Лабораторная работа. Фотометрическое определение марганца и хрома при их совместном присутствии

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. 6). В этом случае при фотометрировании с разными светофильтрами можно пренебречь светопоглощением лишь одного из компонентов окрашенной смеси. При 550 ± 20 нм поглощает преимущественно перманганат-ион и оптическая плотность А = 550 нм обусловлена только перманганат-ионом (незначительным светопоглощением дихромат-иона пренебрегаем). При 430 ± 20 нм поглощают оба аниона и оптическая плотность раствора А = 430 нм аддитивно складывается из оптической плотности, обусловленной перманганат-ионом, и оптической плотности, обусловленной дихромат-ионом.

Рис. 6. Спектры поглощения KMnO4 (1) и K2Cr2O7 (2), частично накладывающиеся друг на друга

Измеряют оптическую плотность стандартных растворов КМnO₄ при 550 и 430 нм и оптическую плотность стандартных растворов К₂Сr₂О₇ при 430 нм. Строятся три калибровочных графика (рис. 7).

Рис. 7. Калибровочный график для определения марганца и хрома при их совместном присутствии: 1 – кривая для определения хрома при 430 нм, 2 – кривая для определения марганца при 550 нм, 3 – кривая для определения оптической плотности раствора перманганата калия при 430 нм

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 КМnO₄, измеренных при 430 нм (ΔА_Х = А_x(430) – А_Mn(430)), определяют концентрацию хрома.

Приборы и реактивы: фотоэлектроколориметр «ФЭК-М»; кюветы; пипетка вместимостью 1 мл; пипетка вместимостью 10 мл; мерная колба вместимостью 100 мл; мерная колба вместимостью 1 л; мерные колбы вместимостью 50 мл; полумикробюретка вместимостью 5 мл; 50 %-ная серная кислота; 0,1 н. стандартный раствор КМnO₄.

Перед применением 9,1 мл стандартного раствора КМnO₄ 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 К₂Сr₂O₇: навеску 0,2818 г К₂Сr₂O₇ 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 КМnO₄ и К₂Сr₂O₇.

Ход анализа. Для построения калибровочного графика в мерные колбывместимостью 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 табл. По данным строят калибровочный график (см. рис. 7, 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 табл. По полученным данным строят калибровочный график для дихромата калия (см. рис. 7, кривая l).

Таблица

Стандартный набор	Номер эталона	Объем эталона в растворе	С, мг/50 мл	А
Mn	Cr	При 550 нм	При 430 нм
А1 А2 А3	А1 А2 А3
KMnO₄		1,0 2,5 5,0 7,5	0,1 0,25 0,50 0,75 1,00
К₂Сr₂O₇		1,0 2,5 5,0 7,5		0,1 0,25 0,50 0,75 1,00

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 итщательно 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. 7). По найденной концентрации марганца при помощи кривой 3 определяют его оптическую плотность при длине волны 430нм – А_Мn(430).Затем находят разность оптической плотности смеси и перманганат-иона при 430 нм по формуле^

∆А_х(430)= А_см(430)– А_М_n_(430),

где А_см(430) – оптическая плотность смеси, найденная при длине волны 430 нм.

По найденной величине ΔА_х(430)при помощи кривой 1 вычисляют содержание хрома в исследуемом растворе.

Контрольные вопросы и задачи

1. Абсорбционная спектроскопия. Спектры поглощения. Основной закон светопоглощения (закон Ламберта – Бугера – Бера). Отклонения от закона Ламберта – Бугера – Бера.

2. Что называется спектром поглощения и в каких координатах егопредставляют?

3. Что называется коэффициентом пропускания Т и оптической плотностью А? В каких пределах изменяется их величина?

4. Каков физический смысл молярного коэффициента светопоглощения? Какие факторы влияют на его величину?

5. Что представляют собой нулевые растворы или растворы сравнения? С какой целью их используют? Как выбирают длину волны и светофильтры при фотометрическом методе анализа?

6. Вычислите оптическую плотность раствора хлорида меди (II) с концентрацией 0,01000 моль/л с толщиной поглощающего слоя 1 см (е = 100).

7. Вычислите молярный коэффициент светопоглощения раствора окрашенного соединения железа (III) с концентрацией 0,1 мг в 50 мл раствора, если оптическая плотность раствора составила 0,410 при толщине поглощающего слоя 3 см.

8. Рассчитайте оптимальную толщину поглощающего слоя кюветы (мм), необходимую для измерения оптической плотности раствора сульфата меди (II), содержащего 5 мг соли в 50 мл раствора. Величина оптической плотности составляет 0,610, молярный коэффициент светопоглощения ε = 103.