XAXANINA

Тогда, учитывая, что концентрация никеля после добавления стандартного раство-

ра меняется и становится равной

C	пробы с добакой	СпробыVпробы CдобавкиVдобавки ,
			Vпробы Vдобавки

где Сдобавки - концентрация добавки стандартного раствора; Vпробы - начальный объем раствора в электролитической ячейке, Vдобавки - объем прибавленного стандартного раствора, имеем:

Iпробы с добавкой		СпробыVпробы CдобавкиVдобавки	.
I пробы		Cпробы (Vпробы Vдобавки)

Из этого уравнения выражаем искомую концентрацию никеля в пробе Спробы:

Cпробы

Cдобавки

.

пробы с добавкой

V

V

V

I

пробы

добавки

пробы

Iпробы

Vдобваки

Vдобавки

Подставляем числовые значения:

Cпробы (Ni)

1 10-2

4,77 10 4 моль/л.

3,8

50 5

50

1,35

5

5

Тогда, массовая доля (%) никеля (атомная масса никеля - 58,70 г/моль) равна

	ω (Ni)	4,77 10-4	100,0 58,70 100	0,11%.
		1000 2,500

Метод калибровочного графика

Задача 2. При полярографировании стандартных растворов свинца (II) получили следующие результаты:

Концентрация свинца CPb·106, г/мл	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25
Высота пика h, мм	2,0	4,0	6,0	8,0	10

Навеску алюминиевого сплава массой 4,848 г растворили и раствор разбавили до

50,00 мл, высота полярографической волны свинца в полученном растворе оказалась равной hпробы = 7,0 мм. Вычислить массовую долю (%) свинца в образце.

Решение. Строим калибровочный график в координатах h - CPb (рис.14).

91

Рис.14. Калибровочный график для определения свинца

По графику находим Спробы = 0,87·10–6 г/мл,				соответствующую hпробы = 7,00 мм, и
рассчитываем массовую долю свинца в сплаве:
ω (Pb)	Cпробы Vпробы 100%		0,87 10 6 50 100		8,97 10 4%.
	mсплава			4,848

Метод стандартов

Задача 3. Навеску анализируемого образца массой m = 1,0000 г, содержащего сви-

нец, растворили в 100 мл воды, включающей и фоновый электролит. При полярографиро-

вании 5 мл приготовленного раствора высота волны свинца составила 10 мм. Определить содержание свинца (%) в анализируемом образце, если при полярографировании в анало-

гичных условиях 5 мл стандартного образца раствора, содержащего 0,052 г свинца в 25

мл, высота волны составила 20 мм.

Решение. Концентрацию катионов свинца в полярографируемом растворе находим по уравнению

Cпробы	hпробы Cст		10 0,01		0,005 моль/л.
	hст		20

92

Сст находим, рассуждая следующим образом:

Cст

0,052 1000

2,08 г/л

или Cст

2,08 г/л

0,01моль/л.

25

207,2 г/моль

Масса свинца в анализируемом образце равна

m

Pb

C

пробы

M

Pb

V

0,005 207,2 0,1 0,1036 г ,

р ра

где М - молярная масса свинца, М = 207,2; Vр-ра - объем раствора, 100 мл = 0,1 л.

Массовая доля свинца в анализируемом образце:

ω (Pb) 1,00000,1036 100% 10,36% .

Пример контрольного теста

1. Какую зависимость снимают в ИВА?

1)силы тока от напряжения;

2)силы тока от концентрации;

3)силы тока от величины добавки;

4)напряжения от концентрации.

2. Пробоподготовка - это подготовка:

1)раствора к анализу;

2)вольтамперограммы;

3)кювет;

4)электродов.

3. При идентификации вещества методом прямой вольтамперометрии измеряют:

1) высоту полуволны; 2) потенциал полуволны; 3) потенциал начала восстановле-

ния деполяризатора; 4) высоту волны.

4. Отметьте неверное утверждение. При проведении анализа методом ИВА:

1)на первой стадии индикаторный электрод подключен в качестве катода;

2)первая стадия - накопление анализируемого вещества из раствора на поверхно-

сти индикаторного электрода;

3)на второй стадии индикаторный электрод подключен в качестве анода;

4)регистрация вольтамперограмм осуществляется на первой стадии анализа.

