Отчет по лабам

Лабораторная работа №1

«Дифференциально-фотометрическое определение железа в виде роданидного комплекса»

Приготовили стандартные растворы железа в узком интервале значений концентраций.

Для этого: в шесть пробирок добавили соответственно 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 мл раствора содержащего 0,1 мг/мл железа. Все растворы подкисляем 1 мл азотной кислоты HNO3 (1:1), добавляем по 4 мл 10%-ного NH₄CNS, доводим до метки водой и перемешиваем.

Затем измеряем оптическую плотность каждого раствора с помощью прибора ФЭК-56М. Его оптическая схема представлена на рис.1

Рисунок 1 – Оптическая схема ФЭК-56М

Настройку фотоколориметра производим по раствору сравнения с наименьшей концентрацией. Результаты измерений заносим в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений.

№ р-ра	Концентрация С, мг/мл	Оптическая плотность D	Средняя оптическая плотность Dср.
1	0,0006	0,172	0,172
		0,171
		0,172
2	0,001	0,373	0,374
		0,373
		0,375
3	0,0014	0,529	0,529
		0,530
		0,529
4	0,0018	0,735	0,734
		0,734
		0,734
задача		0,110	0,110
		0,109
		0,110

На основании полученных данных строим градуировочный (калибровочный) график зависимости D(C).

Рисунок 2 – градуировочный график

По графику определяем концентрацию задачи. С_зад= 0,0005 мг/мл

Лабораторная работа №2

«Фотометрическое определение фосфора в виде фосфорномолибденового комплекса»

Определение фосфора основано на реакции восстановления фосфорномолибденового комплекса до соединения, отвечающего формуле (MoO₂*4MoO₃)₂*H₃PO₄ и окрашенного в синий цвет.

В мерных колбах вместимостью 50 мл готовим серию из пяти растворов. Для этого: В каждую колбу добавляем 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 мл стандартного раствора КH₂PO₄ с концентрацией 0,1 мг/мл приливают немного дистиллированной воды, затем по 2мл 2,5%-ного раствора молибдата аммония, снова добавляют немного воды, затем 6 капель дихлорида олова. Раствор дихлорида олова готовят так: 1,25 г SnСl₂ растворяют в 50 мл 10%-ного раствора HCl. Уровень растворов в колбах доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Через 15 минут после добавления дихлорида олова выполняем колориметрирование.

Результаты измерений заносим в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений.

№ р-ра	Концентрация С, мг/мл	Оптическая плотность D	Средняя оптическая плотность Dср.
1	0,0002	0,363	0,361
		0,362
		0,359
2	0,0004	0,583	0,579
		0,580
		0,575
3	0,0006	0,770	0,767
		0,766
		0,764
4	0,0008	1,106	1,106
		1,106
		1,106
5	0,001	1,222	1,222
		1,224
		1,221
задача		0,599	0,597
		0,598
		0,595

На основании полученных данных строим градуировочный (калибровочный) график зависимости D(C).

Рисунок 2 – градуировочный график

По графику определяем концентрацию задачи. С_зад= 0,00037 мг/мл

Лабораторная работа №3

«Спектрофотометрическое определение равновесных концентраций сопряженных кислотно-основных форм метилового оранжевого в растворе»

Равновесные концентрации сопряженных кислотно-основных форм веществ, имеющих различные спектральные характеристики, могут быть определены по методу Фирордта. В качестве объекта анализа выбран краситель метиловый оранжевый:

кислотная форма метилоранжа

основная форма метилоранжа

Дан раствор H₂SO₄ c концентрацией С(H₂SO₄)=1 М, а нам нужно приготовить раствор с концентрацией С(H₂SO₄)=0,05 М

Рассчитаем, какой объем нам нужно взять для приготовления этого раствора в колбе на 50 мл по закону эквивалентов: V₂=C₂*V₁/C₂= 0,05*50/1 = 2,5 мл

Дан раствор NaOH c концентрацией С(NaOH)=0,01 М, а нам нужно приготовить раствор с концентрацией С(NaOH)=0,005 М

Рассчитаем, какой объем нам нужно взять для приготовления этого раствора в колбе на 50 мл по закону эквивалентов: V₂=C₂*V₁/C₂= 0,005*50/0,01 = 2,5 мл

Далее приготовим 5 рабочих растворов с концентрациями метилоранжа:

1. 6*10^-6

2. 9*10^-6

3. 1,2*10^-5

4. 1,5*10^-5

5. 1,8*10^-5

Рассчитаем, какой объем нам нужно взять для приготовления каждого раствора в колбе на 50 мл по закону эквивалентов соответственно: V₂=C₂*V₁/C₂

1. V=6*10^-6*50/1,5*10^-4=2 мл

2. V=9*10^-6*50/1,5*10^-4=3 мл

3. V=1,2*10^-5*50/1,5*10^-4=4 мл

4. V=1,5*10^-5*50/1,5*10^-4=5 мл

5. V=1,8*10^-5*50/1,5*10^-4=6 мл

В каждую колбу добавляем 2,5 мл H₂SO₄ и 2,5 мл NaOH и соответствующий объем метилоранжа доводим водой до метки и перемешиваем.

