Работа 5. Определение железа в природной воде

Приборы и реактивы:

Атомно-абсорбционный спектрофотометр AAS-3 с непламенным атомизатором ЕА-3;

Государственный стандартный образец состава раствора ионов металлов (КС-1) с содержанием ионов железа 1,00 г/л

Подготовка пробы воды к атомно-абсорбционному определению

Для анализа отбирают 50 мл воды и фильтруют ее через фильтр со средним размером пор 0,45 мкм. Соединение в фильтрате условно считаются растворимыми, а на фильтре – взвесью.

При определении общего железа, аликвотную часть воды 50 мл подкисляют азотной кислотой (1,5 мл конц. НNO₃), выпаривают почти досуха, остаток растворяют в 3-5 мл царской водки, полученный раствор разбавляют.

При определении в фильтрате содержания железа анализ проводят сразу после подкисления.

Ход определения.

Готовят 5 стандартных растворов, содержащих от 1,0 до 5,0 мкг/мл. Для построения градуировочного графика отбирают дозатором 20 мкл стандарта, вводят в кювету, и определяют высоту пика абсорбции. Проводят 5 параллельных измерений и полученные результаты усредняют.

По полученным данным строят градуировочный график в координатах:

А=f (С_ст).

Затем отбирают дозатором 20мкл анализируемого образца и определяют его сигнал абсорбции. Интерполяцией градуировочного графика находят концентрацию железа в пробе, которая соответствует его концентрации в анализируемом образце в мкг/л.

Потенциометрия и потенциометрическое титрование

Потенциометрия – метод определения различных физико-химических величин (константы диссоциации слабых электролитов, устойчивости комплексных соединений, произведения растворимости малорастворимых электролитов), основанный на измерении электродвижущих сил (э.д.с.) обратимых гальванических элементов.

Обычно используют гальванический элемент, включающий два электрода, которые могут быть погружены в один и тот же раствор (элемент без переноса) или в два различных по составу раствора, имеющий между собой жидкостный контакт (солевой мост) – цепь с переносом.

Особенно широко применяют потенциометрию в аналитических целях для определения концентрации веществ в растворах.

Электрод, потенциал которого зависит от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе, называется индикаторным.

Для измерения потенциала индикаторного электрода в раствор погружают электрод сравнения, потенциала которого не зависит от концентрации определяемых ионов.

В качестве электродов сравнения используют каломельный(б) , и хлорсеребряный электроды (а).

Каломельные электроды представляют собой металлическую ртуть в контакте с ионами Hg₂²⁺ (вводится в в виде каломели Hg₂Cl₂) в растворе КС1 различной концентрации.

Каломельный электрод можно представить в виде

Hg/ Hg₂Cl₂ (нас), КС1(Х,М), где Х–молярная концентрация КС1 в растворе.

Электродная реакция, протекающая при работе каломельного электрода

описывается уравнением

Hg₂Cl₂(тв)+2е↔2Hg+2С1^–

Потенциал этого электрода зависит от концентрации хлорид –ионов и описывается уравнение при 25⁰С

Е Hg₂Cl₂/ Hg₂²⁺,2С1^– =Е⁰–0,0591 lg аС1^–

Е⁰–стандартный электродный потенциал, В

а С1^– –активность хлорид –ионов в растворе

Значение потенциалов каломельного электрода относительно нормального водородного электрода при 25⁰С имеют следующие значения:

Концентрация KCl, моль/л	0,1	1,0	Насыщенный
Потенциал электрода, В	+0,3365	+0,2828	+0,2438

Чаще всего пользуются насыщенным каломельным электродом в связи с простотой его приготовления.

В настоящее время в потенциометрии в качестве электрода сравнения чаще применяют хлорсеребряные электроды. Он состоит из серебряного электрода, частично покрытого осадком AgCl и погруженного в растворе хлорида калия различной концентрации,

Аналогично каломельному электроду хлорсеребряный электрод можно представить в виде

Ag/AgCl(нас), KCl(Х,М)

В этом электроде протекает полуреакция

AgC1(тв)+е↔Ag+C1^–

Обычно хлорсеребряный электрод изготовляют, используя насыщенный раствор хлорида калия. Его потенциал при 25⁰С равен +0,197В относительно стандартного водородного электрода.

В потенциометрическом методе анализа используют два класса индикаторных электродов:

1) металлические индикаторные электроды

2) мембранные или ионоселективные электроды

У металлических индикаторных электродов потенциал возникает за счет окислительно-восстановительного процесса на границе электрод/раствор, т.е. с участием электронов.

Такие индикаторные электроды можно изготавливать из металлов, способных давать обратимые полуреакции, например, из серебра, меди, ртути, свинца и кадмия. Потенциалы этих электродов воспроизводимо и предсказуемо отражают активность их ионов в растворе. В качестве индикаторных электродов используют электроды из платины и золота, их обычно используют в потенциометрическом титровании.

Потенциалы мембранных или ионоселективных электродов образуются из-за различной концентрации ионов определенного вида в мембране и прилегающем к ней растворе.

В зависимости от материала мембраны ионоселективные электроды удобно разделить на:

ионселективные электроды с твердой мембранной.

Мембрана может быть гомогенной – монокристалл, трудно растворимое кристаллическое соединение или стекло, которые рассматриваются как твердые вследствие того, что анионы в них образуют неподвижную кристаллическую решетку, или гетерогенной – в этом случае электроактивное вещество распределено в инертной матрице.

В качестве чувствительного элемента для твердых мембранных электродов используются вещества, обладающие малой растворимостью и ионной проводимостью по катиону или аниону. Перенос заряда в них происходит за счет дефектов кристаллической решетки, при котором вакансии занимаются свободными соседними ионами.

В таблице 1 приведены характеристики некоторых твердых мембранных электродов.