5. При полярографировании 10,0 мл раствора никотинамида получена волна высо-

той 38 мм. После добавления к этому раствору 1,50 мл стандартного раствора, содержа-

щего 2,00 мг/мл никотинамида, волна увеличилась до 80,5 мм. Рассчитать содержание ни-

котинамида (мг/мл) в анализируемом растворе.

1) 4,237; 2) 0,208; 3) 203; 4) 21,184.

93

АНАЛИЗ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МЕТОДАМИ ХРОМАТОГРАФИИ

Работа № 15 Определение кадмия в растворах методом хроматографии на бумаге

Количественное определение кадмия в природной или сточной воде можно осуществить хроматографическим методом. Капля раствора кадмия, нанесенная на хроматографическую бумагу, пропитанную раствором висмутола II, образует бледно-окрашенное пятно осадка. После погружения конца бумаги в растворитель наблюдается окрашенный след перемещения иона кадмия в виде пика. Высота пика тем больше, чем больше содержание кадмия в капле.

Оборудование и реактивы

Хроматографическая бумага № 3, пропитанная 0,1%-ным раствором висмутола II. Капилляр емкостью 0,0015 - 0,0050 мл.

Стакан на 500 мл. Предметное стекло. Часовое стекло. Чашка Петри.

Дифенилкарбазон, 0,1%-ный спиртовой раствор. Раствор аммиака, 2 н.

Стандарный раствор кадмия 1 мг/мл готовят растворением металлического кадмия в царской водке. Разбавляя стандарный раствор, готовят серию новых растворов кадмия с содержанием Cd (II): 200, 400, 600, 800, 1000 мкг/мл.

Описание определения

Кадмий с висмутолом II в кислой среде образует белый кристаллический осадок, нерастворимый в воде. В солянокислой среде растворимость соединения кадмия с висмутолом II весьма высока. Это обстоятельство позволяет определять кадмий в присутствии других катионов.

94

К 5 мл анализируемого раствора прибавьте 5 мл 2 н соляной кислоты и раствор тщательно перемешайте.

На полоску сухой хроматографической бумаги размером 200150 мм, предвари-

тельно пропитанной 0,1- и 0,165%-ными растворами висмутола II, нанесите мягким ка-

рандашом две линии: на расстоянии 10 мм от края бумаги (линия погружения в раствор -

линия старта) и на расстоянии 20 мм от линии погружения (линия финиша). На линию старта нанесите капилляром на расстоянии 10 мм друг от друга 1 каплю (0,003 мл) стан-

дартного раствора кадмия и 3 капли (параллельно) исследуемого раствора. Полоску бума-

ги (по линию погружения) опустите в стакан с водой (с 5%-ной добавкой глицерина) и на-

кройте крышкой. При нанесении капель образуются белесые пики кадмия, которые хорошо видны только на влажной бумаге, поэтому для проявления пиков кадмия полоску бумаги положите поверх стакана с 2 н раствором аммиака и опрысните раствором дифе-

нилкарбазона. Кадмий окрасится в ярко-фиолетовый цвет, и вершины пиков можно выде-

лить. Измерьте высоту пиков и результаты запишите в форму табл.17.

Форма таблицы 17

Результаты хроматографического определения ионов кадмия

	Параметры	Стандартные	Исследуемые
		растворы	растворы
	Концентрация,
	мкг/мл
	Высота пиков, мм

По данным измерений постройте калибровочный график, по которому определите

количество кадмия в исследуемом растворе.

95

Работа № 16 Определение уровня радиационного

загрязнения окружающей среды

Радиоактивные или ионизирующие излучения бывают трех основных видов: альфа-

, бета- и гамма. Они отличаются друг от друга происхождениeм, свойствами и действием на организм человека.

Источники радиации бывают либо природными, либо искусственными, т.е. создан-

ными человеком. К искусственным источникам радиации относятся как радиоактивные изотопы, так и радиоактивное излучение, возникающее в результате каких-либо техниче-

ских процессов. В качестве примера источников, не использующих радиоактивные изото-

пы, можно привести медицинскую аппаратуру, применяемую для рентгеновских исследо-

ваний, и даже самый обычный цветной телевизор тоже является, хотя и в очень небольшой степени, источником рентгеновского излучения.

