Задачи и методы количественного анализа

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

Задачи и методы количественного анализа

Каждая область науки и производства ставит перед количественным анализом свои специфические задачи. Так, в медицинской практике большое значение для диагностики имеет количественное определение отдельных элементов и соединений, которые входят в состав тканей живых организмов и обусловливают их нормальную физио-логическую деятельность. Разработаны методы количественного определения ряда микроэлементов (марганца, бора, железа, молибдена), так как от их содержания в почве и удобрениях зависит урожайность сельскохозяйственных культур. В санитарно-гигиенической практике необходима количественная оценка качества питьевой воды, продуктов питания, окружающей среды.

Количественный анализ позволяет определить, соответствуют ли характеристики веществ, лекарств и полимерных материалов требованиям нормативно-технических документов. Например, если температура плавления камфары ниже 178,4 ^СС, то это свидетельствует о присутствии примесей в камфоре и о невозможности ее применения; использование для внутривенного введения раствора хлорида натрия с его содержанием ниже или выше массовой доли 0,9% приводит к нежелательным последствиям для больного.

В количественном анализе (как и в качественном) широко используются химические, физико-химические, и физические методы анализа. Среди химических методов применяются гравиметрический (весовой), титриметрический (объемный) и газовый анализы. Из физико-химических методов анализа наибольшее практическое значение имеют оптические методы (фотометрия, турбидиметрия, нефелометрия и др.); электрохимические, и хроматографические, а из физических – фотометрия пламени,
эмиссионный спектральный и люминесцентный анализы.

В основе количественного анализа лежат те же химические реакции, которые применяются в качественном анализе. Однако не каждая реакция применима для количественного определения, несмотря на то, что она может являться очень чувствительной и специфической для данного иона в качественном анализе.

Подготовка вещества к анализу. Отбор проб для анализа

Отбор пробы является очень важной и ответственной подготовительной операцией анализа. Неправильно отобранная проба может совершенно исказить результаты и в этом случае вообще бессмысленно выполнять анализ.

Проба материала, поступающая в лабораторию (лабораторная проба) должна быть представительной, т.е. состав пробы должен соответствовать среднему составу анализируемого материала. Лабораторную пробу получают после уменьшения первичной или генеральной пробы, которую отбирают на самом первом этапе от большой массы материала. В свою очередь, от лабораторной пробы отбирают аналитическую пробу для проведения единичного определения.

Для каждого рода материала существуют специальные правила отбора проб для анализа, регламентирующие порядок проведения отдельных операций. Если анализируемая жидкость находится в большой емкости, то перед взятием пробы ее необходимо перемешать. При отборе пробы из нескольких емкостей жидкость в каждой из них перемешивают, отбирают одинаковые объемы жидкости из каждой емкости и смешивают их друг с другом. Если жидкие материалы находятся в ампулах или флаконах, то последние вскрывают и содержимое их смешивают. Жидкости с осадком тщательно встряхивают и быстро отбирают пробу. Для взятия проб используют специальные пробоотборники которые погружают на определенную глубину и захватывают ими анализируемый материал. Пробы твердых и сыпучих веществ отбирают из разных мест упаковки, захватывая внутренние и наружные слои, которые могут по составу из-за выветривания или увлажнения. Так же из разных мест биологического материала (ткани, кровь, растения и т.д.) отбирают среднюю пробу. Для анализа берут все части растений, стараясь, чтобы они были равномерно представлены в пробе. Отобрав представительную первичную пробу сухих материалов, ее измельчают, перемешивают и сокращают до размеров лабораторной пробы. Сокращение обычно проводят квартованием. Для этого измельченную пробу высыпают на ровную поверхность, перемешивают, разравнивают в форме квадрата и делят квадрат по диагонали на четыре части. Две противоположные части отбрасывают, а с двумя другими частями продолжают квартование до получения необходимой лабораторной пробы. Из лабораторной пробы отбирают аналитические пробы, которые подвергают дальнейшей аналитической обработке после взвешивания на технических или аналитических весах.

Метод Мора

Этот метод позволяет определить содержание хлоридов или бромидов:

Ag⁺ + CI^- = AgCl↓; Ag⁺ + Br^- = AgBr↓.

Рабочим раствором в методе Мора является раствор нитрата серебра AgN0₃. Исходным веществом для определения молярной концентрации эквивалента раствора AgN0₃является хлорид натрия NaCl или хлорид калия КС1. Для определения конца титрования используется индикатор хромат калия К₂Сг0₄, который с нитратом серебра образует кирпично-красный осадок хромата серебра Ag₂Cr0₄:

K₂Cr0₄ + 2AgN0₃ = Ag₂Cr0₄↓ + 2KN0₃.