Далее измеряем спектр поглощения приготовленных растворов в диапазоне длин волн 390-560 нм. Измерения проводим на спектрофотометре Specol, его оптическая схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – оптическая схема спектрофотометра

Результаты измерений заносим в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений.

λ,нм	390	400	410	420	430	440	450	460	470	480
DHA	0,016	0,017	0,031	0,058	0,099	0,158	0,237	0,342	0,461	0,578
DA	0,218	0,261	0,307	0,347	0,383	0,413	0,433	0,452	0,450	0,423
DHA-DA	-0,202	-0,244	-0,276	-0,289	-0,284	-0,255	-0,196	-0,110	0,011	0,155

λ,нм	490	500	510	520	530	540	550	560
DHA	0,688	0,783	0,807	0,775	0,733	0,653	0,435	0,223
DA	0,369	0,297	0,218	0,146	0,086	0,043	0,020	0,004
DHA-DA	0,319	0,486	0,589	0,629	0,647	0,592	0,415	0,219

По полученным данным строим спектр поглощения.

График 1 – спектр поглощения

1 - кислотная форма метилоранжа

2 - основная форма метилоранжа

Выбираем самую наибольшую и самую наименьшую разности при соответствующих длинах волн 530 и 420 нм. При соответствующих длинах волн измеряем оптические плотности растворов. Результаты измерений заносим в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты измерений

Все расчеты выполнены в программе Microsoft Excel по формулам:

ε=D/C ; ε=( ε₁+ε₂+ε₃+ε₄+ε₅)/5

Задача: λ=420 D⁴²⁰=0,191

λ=530 D⁵³⁰=0,268

C_к=(D_з⁵³⁰ * ε_щ⁴²⁰ - D_з⁴²⁰ * ε_щ⁵³⁰)/( ε_щ⁴²⁰* ε_к⁵³⁰- ε_щ⁵³⁰* ε_к⁴²⁰) = 5,5*10^-6 М

С_щ=(D_з⁴²⁰ * ε_к⁵³⁰ - D_з⁵³⁰ * ε_к⁴²⁰)/( ε_щ⁴²⁰* ε_к⁵³⁰- ε_щ⁵³⁰* ε_к⁴²⁰)= 9,0*10^-6 М

С= С_к+С_щ=5,5*10^-6+9,0*10^-6=1,45*10^-5 М

Лабораторная работа №4

«Определение константы кислотной диссоциации бромфенолового синего»

Бромфеноловый синий

Водные растворы бромфенолового синего меняют окраску с желтой на синюю при изменении pH с 3,8 до 5,4. Переход окраски обусловлен отщеплением второго протона от молекулы индикатора.

HA^- ↔ A^2-+H⁺

Полоса поглощения желтой формы располагается при 440 нм, а синей – при 630 нм. Исследуя спектры поглощения бромфенолового синего в диапазоне pH от 2 до 8, можно определить константу его кислотной диссоциации по второй ступени – К_а,2

В мерные колбы вместимостью 250 мл помещают по 100 мл буферной смеси и соответствующее количество NaOH для каждого pH. Определение объема NaOH производим по таблице 7.25 в методичке.

1) pH=1,81 V_NaOH= 0 мл

2) pH=2,56 V_NaOH= 15 мл

3) pH=4,10 V_NaOH= 25 мл

4) pH=4,56 V_NaOH= 30 мл

5) pH=5,33 V_NaOH= 37,5 мл

6) pH=7,96 V_NaOH= 60 мл

Далее для каждого приготовленного раствора измеряем pH на pH-метре

pHтеор	pHпракт
1,81	1,52
2,56	2,51
4,10	3,95
4,56	4,51
5,33	5,35
7,96	7,86

В мерных колбах готовим раствор, для этого в каждую из 6 колб наливаем 2 мл бромфенолового синего и наполняем до метки буферной смесью соответствующих pH. Берем самый кислый и самый щелочной растворы (1 и 6) и измеряем оптические плотностив диапазоне от 390 нм до 650 нм через 20 нм на спектрофотометре Specol. Его оптическая схема представлена в предыдущей лабораторной работе. Результаты измерений заносим в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений

λ,нм	D1	D2
390	0,168	0,086
410	0,253	0,024
430	0,312	0,011
450	0,293	0,02
470	0,22	0,042
490	0,13	0,081
510	0,06	0,152
530	0,019	0,269
550	0,002	0,433
570	0	0,636
590	0	0,928
610	0	0,465
630	0	0,07
650	0	0,004