Альфа-излучение обладает очень малой проникающей способностью: альфа-частицы полностью задерживаются слоем воздуха толщиной в несколько сантиметров или листом обычной бумаги. При облучении человека они проникают лишь на глубину поверхностного слоя кожи.

Альфа-излучение опасно при попадании радиоактивного вещества на кожу и сли-

зистую оболочку глаз и становится очень опасным, если источниками альфа-излучения загрязнены пища, воздух или вода, попадающие в организм человека. В этом случае облу-

чению подвергаются не защищенные кожей внутренние органы.

Бета-излучение способно проходить до полного ослабления несколько метров в воздухе или один-два сантиметра в воде, а в человеческом теле - до двух сантиметров. Бе-

та-частицы опасны при их воздействии на кожу или слизистую оболочку и хрусталик гла-

за. В случае их поступления в организм человека с пищей, водой и воздухом опасности подвергаются легкие, желудок и кишечник.

Гамма-излучение обладает высокой энергией и большой проникающей способно-

стью - задерживается лишь слоем воздуха толщиной около 100 метров и глубоко проника-

ет в человеческое тело (в некоторых случаях может пройти его насквозь). Для защиты от гамма-радиации используют свинец, бетон и др.

Гамма-излучение легко регистрируется всеми бытовыми и профессиональными приборами, предназначенными для измерения радиации. Некоторые из этих приборов способны регистрировать и бета-излучение. Измерение альфа-излучения представляет со-

бой более трудную задачу, ее решение доступно лишь специалистам, работающим с до-

вольно сложным оборудованием.

96

Рентгеновское излучение, создаваемое, например, медицинскими рентгеновскими аппаратами, имеет такую же природу, как и гамма-излучение. Его энергия и проникающая способность зависят от того, для каких целей оно применяется (диагностика или лечение различных органов).

Радиоактивное излучение никак не воспринимается нашими органами чувств: его нельзя ни видеть, ни слышать, ни ощущать. Это увеличивает его опасность.

Дозиметристы измеряют:

активность источника излучения;

уровень радиоактивного загрязнения территории или продуктов питания;

дозу радиации, получаемую организмом человека.

Приборы измеряют уровень гамма-излучения в миллирентгенах в час (мР/ч) или в микрорентгенах в час (мкР/ч):

1 Р = 1 000 мР/ч = 1 000 000 мкР/ч.

Для определения получаемой дозы нужно умножить эту величину на время, в тече-

ние которого человек подвергался облучению. Например, по радио передали, что радиа-

ционный фон в Москве составляет 12 мкР. Значит, за 2 ч, проведенных в этот день на ули-

це, можно получить 24 мкР. На территории нашей страны естественный фон колеблется от 4,5 до 30 мкР/ч, что считается нормальным и неопасным.

Иногда можно встретить и другие единицы измерения: бэры и зиверты (Зв). 1 бэр = 1 Р, а 1 Зв = 100 Р.

Активность источников радиации измеряется в кюри (Ки), микрокюри (мкКи), на-

нокюри (нКи): 1 Ки = 1 млн мкКи или 1 млрд нКи.

В других случаях активность выражают в беккерелях (Бк): 1 нКи = 37 Бк.

Чем выше активность источника, тем больше он излучает радиации.

Допустимые уровни загрязнения радиоактивными веществами продуктов питания,

воды и воздуха выражают в кюри или беккерелях на килограмм или на литр (Бк/кг или Бк/л). Загрязнение местности радиоактивными веществами измеряется в кюри на квад-

ратный километр (Ки/км2).

Действие радиации на организм человека. Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут "запустить" до конца еще не установлен-

ную цепь событий, приводящую к раку или генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и стать причиной бы-

строй гибели организма.

Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, как правило, сказываются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя

97

много лет после oблyчeния - обычно не ранее чем через одно - два десятилетия. Врожден-

ные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением гене-

тического аппарата, по определению, проявляются лишь в следующем поколении или че-

рез несколько поколений: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека,

подвергшегося облучению.

