E2
OPRACOWANIE WYNIKÓW
WOLTAMPEROMETRYCZNE OZNACZANIE OŁOWIU I KADMU W WODZIE WODOCIĄGOWEJ
1. Krótko opisuję zastosowaną metodę wraz z reakcjami zachodzącymi na elektrodzie rtęciowej
podczas zatężania i anodowego rozpuszczania.
Celem ćwiczenia było wyznaczenie stężenia kadmu i ołowiu w wodzie wodociągowej metodą
wielokrotnego dodatku wzorca.
Anodowa woltamperometria inwersyjna (ASV, z ang. Anodic Stripping Voltammetry) jest
jedną z najczulszych metod stosowanych w analizie chemicznej. Pozwala na oznaczenie wielu
pierwiastków na poziomie stężeń 10
-8
– 10
-11
mol L
-1
.
Proces analityczny w woltamperometrii inwersyjnej składa się z dwóch etapów: elektrolizy
zatężającej i anodowego utlenienia. W pierwszym etapie analizy zachodzi elektrolityczne wydzielenie
śladowych ilości oznaczanych pierwiastków na wiszącej kroplowej elektrodzie rtęciowej,
a w konsekwencji - ich jednoczesne zatężanie, które prowadzi się przy z góry ustalonym potencjale
(elektroliza zatężająca). Proces zatężania zwykle jest katodowy. W omawianym oznaczaniu jony
ołowiu i kadmu redukują się na elektrodzie rtęciowej i tworzy z rtęcią amalgamat.
Pb(Hg)
e
2
Pb
Cd(Hg)
e
2
Cd
redukcja
(roztwór)
2
redukcja
(roztwór)
2
W drugim etapie po zatrzymaniu mieszania roztworu, zredukowane uprzednio kationy (ołów, kadm)
przeprowadzane są przez anodowe utlenienie z powrotem do roztworu. Jest to właściwy proces
oznaczania i polega na rozpuszczeniu wydzielonej na elektrodzie substancji , przy odwróceniu
( inwersji) kierunku zmian potencjału elektrody. W przypadku analizy Cd
2+
mamy proces anodowego
rozpuszczania kadmu z elektrody, czyli:
e
2
Pb
Pb(Hg)
e
2
Cd
Cd(Hg)
(roztwór)
2
nie
rozpuszcza
anodowe
(roztwór)
2
nie
rozpuszcza
anodowe
W tym etapie rejestruje się krzywą woltamperometryczną związaną z utlenianiem anodowym.
Oznaczanie może następować w wyniku anodowego rozpuszczania, ponieważ prąd utleniania (przy
zachowaniu stałych warunków zatężania) jest proporcjonalny do stężenia kationów (ołowiu, kadmu)
w badanej próbie.
E2
2. Znajduję w Poradniku Fizykochemicznym potencjał półfali dla kadmu i ołowiu we właściwym
elektrolicie podstawowym i porównuję te wartości z otrzymanymi wartościami pików dla
kadmu i ołowiu.
Wartości literaturowe potencjału pólfali dla ołowiu i kadmu wynoszą odpowiednio:
- 440 mV dla ołowiu
- 640 mV dla kadmu
Natomiast wyznaczone potencjały pików dla ołowiu i kadmu podczas przeprowadzonego
doświadczenia wyniosły:
- 365 mV dla ołowiu
- 565 mV dla kadmu
Otrzymane wartości potencjału pików różnią się od literaturowych nie znacznie. Różnica ta
może być spowodowana zmianą wartości pH zakwaszonej wody wodociągowej.
3. Obliczam stężenie ołowiu i kadmu po dodaniu do badanej próbki kolejnych dodatków wzorca.
Stężenia te zarówno dla kadmu i ołowiu zawsze będą identyczne, ponieważ stężenie roztworu
wzorcowego kadmu jest takie samo jak stężenie roztworu wzorcowego ołowiu, a także objętości
kolejnych dodatków wzorca są identyczne.
