Opracowanie: Krystyna Moskwa
Optyczne
własności roztworów są funkcją stężenia tych roztworów, przy czym w najprostszym przypadku jest to funkcja prostoliniowa. Pozwala to na określenie zawartości substancji w roztworze za pomocą pomiarów optycznych.
Metoda kolorymetryczna polega na oznaczeniu zawartości danej substancji na podstawie intensywności zabarwienia jej roztworu i porównaniu z barwą roztworów wzorcowych tej substancji.
Natężenie barwy roztworu jest ściśle związane ze stężeniem zawartej w nim substancji barwnej.
Zakres oznaczeń jest szeroki: od 50% do 10-8 %.
Z
padającego na warstwę roztworu promieniowania o natężeniu Io część promieniowania ulega absorpcji (pochłonięciu) - Ia , część zostaje odbita od powierzchni naczynia (kuwety) i rozproszona - Ir , a reszta przechdzi przez roztwór It.
Io = Ia + Ir + It
Ponieważ pomiary absorpcji wykonuje się zawsze w stosunku do roztworu porównawczego, więc część promieniowania Ir jest stała i nie może być brana pod uwagę.
Absorpcja promieniowania zależy od grubości warstwy barwnej i stężenia roztworu. Jest ona funkcją liczby cząstek absorbujących, czyli iloczynu c⋅ l i może byc ujęta w zależność: A = log Io/It = ε⋅ c ⋅ l
A - absorpcja lub gęstość optyczna (D), lub ekstynkcja(E), w nowszej literaturze absorbancja ε - stała, współczynnik molowy absorpcji [dm3/mol⋅cm]
l - grubość warstwy [cm]
Równanie to wyraża podstawowe prawo spektrofotometrii absorpcyjnej zwane prawem Bourguera-Lamberta-Beera. Absorpcja promieniowania zależy od całkowitej liczby cząsteczek absorbujących, czyli od iloczynu stężenia roztworu i grubości warstwy. Prawa absorpcji w odniesieniu do roztworów zachowywane są tylko wtedy, gdy w roztworach nie zachodzą żadne reakcje pomiędzy substancją oznaczaną a rozpuszczalnikiem oraz cząsteczkami substancji absorbującej.
Stosunek
It / Io wskazuje, jaka część promieniowania padającego zostaje przepuszczona przez roztwór absorbujący. Nosi on nazwę przepuszczalności, transmisji lub transmitacji T. Wielkość ta zwykle podawana jest w %
T = It / Io ⋅ 100%
A = log 1 / T
Gdy w roztworze badanym znajduje się ta sama substancja o różnym stężeniu i gdy pomiar absorpcji prowadzony jest w tym samym naczyniu (kuwecie) o grubości warstwy l , wtedy absorpcja A jest tylko funcją stężenia c badanego roztworu, przy użyciu określonej długości fali światła padającego A = f(c)
Korzystając z tego można wykreślić krzywą wzorcową. W tym celu należy sporządzić kilka roztworów o znanym stężeniu, dodać do nich tą samą ilość substancji powodującej zabarwienie, a następnie zmierzyć absorpcję lub transmisję poszczególnych próbek wobec odnośnika. Krzywa wzorcowa na podstawie tych danych w układzie współrzędnych absorpcja (transmisja) - stężenie, jest w znacznym zakresie linią prostą.
Po
sporządzeniu krzywej wzorcowej mierzy się absorpcję (transmisję) analizowanego roztworu i odczytuje z wykresu stężenie tej substancji.
Kolorymetryczne oznaczenie Fe3+ metodą rodankową.
Jony
żelaza trójwartościowego w środowisku kwaśnym reagują z jonami rodankowymi tworząc rodanek żelaza(III) o zabarwieniu krwisto czerwonym
Fe3+ + 3CNS- = Fe(CNS)3
Stanowi to podstawę do kolorymetrycznego oznaczenia jonów Fe3+. Jakkolwiek przyjmuje się, że zasadnicza reakcja barwna związana jest z tworzeniem się Fe(CNS)3 , to należy pamiętać, że tworzących się kompleksów rodankowych jest więcej.
Metodę tę można stosować również do oznaczenia jonów Fe2+ po całkowitym utlenieniu ich do jonów Fe3+. Oznaczeniu żelaza metodą rodankową przeszkadzają jony metali, które tworzą również barwne kompleksy rodankowe, np. jony kobaltu, molibdenu, wolframu i miedzi. Przeszkadzają również reduktory, które powodują osłabienie rodankowych kompleksów żelaza.
Sprzęt:
- kolorymetr fotoelektryczny
- kolby miarowe o poj. 50 cm3 (10 szt)
-
pipety
Odczynniki:
- 20% roztwór NH4CNS
- 2M roztwór HCl
- 3% roztwór H2O2
- roztwór roboczy zaw. 0,01mg Fe/cm3
Wykonanie krzywej wzorcowej.
Do kolbek miarowych o pojemności 50 cm3 odmierzyć roztworu roboczego w następujących ilościach: 0; 1; 2,5; 5; 10; 15; 20; 25 cm3. Następnie do każdej z nich dodać po 2cm3 HCl i 5cm3
NH4CNS, dopełnić wodą destylowaną do kreski i dokładnie wymieszać.
Zmierzyć absorpcję (transmisję) poszczególnych roztworów, używając jako odnośnika roztworu zerowego. Pomiar należy wykonać stosując światło monochromatyczne o długości fali 470
nm. Gdy strumień światła przechodzi przez kuwetę z roztworem zerowym, ustawiamy wskaźnik mikroamperomierza na 100% T (A punkcie 0). Następnie mierzymy absorpcję (transmisję) pozostałych roztworów. Z otrzymanych danych należy sporządzić wykres w układzie współrzędnych absorpcja (transmisja) - stężenie. Przy obliczaniu stężenia należy pamiętać, że poszczególne ilości roztworu roboczego zostały rozcieńczone do objętości 50 cm3.
Wykonanie oznaczenia.
Do roztworu badanego, zawierającego nie więcej niż 2 mg Fe należy dodać 2 cm3 3%
roztworu H2O2, celem utlenienia jonów Fe2+ do Fe3+, ogrzać w zlewce do wrzenia, a następnie ostudzić i przenieść ilościowo do kolby miarowej o pojemności 50 cm3.
Dodać 2 cm3 HCl i 5 cm3 NH4CNS, po czym uzupełnić wodą destylowaną do kreski i dokładnie wymieszać. Przelać część roztworu do kuwety i zmierzyć absorpcję (transmisję) wobec roztworu zerowego jako odnośnika.
Odczytać stężenie roztworu badanego z krzywej wzorcowej i obliczyć oznaczaną masę żelaza
[mg] ze wzoru:
x = c ⋅ v
c - stężenie odczytane z krzywej wzorcowej [mg/cm3]
v - pojemność kolbki miarowej [cm3]
Wyniki pomiarów umieścić w sprawozdaniu.
Nazwisko, imię
Zaliczenie
Wydz.
Gr.
Temat: ANALIZA KOLORYMETRYCZNA
Roztwór
0
1
2,5
5
10
15
20
25
badana
roboczy
próbka
[cm3]
Stężenie
roztworu
[mg/cm3]
Absorpcja
(Transmisja)
[%]
Wkleić wykres wykonany na papierze milimetrowym:
A = f(c) lub T = f(c)
Obliczenia stężeń roztworów wykonać na odwrocie sprawozdania.