Санитарные нормы. Согласно нормам радиационной безопасности установлены следующие предельно допустимые дозы (в год):

для работающих в контакте с радиоактивными излучениями - 5 бэр (Р);

для ограниченной части населения (проживающего вокруг предприятий) -

0,5 бэр (Р);

для остального населения области, края, республики, страны - в пределах ес-

тественного фона, для Москвы это 100 - 120 мбэр (мР);

допустимое разовое аварийное облучение профессионалов - 25 бэр с ком-

пенсацией этой дозы в последующие годы.

Оборудование

Дозиметр бытовой.

Описание определения

Ознакомьтесь с устройством и принципом работы дозиметра по описанию прибора и подготовьте прибор к работе. В режиме "Поиск" обследуйте помещение на предмет об-

наружения радиационного загрязнения (установите периодичность сигнала). Определите радиационный фон в аудитории и проведите несколько замеров радиационного фона в здании. По каждому измерению сделайте вывод об уровне радиационного загрязнения помещения. Оформите результаты измерений и сдайте преподавателю.

98

Пример контрольного теста

1.Дисперсионными силами определяется взаимодействие веществ с поверхностью сорбента главным образом при таком механизме сорбции:

1) хемосорбции;

2) смешанном механизме сорбции, характеризующимся образованием водородных связей;

3) физической адсорбции.

2.Сшитые полимеры, обладающие одновременно комплексообразующими и ионо-

обменными свойствами, называются:

1)силикагелями;

2)цеолитами;

3)ионообменными смолами;

4)хелатообразующими сорбентами.

3.Количественной мерой эффективности хроматографической колонки служат: 1) длина колонки и коэффициент эффективности; 2) высота и число теоретических тарелок; 3) коэффициент селективности и разрешение;

4) коэффициент емкости и коэффициент распределения.

4.Физическим смыслом коэффициента удерживания в методе хроматографии яв-

ляется:

1)время пребывания компонента А в подвижной фазе tm;

2)время пребывания компонента А в неподвижной фазе ts;

3)скорость прохождения растворенного вещества А через колонку VA;

4)скорость прохождения элюента через колонку Vn;

5)отношение скорости движения вещества к скорости движения подвижной фазы.

5. Высота хроматографического пика пропорциональна:

1)концентрации растворенного вещества;

2)количеству вещества на N-й теоретической тарелке;

3)времени удерживания tR;

4)удерживаемому объекту VR;

5)скорости подвижной фазы Vm.

99

Литература

1.Коробкин В.И. Экология: учеб. для вузов. - Ростов н/Д.: Феникс, 2012.

2.Исидоров С.А. Экологическая химия: учеб. пособие для вузов. - СПб.: Химиздат,

2001.

3. Хаханина Т.И., Никитина Н.Г., Суханова Л.С. Химия окружающей среды:

учеб. пособие. - М.: МИЭТ, 2013.

4. Борисов А.Г., Ганьшин В.А., Никитина Н.Г., Суханова Л.С. Экология: учеб.

пособие. - М.: МИЭТ, 2001.

5. Хаханина Т.И., Никитина Н.Г., Борисов А.Г. Лабораторный практикум по фи-

зико-химическим методам анализа. - М.: МИЭТ, 2010.

6.Никитина Н.Г., Борисов А.Г. Элементы качественного анализа: лаб. практикум по курсу "Экология". - М.: МИЭТ, 1997.

7.Основы аналитической химии / Под ред. Ю.А. Золотова. - Кн. 2: Методы хими-

ческого анализа. - М.: Высшая школа, 2002.

8.Царицын Г.В., Шмидеберг Н.А. Гидрохимический практикум. - Часть 2: Общие физико-химические аппаратные методы анализа природных вод. - М.: Изд-во МГУ, 1981.

9.Другов Ю.С., Родин А.А. Экологическая аналитическая химия. - СПб.: Анатолия,

2002.

10. Кальвода Р., Зыка Я., Штулик К. Электроаналитические методы в контроле ок-

ружающей среды: пер. с англ. / Под ред. Е.Я. Неймана. - М.: Химия, 1990.

100