C
r-ru wzorcowego ołowiu
= 1 ∙ 10
-4
mol/l
Po I dodatku wzorca
V
dod. r-ru wz.
= 20 µl = 2 ∙ 10
-5
l
V’
łączna obj. r-ru w nacz. woltamp.
= 11.04 ml = 0.01104 l
n = C ∙ V = 1 ∙ 10
-4
mol/l ∙ 2 ∙ 10
-5
l = 2 ∙ 10
-9
mola ołowiu / kadmu została dodana do próbki
7
9
1
10
1.812
0.01104l
mola
10
2
C
mol/l
Po II dodatku wzorca
V
dod. r-ru wz.
= 40 µl = 4 ∙ 10
-5
l
V’
łączna obj. r-ru w nacz. woltamp.
= 11.08 ml = 0.01108 l
n = C ∙ V = 1 ∙ 10
-4
mol/l ∙ 4 ∙ 10
-5
l = 4 ∙ 10
-9
mola ołowiu / kadmu została dodana do próbki
7
9
2
10
3.610
0.01108l
mola
10
4
C
mol/l
E2
Po III dodatku wzorca
V
dod. r-ru wz.
= 60 µl = 6 ∙ 10
-5
l
V’
łączna obj. r-ru w nacz. woltamp.
= 11.12 ml = 0.01112 l
n = C ∙ V = 1 ∙ 10
-4
mol/l ∙ 6 ∙ 10
-5
l = 6 ∙ 10
-9
mola ołowiu / kadmu została dodana do próbki
7
9
1
10
5.396
0.01112l
mola
10
6
C
mol/l
4. Wykonuję wykres właściwy dla metody wielokrotnego dodatku wzorca, tj. wykres zależności
natężenia od stężenia roztworu - oddzielnie dla kadmu i ołowiu.
5. Wyznaczam stężenia kadmu i ołowiu w wodzie wodociągowej. Interpretuję uzyskane wyniki.
Dla ołowiu:
y = 795288x + 0.2379
y = 0
795288x = ǀ - 0.2379 ǀ
x = 2.991 ∙ 10
-7
mol/l
stężenie roztworu w całym naczynku
n = C ∙ V = 2.991 ∙ 10
-7
mol/l ∙ 0.01112 l = 3.326 ∙ 10
-9
mola Pb
7
9
wodoc.
woda
'
10
3.326
0.01l
mol
10
3.326
V
n
C
stężenie ołowiu w wodzie wodociągowej
Dla kadmu:
y = 869952x + 0.1416
y = 0
869952x = ǀ - 0.1416 ǀ
x = 1.628 ∙ 10
-7
mol/l
stężenie roztworu w całym naczynku
n = C ∙ V = 1.628 ∙ 10
-7
mol/l ∙ 0.01112 l = 1.810 ∙ 10
-9
mola Cd
7
9
wodoc.
woda
'
10
1
0.01l
mol
10
1
V
n
C
810
.
810
.
stężenie kadmu w wodzie wodociągowej
Dopuszczalna
ilość
kadmu
w
wodzie
wynosi
0,05
mg/l
(4,45
, zaś ołowiu 0,05 mg/l (
). Na podstawie powyższego wzoru oraz
znając interpretację wyniku metody prostej wzorcowej otrzymana zawartość kadmu w wodzie
wodociągowej wynosi
, zaś ołowiu
. W wyniku przeprowadzonego
doświadczenia można stwierdzić, że ilość kadmu w badanej wodzie nie stanowi zagrożenia dla
E2
zdrowia, dzięki czemu nie powoduje uszczerbku na zdrowiu u osób spożywających tę wodę z
wodociągu, jednakże zawartość ołowiu lekko przekracza, zakres dopuszczalny, dlatego też stanowi już
pewne zagrożenie dla zdrowia człowieka.