При титровании хлоридов и бромидов образуется белый осадок AgCl или желтовато-белый осадок AgBr. Ког-ли ионы С1^-или Вг^- будут практически полностью в осадке, то в растворе появляется избыток AgN0₃, взаимодействующий с К₂Сг0₄ с образованием кирпично-красного осадка Ag₂Cr0₄. Осадки галогенидов серебра окрашиваются при этом в розовый цвет, по появлению которого судят о том, что реакция между галогенид-ионами и ионами Ag⁺ закончилась. Такая последовательность образования осадков объясняется тем, что растворимость AgCl (1,25 • 10^-5 моль/л) и растворимость AgBr (7,94 • 10^-7 моль/л) меньше растворимости Ag₂Cr0₄ (1 • 10^-4 моль/л). Поэтому при титровании из растворов прежде всего выпадают осадки галогенидов серебра и только после полного осаждения ионов С1^- и Вr^-начинает образовываться осадок хромата серебра.

Йодид-ионы невозможно определить методом Мора, так как выпадающий осадок йодида серебра Agl сильно адсорбирует К₂Сг0₄, вследствие чего осадок окрашивается до точки эквивалентности.

Применение метода Мора ограничено, так как точные результаты можно получить только в нейтральной среде. В кислой среде К₂Сг0₄ переходит в К₂Сг₂0₇, не обладающий свойствами индикатора в результате высокой растворимости Ag₂Cr₂0₇. В присутствии щелочей метод Мора также не применяется, так как в таких растворах образуется AgOH, распадающийся на Ag₂0 и Н₂0:

2Ag⁺ + 20H^-= Ag₂0 + Н₂0.

В присутствии аммиака и его солей осадки AgCl и Ag₂Cr0₄ растворяются с образованием комплексных соединений. Этот метод не применяется также в присутствии ионов Ва²⁺, Pb²⁺, Bi³⁺, так как эти ионы образуют о хромат-ионами осадки.

Титрование по методу Мора следует проводить при комнатной температуре, так как с повышением температуры увеличивается константа растворимости Ag₂CrO₄; вследствие этого уменьшается чувствительность индикатора к иону Ag⁺.

При определении солей галогенов (рабочий раствор AgN0₃) или солей серебра (рабочий раствор NaCl) рекомендуется придерживаться следующего порядка титрования: всегда приливать из бюретки раствор соли серебра к раствору соли галогена. Только при такой последовательности титрования получается резкое изменение окраски индикатора в конце титрования.

Рабочим раствором в методе Мора является 0,05000н. или 0,1000 н. раствор AgN0₃. Молярная масса эквивалента нитрата серебра равна его молярной массе, т.е. 169,89 г/моль.

Следовательно, для приготовления 1 л 0,05 н. раствора надо взять 8,5 г нитрата серебра. Эту навеску взвешивают на технических весах. Точную концентрацию приготовленного раствора AgN0₃ устанавливают по стандартному раствору хлорида натрия. Приготовленный раствор AgNO_;, изменяется при длительном хранении. Под влиянием света разложение ускоряется. Вследствие этого раствор хранят в склянках из оранжевого стекла или в посуде, обернутой черной бумагой. С течением времени концентрацию раствора AgN0₃ проверяют.

Стандартный раствор хлорида натрия получают растворением точно известного количества химически чистого хлорида натрия в определенном объеме воды. Если химически чистого хлорида натрия нет, то его получают перекристаллизацией поваренной соли из воды. Для приготовления 0,05000 н. раствора NaCl взвешивают на аналитических весах 0,5844 г NaCl и количественно переносят в мерную колбу на 200 мл. Растворяют навеску в дистиллированной воде, доводят водой до метки и тщательно перемешивают.

Метод Мора применяется при анализе пищевых продуктов (колбаса, соленая рыба, сливочное масло), где определяется количество поваренной соли. Для определения хлоридов в воде также используется этот метод. Методом Мора анализируются лекарственные препараты -КС1, KBr, NaCl, NaBr и др.

Лабораторная работа 1. Стандартизация рабочего раствора нитрата серебра по 0,05000 н. раствору хлорида натрия.

Цель работы. Получить навыки стандартизации рабочего раствора по первичному стандарту.

Оборудование. Бюретка вместимостью 25 мл, пипетка Мора, колбы для титрования.

Реактивы. Рабочий раствор AgN0₃, стандартный раствор 0,05000 н. NaCl, индикатор хромат калия с массовой долей его 5 %.

