряют оптическую плотность окрашенных растворов, используя фиолетовый светофильтр ( = 400-430 нм) и кюветы с толщиной оптического слоя 2, 3 или 5 см, по отношению к 50 см³ дистилли­рованной воды, в которую добавлены те же реактивы. Массовую концентрацию общего железа находят по градуировочному гра­фику.

Для построения градуировочного графика в ряд мерных колб вместимостью 50 см³ наливают 0,0; 1,0; 2,0; 5,0. 10,0; 15,0; 20,0 см³рабочего стандартного раствора, доводят до метки дистиллирован­ной водой, перемешивают и анализируют, как исследуемую воду. Получают шкалу растворов, соответствующих массовым концент­рациям железа 0,0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мг/дм³.

Строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовую концентрацию железа, а по оси ординат - соответствующие значения оптической плотности. Построение градуировочного графика повторяют для каждой партии реактивов и не реже одного раза в квартал.

5. Обработка результатов

Массовую концентрацию железа (X) в анализируемой пробе, мг/дм³ с учетом разбавления вычисляют по формуле

,

где с - концентрация железа, найденная по градуировочному графику, мг/дм³;

V - объем воды, взятый для анализа, см³;

50 - объем, до которого разбавлена проба, см³.

За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных измерений, допус­тимое расхождение между которыми не должно превышать 25 % при массовой концентрации железа на уровне предельно допусти­мой. Результат округляют до двух значащих цифр.

Сходимость результатов анализа (А) в процентах вычисляют по формуле

,

где Р ₁ - больший результат из двух параллельных измерений;

Р ₂ -меньший результат из двух параллельных измерений.

Содержание в воде общего железа

В поверхностных и подземных водах постоянно присутствует железо в концентрациях, зависящих от геологического строения и гидрологических условий бассейна. Повышенное содержание железа может быть связано со сбросом шахтных и промышленных сточных вод. Предельно допустимая концентрация общего железа в воде водо­ема — 0,3 мг/л.

Железо — составная часть важных биологических комплексов, таких как гемоглобин (транспорт кислорода и углекислого газа), миоглобин (запасание кислорода в мышцах), цитохромы (ферменты), В организме взрослого человека содержится 4 -5 г железа. Недостаток железа в организме приводит к таким заболеваниям, как анемия, ма­локровие. Ионы железа (II) легче проникают в кровь через стенки ки­шечника, чем ионы железа (III). В то же время избыток ионов железа в продуктах питания и воде оказывает негативное воздействие на жи­вые организмы.

Объекты исследования: водопроводная вода и воды природных водоемов.

1. Приборы и реактивы:

концентрированная азотная кислота; разбавленный (1: 1) раствор аммиака; концентрированная (ρ = 1,19 г/мл) и разбавленная (1: 2) соля­ная кислота; сульфосалициловая кислота или кристаллический сульфосалицилат натрия, 0,005 М раствор трилона Б; универсальный индикатор; 3 -5%-й раствор пероксида водорода; 20%-й раствор тиоцианата калия; железо калиевые или железоаммонийные квасцы; раствор NaOH; 5%-и раствор солянокислого гидроксиламина; ацетатный буферный раствор; 0,2%-й раствор орто-фенантролина; ледяная уксусная кислота и ацетат натрия; термостойкие стаканы; конические колбы объемом 100 и 250 мл; мерный цилиндр объемом 50 мл; мерные колбы объемом 500 мл и 1 л, электроплитка; фильтр Шота; пипетки; бюретка для титрования; стеклянные палочки; контрольная цветная шкала.

Подготовка к анализу

Для приготовления 0,005 М раствора трилона Б растворяют 1,86 г трилона Б в литре воды.

Для приготовления 20%-го раствора тиоцианата калия 20 г KCNS растворяют в 80 мл дистиллированной воды,

Для определения титра «Т» растворяют 0,4505 г железокалиевых квасцов Fе₂(S0₄)₃, K₂S0₄ ∙24Н₂0 или 0,4318 г железоаммонийных квасцов Fе₂(S0₄)₃ (NH₄)₂SO₄ ∙24Н₂0 в мерной колбе объемом 500 мл в небольшом количестве дистиллированной воды. После растворения добавляют 3 мл концентрированной соляной кислоты (р = 1,19 г/мл) и доводят объем до метки дистиллированной водой. В 1 мл приготов­ленного раствора содержится 0,1 мг железа,

Для приготовления ацетатного буферного раствора (pН =4,5), в мерную колбу объемом 1 л приливают 102 мл 1 М уксусной кислоты (60 г ледяной уксусной кислоты растворяют в литре воды). 98 мл 1 М раствора ацетата натрия (136,1 г CH₃COONa ∙ЗН₂0 растворяют в литре воды) и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки.

Проведение анализа

Качественное определение

Налейте в пробирку 10 мл пробы воды, подкислите каплей концентрированной азотной кислоты. Прибавьте несколько капель 3- 5%-го раствора пероксида водорода. Прилейте 0,5 мл 20%-го раствора тиоцианата калия. При наличии ионов железа в концентрации приблизительно 0,1 мг/л возникает розовое окрашивание раствора, при более высоких концентрациях красное.