Data wykonania
ćwiczenia:
20.05.13 r.
Numer Dział analizy i temat ćwiczenia:
ćwiczenia: Analiza instrumentalna  spektrofotometria.
11 Oznaczanie żelaza(III) metodą rodankową.
Data oddania
sprawozdania:
27.05.13 r.
Nazwisko
sprawdzajÄ…cego:
Grupa: ImiÄ™ i nazwisko:
A3 Przemysław Kołoczek
Uwagi: Ocena:
1
1. Wstęp.
Spektrofotometria wykorzystuje pomiary stopnia absorpcji promieniowania
elektromagnetycznego w zakresie UV, Vis i bliskiej podczerwieni, w zależności od stężenia
analitu w próbce. Metodą tą można oznaczać zarówno substancje organiczne
(posiadajÄ…ce wiÄ…zania Ä„ lub grupy chromoforowe) jak i nieorganiczne (barwne, lub
absorbujące w zakresie UV). Często do uzyskania barwnych związków wykorzystuje się
reakcje kompleksowania. Analiza ilościowa w spektrofotometrii UV-Vis wykorzystuje
prawo Lamberta-Beera:
5Ø4Ü5Øß = 5Øß5Øß " 5ØYÜ " 5ØPÜ
gdzie:
A  absorbancja (ekstynkcja) badanej próbki przy danej długości fali,

µ  molowy współczynnik absorpcji przy danej dÅ‚ugoÅ›ci fali [dm3/mol·cm],

l  grubość warstwy absorbującej [cm],
c  stężenie analitu w próbce [mol/dm3].
Z kolei absorbancja określona jest wzorem:
5Ø<Ü0
5Ø4Ü = log
5Ø<Ü
gdzie:
I  natężenie promieniowania monochromatycznego padającego na próbkę
0
I  natężenie promieniowania monochromatycznego po przejściu przez próbkę.
Czasami w spektrofotometrii (w szczególności IR) używa się transmitancji danej wzorem:
5Ø<Ü
5ØGÜ = Ò! 5Ø4Ü = - log 5ØGÜ
5Ø<Ü0
Ponadto absorbancja jest wielkością addytywną (prawo addytywności absorbancji):
5Ø[Ü 5Ø[Ü
5Ø4Ü = " 5Ø4Ü5ØVÜ = 5ØYÜ " " 5Øß5ØVÜ5ØPÜ5ØVÜ
5ØVÜ=1 5ØVÜ=1
Jeżeli badany układ spełnia prawo Lamberta-Beera to zależność absorbancji od stężenia
analitu jest prostoliniowa, co wykorzystuje siÄ™ w metodzie kalibracji oznaczenia.
Najczęściej stosowaną metodą kalibracji jest metoda serii wzorców, która polega na
sporządzeniu serii roztworów o znanych stężeniach analitu, dokonaniu pomiarów sygnału
dla każdego z nich i wykreśleniu zależności sygnału w funkcji stężenia analitu. Następnie
postępuje się analogicznie z próbką i sygnał dla niej zmierzony odnosi się do krzywej
kalibracyjnej, wyznaczając w ten sposób zawartość analitu w próbce. Do pomiarów
absorbancji używa się spektrofotometru. Jego elementy, to: z
ródło promieniowania
(lampa wolframowa i halogenowa do Vis; deuterowa, wodorowa, ksenonowa do UV),
monochromator (pryzmat, siatka dyfrakcyjna), komora pomiarowa (uchwyt i kuweta),
detektor (fotokomórka, fotopowielacz, fotodioda) i miernik (galwanometr, układ scalony).
2
Oznaczanie żelaza(III) metodą rodankową opiera się na omówionej wcześniej metodzie
serii wzorców. Fe3+ reaguje z anionami tiocyjanianowymi, dając związki kompleksowe o
barwie czerwonej, wykazujące maksimum absorpcji przy długości fali równej 480 nm. W
zależności od stężeń reagentów i pH powstaje związek kompleksowy [FeSCN]2+, przy czym
reakcja zachodzi już przy mikrogramowych stężeniach Fe3+.
2. Część doświadczalna.
a) Sprzęt i odczynniki:
 2 kolby miarowe 100 cm3,  Podstawowy roztwór wzorcowy
 9 kolb miarowych 50 cm3, Fe3+ 1 mg/cm3,
 biureta 10 cm3,  0,1% roztwór HCl,
 pipeta półautomatyczna 1 cm3,  0,1M roztwór HCl,
 pipeta jednomiarowa 20 cm3,  20% roztwór KSCN,
 zlewka 400 cm3,  woda destylowana.
 lejek,
 spektrofotometr LAMBDA XLS,
 2 polietylenowe kuwety pomiarowe.
b) Wykonanie.