Выполнение работы. В три колбы для титрования с помощью пипетки Мора вносят по 10 мл 0,05000 н. раствора к хлорида натрия и добавляют по 0,5 мл раствора индикатора. При постоянном перемешивании из бюретки медленно приливают раствор нитрата серебра до появления неисчезающего красного окрашивания. Результаты титрования записывают в таблицу.

Обработка результатов эксперимента. Находят средний объем раствора AgN0₃, затраченного на титрование раствора NaCl. Рассчитывают молярную концентрацию эквивалента раствора AgN0₃ из соотношения V(AgN0₃) • C(AgN0₃) = = V(NaCl) • C(NaCl). Рассчитывают титр рабочего раствора AgN0₃ по формуле (19.10). Формулируют вывод, характеризующий результат проведенного титрования.

Лабораторная работа 2. Определение содержания хлорида натрия в растворе.

Цель работы. Закрепить навыки титрования по методу Мора.

Оборудование .См. лабораторную работу 1.

Реактивы. Раствор хлорида натрия, предложенный преподавателем, рабочий раствор AgN0₃ с молярной концентрацией эквивалента 0,05000 моль/л, индикатор хромат калия с массовой долей его 0,5 %.

Выполнение работы. Раствор хлорида натрия помощи ют в мерную колбу на 100 мл, добавляют воды до метки и перемешивают. В три колбы для титрования вносят с по мощью пипетки Мора по 10 мл полученного раствора, добавляют по 0,5 мл раствора индикатора. Титруют раствором AgN0₃ до появления неисчезающего красного окрашивания.

Обработка результатов эксперимента. Рассчитывают концентрацию раствора NaCl в моль/л, используя закон эквивалентов: V(NaCl) • C(NaCl)=V(AgN0₃) • C(AgNО₃). Затем рассчитывают титр раствора NaCl по формуле (19.10). Умножая титр раствора NaCl на объем колбы (100 мл), узнают массу хлорида натрия в растворе, предложенном преподавателем для анализа.

Делают вывод о полученных результатах.

Метод Фаянса

Образующиеся в процессе титрования галоген серебра склонны к образованию коллоидов. На использовании коллоидных свойств галогенидов серебра основано применение так называемых адсорбционных индикаторов. В качестве таких индикаторов в методе Фаянса применяют флюоресцеин и эозин. Флюоресцеин используется

при определении хлоридов, бромидов, йодидов и роданидов, эозин - только при титровании бромидов, йодидов и тиоцианатов.

Флюоресцеин и эозин представляют собой слабые органические кислоты Hind, которые при диссоциации распадаются на ионы Н⁺ и Ind^-. Если к раствору NaCl приливать раствор AgN0₃, то образующийся осадок AgCl преимущественно будет адсорбировать те ионы, которые входят в состав осадка, т.е. хлорид-ионы. В этом случае частицы AgCl будут заряжаться отрицательно и окрашенная форма флюоресцеина Ind^- адсорбироваться не может. Когда достигается эквивалентная точка, то все хлорид-ионы связываются в осадок AgCl и появляется избыток ионов серебра Ag⁺. Ионы серебра адсорбируются на частице AgCl и частица приобретает положительный заряд. Анион индикатора адсорбируется и появляется окраска.

На этих свойствах осадка основано применение индикаторов флюоресцеина и эозина. В эквивалентной точке поверхность осадка в присутствии флюоресцеина окрашивается в розовый цвет, в присутствии эозина — в красно-фиолетовый цвет.

Эозин нельзя применять при титровании хлоридов. Он является более сильной органической кислотой, чем флюоресцеин, поэтому адсорбируется на поверхности AgCl раньше С1^--ионов и осадок задолго до конца титрования приобретает красно-фиолетовый цвет. Эозин используется только при титровании бромидов, йодидов и тиоциана, в случае которых этого явления не происходит. Эозин применяют в виде эозината натрия - красного кристаллического порошка, растворимого в воде.

Титрование по методу Фаянса проводится в нейтральной пли слабокислой среде. В щелочной среде образуется гидроксид серебра AgOH. Вблизи эквивалентной точки для увеличения поверхности осадка содержимое колбы сильно перемешивают. Нельзя проводить титрование на прямом солнечном свету, так как красный цвет осадка быстро переходит в серый, а затем в черный.

При анализе фармацевтических препаратов метод Фаянса применяют для определения йодидов с индикатором эозинатом натрия.

Лабораторная работа 1. Определение содержания хлорида натрия в образце.

Цель работы. Приобрести навыки титрования хлоридов в присутствии адсорбционных индикаторов.

Оборудование. См. лабораторную работу 1.

Реактивы. Хлорид натрия, 0,05000 н. раствор AgN0₃, раствор флюоресцеина с его массовой долей 0,1 %, раствор крахмала с его массовой долей 0,5 %.