Przepłukano kilkakrotnie 0,1% roztworem HCl kolbę na 100 cm3. Do tak przygotowanej
kolby dodano ściśle 1 cm3 podstawowego roztworu wzorcowego Fe3+ o stężeniu 1
mg/cm3 za pomocą pipety automatycznej. Kolbę uzupełniono 0,1% roztworem HCl do
kreski, zamknięto korkiem i wymieszano, odwracając kolbę kilkakrotnie do góry dnem,
otrzymując w ten sposób roboczy roztwór wzorcowy Fe3+ o stężeniu 10 źg/cm3.
Następnie przepłukano 0,1M roztworem HCl 6 kolb miarowych 50 cm3 i do każdej
wprowadzono odpowiednio: 0,00; 2,00; 4,00; 6,00; 8,00 i 10,00 cm3 roboczego
roztworu wzorcowego Fe3+, za pomocą biurety 10 cm3, otrzymując w ten sposób
roztwory o stężeniach Fe3+ (po póz
niejszym uzupełnieniu do kreski) odpowiednio: 0,0;
0,4; 0,8; 1,2; 1,6 i 2,0 źg/cm3. Włączono spektrofotometr, wybrano funkcję pomiaru
absorbancji i ustawiono długość fali na 480 nm. Do pierwszej kolby (próba ślepa)
dodano 5 cm3 20% roztworu KSCN, uzupełniono 0,1M roztworem HCl do kreski,
dokładnie wymieszano. W komorze pomiarowej spektrofotometru, umieszczono
kuwetę z roztworem ślepej próby i wyzerowano urządzenie. Do kolejnej kolby dodano
roztworu KSCN, uzupełniono roztworem HCl i wymieszano. Następnie dokonano
pomiaru absorbancji dla tego roztworu w drugiej kuwecie pomiarowej. Analogicznie
postąpiono z pozostałymi roztworami wzorcowymi, za każdym razem zerując
urządzenie na próbę ślepą, a także za każdym razem przepłukując kilkakrotnie drugą
kuwetę odpowiednim roztworem. Otrzymany do oznaczenia roztwór przeniesiono
ilościowo z pomocą lejka do skalibrowanej kolby miarowej 100 cm3, przepłukano lejek,
a roztwór uzupełniono wodą destylowaną do kreski i wymieszano. Trzykrotnie pobrano
skalibrowaną pipetą odpowiednią objętość przygotowanego roztworu do oznaczenia
do trzech kolb miarowych 50 cm3, przemytych wcześniej 0,1% roztworem HCl. Dalej
postępowano analogicznie jak w przypadku roztworów wzorcowych.
3
3. Wyniki.
Tabela 1. Wyniki pomiarów.
5Øß5ØTÜ
5Ø6Ü5Ø9Ü5ØRÜ3+ [ ] 5Ø4Ü1 5Ø4Ü2 5Ø4Ü3
5Ø4Ü
5ØPÜ5ØZÜ3
0,0 0,000 0,000 0,000 0,000
0,4 0,063 0,062 0,059 0,061
0,8 0,144 0,142 0,139 0,142
1,2 0,208 0,206 0,204 0,206
1,6 0,277 0,274 0,271 0,274
2,0 0,338 0,335 0,333 0,335
C 0,179 0,176 0,175 0,177
1
C 0,186 0,183 0,180 0,183
2
C 0,180 0,177 0,175 0,177
3
4. Opracowanie wyników.
a) Obliczenia.
Obliczono średnią absorbancję dla każdego roztworu wzorcowego i próbki, na
podstawie wzoru:
5Ø[Ü
5Ø4Ü = " 5Ø4Ü5Ø[Ü
5ØVÜ=1
gdzie:
5Ø[Ü  liczba wyników,
5Ø4Ü5Ø[Ü  n-ty wynik absorbancji.
Otrzymane wyniki wprowadzono do Tabeli 1.
Ponieważ wynik średniej absorbancji dla próbki oznaczonej symbolem C odbiega od
2
pozostałych, przeprowadzono dla niego test Grubbsa aby sprawdzić, czy jest on
obarczony błędem grubym. W tym celu skorzystano ze wzoru:
| |
5ØeÜ5ØZÜ5ØNÜ5ØeÜ 5ØeÜ
5Ø:Ü5ØZÜ5ØNÜ5ØeÜ =
5Ø`Ü5ØeÜ
gdzie:
5Ø:Ü5ØZÜ5ØNÜ5ØeÜ  wartość krytyczna testu Grubbsa dla najwiÄ™kszego wyniku,
5ØeÜ5ØZÜ5ØNÜ5ØeÜ  najwiÄ™kszy wynik,
5ØeÜ  Å›rednia arytmetyczna wyników,
5Ø`Ü5ØeÜ  odchylenie standardowe wyników.