Выполнение работы. Рассчитанную навеску хлорида натрия (примерно 0,3 г) взвешивают на аналитических весах и количественно переносят в мерную колбу на 100 мл. Растворяют навеску в небольшом количестве воды и доводят раствор до метки. С помощью пипетки Мора по 10 мл приготовленного раствора вносят в три колбы для титрования и добавляют по 8-10 капель раствора индикатора. При энергичном перемешивании полученный раствор титруют раствором AgN0₃ до перехода окраски индикатора из зеленой в розовую. Для более резкого перехода окраски можно перед титрованием добавить в раствор 5 мл раствора крахмала.

Обработка результатов эксперимента. См. лабораторную работу 2.

Лабораторная работа 2. Определение йодида калия в образце.

Цель работы. Приобрести навыки титрования с индикатором эозином.

Оборудование. См. лабораторную работу 1.

Реактивы. Раствор уксусной кислоты с массовой долой ее 5 %, раствор эозина или эозината натрия с массовой долей его 0,1 %, йодид калия, 0,05000 н. раствор AgNO_a.

Выполнение работы. Рассчитанную навеску йодида калия взвешивают на аналитических весах и растворяют и мерной колбе на 100 мл. В три колбы для титрования вносят с помощью пипетки Мора по 10 мл полученного раствора, добавляют по 5 мл раствора уксусной кислоты, 5-6 капель индикатора и титруют раствором AgNO₃, до перехода окраски из розовой до красно-фиолетовой.

Обработка результатов эксперимента. См. лабораторную работу 2.

КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЯ

Примеры комплексонометрических определений

Прямым титрованием с различными индикаторами определяют Mg²⁺, Ca2⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Pb2⁺, Со²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Fe3⁺ и др. Причиной невозможности применения этого относительно простого способа титрования для многих элементов является отсутствие подходящего индикатора, недостаточная скорость реакции комплексообразования при обычной температуре, «блокирование» индикатора в результате слишком высокой прочности комплекса металла с индикатором или еще какие-нибудь особенности. В таких случаях применяется обратное или заместительное титрование.

При выполнении лабораторной работы по теме занятия используется прямое титрование. Для его проведения анализируемый раствор помещают в колбу для титрования. Туда же приливают подобранный для определения индикатор и буферную смесь, поддерживающую необходимое для данного определения значение рН. Для приготовления буферной смеси смешивают 100 мл раствора NH₄C1 с массовой долей его 10 % и 100 мл раствора NH₄OH с той же массовой долей и разбавляют полученную смесь дистиллированной водой до 1 л.

Содержимое колбы титруется раствором комплексона III. Изменение окраски указывает на конец титрования. Раствор трилона Б готовят так же, как любой раствор точной концентрации, т.е. он может быть приготовлен непосредственно из навески вещества. Однако для повышения надежности анализа точную концентрацию комплексона рекомендуется устанавливать по стандартному раствору сульфата магния. Молярная масса трилона Б M(Na₂H₂C₁₀H₁₂O₈N₂ • 2Н₂0) = 372,2 г/моль.

Лабораторная работа 1. Стандартизация рабочего раствора трилона Б по 0,1000 н. раствору сульфата магния.

Цель работы. Приобрести навыки проведения комплексонометрического титрования.

Оборудование. Бюретка, пипетка Мора, мерный цилиндр для отмеривания буферной смеси, три колбы для титрования, воронка.

Реактивы. Титрант - раствор трилона Б (приблизительная концентрация 0,05М; раствор первичного стандарта - 0Д000М MgS0₄ (из фиксанала); аммиачная буферная смесь (рН 8 - 10); индикатор - спиртовой раствор эриохрома черного Т.

Выполнение работы. Бюретку наполняют раствором трилона Б, точную концентрацию которого следует установить.

В колбу для титрования вносят 10,00 мл стандартного раствора MgS0₄ (пипетка Мора), 5 мл аммиачной буферной смеси (мерный цилиндр) и 3 капли раствора индикатора - эриохрома черного Т. Содержимое колбы титруют раствором трилона Б до перехода окраски из винно-красной в синюю.

Повторяют титрование до получения трех сходящихся результатов.

По результатам титрования рассчитывают концентрацию раствора трилона Б, как обычно при прямом титровании.

Протокол лабораторной работы оформляют по образцу (см. лабораторную работу 2).

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

Задачи и методы количественного анализа

Подготовка вещества к анализу. Отбор проб для анализа

Дата: 2019-02-19, просмотров: 268.

12 3 4 5 6 7 8 Следующая ⇒