5Ø:Ü5ØZÜ5ØNÜ5ØeÜ = 1,15
Wartość tablicowa dla 3 wyników oraz poziomu istotności 5% wynosi 1,15. Wynika
stąd, że wynik ten jest obarczony błędem grubym i należy go odrzucić.
4
Sporządzono wykres zależności absorbancji od stężenia Fe3+, dopasowano do niego
linię trendu i wyświetlono jej równanie, za pomocą arkusza kalkulacyjnego Excel oraz
danych zawartych w Tabeli 1.:
Wykres 1. Krzywa kalibracji.
Krzywa wzorcowa roztworu Fe3+
0.350
0.315
y = 0.1699x - 0.0002
0.280
R² = 0.9987
0.245
0.210
0.175
0.140
0.105
0.070
0.035
0.000
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
CFe3+ [źg/cm3]
Obliczono stężenie żelaza(III) dla danych próbek na podstawie otrzymanej zależności
liniowej:
5ØfÜ = 5ØNÜ5ØeÜ + 5ØOÜ
oraz następujących zależności:
5ØfÜ = 5Ø4Ü5Ø[Ü
5ØeÜ = 5Ø6Ü5Ø[Ü
gdzie:
5Ø4Ü5Ø[Ü  Å›rednia absorbancja danego roztworu,
5Ø6Ü5Ø[Ü  stężenie żelaza(III) danego roztworu [źg/cm3].
5Ø4Ü5Ø[Ü - 5ØOÜ
5Ø6Ü5Ø[Ü =
5ØNÜ
5ØNÜ = 0,1699
5ØOÜ = -0,0002
5Ø4Ü1 = 0,177
5Ø4Ü3 = 0,177
5Ø6Ü1 = 1,04 5Øß5ØTÜ/5ØPÜ5ØZÜ3
5Ø6Ü3 = 1,04 5Øß5ØTÜ/5ØPÜ5ØZÜ3
5
A
Obliczono średnie stężenie żelaza(III) w badanym roztworze na podstawie wzoru:
5Ø[Ü
5Ø6Ü = " 5Ø6Ü5Ø[Ü
5ØVÜ=1
gdzie:
5Ø[Ü  liczba wyników,
5Ø6Ü5Ø[Ü  n-ty wynik stężenia żelaza(III) w badanym roztworze [źg/cm3].
5Ø6Ü = 1,04 5Øß5ØTÜ/5ØPÜ5ØZÜ3
Obliczono masę żelaza(III) w próbce na podstawie wzoru:
5Ø6Ü " 5ØIÜ5ØCÜ " 5ØJÜ
5ØZÜ5Ø9Ü5ØRÜ3+ =
1000
gdzie:
5ØZÜ5Ø9Ü5ØRÜ3+  masa Fe3+ zawarta w badanej próbce [mg],
5Ø6Ü  Å›rednie stężenie Fe3+ w próbce [źg/cm3],
5ØIÜ5ØCÜ  objÄ™tość próbki [cm3],
5ØJÜ  współmierność kolby i pipety.
5Ø6Ü = 1,04 5Øß5ØTÜ/5ØPÜ5ØZÜ3
5ØIÜ5ØCÜ = 50 5ØPÜ5ØZÜ3
5ØJÜ = 4,976
5ØZÜ5Ø9Ü5ØRÜ3+ = 0,2594 5ØZÜ5ØTÜ
b) Wynik końcowy.
Masa Fe3+ w badanej próbce: 0,2594 mg.
5. Podsumowanie.
Metoda zastosowana do oznaczenia Fe3+ jest bardzo czuła  pozwala oznaczyć jego
zawartość w ilościach mikrogramowych. Użyty spektrofotometr ma dobrą czułość, daje
powtarzalne i stabilne wyniki  największa różnica między kolejno zmierzonymi
absorbancjami wynosi 0,003 jednostek absorbancji. Wartość ta, nie przekracza
niepewności kalibracji spektrofotometru, znalezionej na stronie
http://www.perkinelmer.com/CMSResources/Images/4474452BRO_LAMBDAXLSandXLSPl
us.pdf (dostęp: 27.05.13 r.), która wynosi 0,003 jednostek absorbancji dla pomiarów z
zakresu 0  0,5 jednostek absorbancji. Kolejno mierzone absorbancje zmniejszajÄ… siÄ™.
Przyczyną tego zjawiska może być nietrwałość [FeSCN]2+. Największy wpływ na wynik
końcowy miało przygotowanie roztworu roboczego. Nieprawidłowe odmierzenie i
rozcieńczenie roztworu podstawowego generuje stały błąd systematyczny. Błąd ten jest
póz
niej niemożliwy do skorygowania. Równie ważne było utrzymanie odpowiedniej
czystości użytego sprzętu laboratoryjnego.
Wszystkie obliczenia wykonano za pomocÄ… arkusza kalkulacyjnego Excel.
6