На основании полученных данных строим спектр поглощения

График 1 – Спектр поглощения

1. самый кислый раствор из колбы 1

2. самый щелочной раствор из колбы 6

Далее выбираем самую большую оптическую плотность при соответствующей длине волны и измеряем оптические плотности всех растворов на этой длине волны. Результаты измерения заносим в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты измерений

λ,нм	1	2	3	4	5	6
D	0,001	0,053	0,495	0,728	0,87	0,928

На основании полученных данных строим график зависимости D(pH)

График 2 - график зависимости D(pH)

По графику определим:

D=(D_HA+D_A)/2 = (0,001+0,928)/2 = 0,46

При D = 0,46 pH=4,3

pKa=-lgKa

Ка_пр=-lg4,3 = 10^-4,3

Рассчитываем константу кислотности

К_а=(D-D_HA/D_A-D)* 10^-pH

1. К_а=1,8*10^-4

2. K_a=1,3*10^-4

3. K_a=1,1*10^-4

4. K_a=0,7*10^-4

K_ср=∑K_a,i/4= 1,2*10^-4

Рассчитаем ошибку

δ=(|К_а,теор-К_а,ср|/ К_а,теор)*100%

δ=|10^-4-10^-4,3|/10^-4=0,05 или 5%

Лабораторная работа №5

«Спектрофотометрическое определение фенольных гидроксильных групп в лигнине»

Метод основан на использовании известного в УФ спектроскопии свойства спектральных полос батохромно смещаться при ионизации фенольных гидроксильных групп. Различают 4 типа модельных соединений структурного звена лигнина, содержащих фенольную гидроксильную группу:

Данную работу выполняли в такой последовательности:

1) Брали навеску лигнина m=13,6 мг, растворили в 10 мл 0,1Н NaOH. Затем в три мерные колбы вместимостью 50 мл отобрали по 2 мл щелочного раствора; одну из колб заполнили до метки буферным раствором с pH 6, вторую – буферным раствором с pH 12,0, третью – NaOH (0,2 Н)

2) После тщательного перемешивания растворы заливали в кварцевые кюветы (толщина поглощающего слоя 1см) и фотометрировали с помощью спектрофотометра Specol, его оптическая схема представлена в л/р №3. Записывали спектр от 250 до 450 нм через каждые 10 нм. Результаты измерений представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты измерений

λ, нм	D pH 12,0	D NaOH
250	0,223	0,717
260	0,143	0,456
270	0,047	0,166
280	0,000	0,076
290	0,010	0,256
300	0,065	0,427
310	0,088	0,371
320	0,111	0,324
330	0,158	0,342
340	0,188	0,352
350	0,208	0,365
360	0,203	0,355
370	0,174	0,320
380	0,140	0,273
390	0,111	0,229
400	0,097	0,195
410	0,086	0,166
420	0,077	0,141
430	0,069	0,121
440	0,063	0,106
450	0,055	0,090

По полученным данным строим спектр поглощения, он представлен на графике 1.

График 1 – Спектр поглощения

1. щелочной раствор лигнина

2. раствор лигнина с pH 12,0

Концентрация раствора лигнина (водного) составляет С₁=1,36 мг/мл

Концентрация щелочного раствора лигнина по закону эквивалентов

С₂=V₁*C₁/V₂

С₂=2*1,36/50=0,05мг/мл

Из таблицы выберем следующие значения оптической плотности и по ним рассчитаем соответствующие коэффициенты поглощения по формуле ∆ε=D/(c*l)

D₁^’=0,427 ∆ε₁^’=7,849

D₁^’’=0,365 ∆ε₁^’’=6,709

D₂^’=0,065 ∆ε₂^’=1,195

D₂^’’=0,208 ∆ε₂^’’=3,823

Далее эти цифры подставим в формулы и рассчитаем массовые доли OH-групп.

[OH_I+III]=0,425∆ε₁^’ +0,101∆ε₁^’’

[OH_I+III]= 0,425*7,849+0,101*6,709=4,014%

[OH_II+IV]=0,081∆ε₁^’’

[OH_II+IV]=0,081*6,709=0,543%

[OH_I+II+III+IV]= 0,425∆ε₁^’+0,182∆ε₁^’’

[OH_I+II+III+IV]= 0,425*7,849+0,182*6,709=4,557%

[OH_I]=0,425∆ε₂^’

[OH_I]=0,425*1,195=0,508%

[OH_II]=0,081∆ε₂^’’

[OH_II]=0,081*3,823=0,310%

[OH_III]= [OH_I+III]-[OH_I]=4,014-0,508=3,506%

[OH_IV]= [OH_II+IV]-[OH_II]=0,543+0,310=0,233%

Лабораторная работа №6

«Проверка правила зеркальной симметрии спектров поглощения и флуоресценции родамина С»

Правило Левшина, называемое также правилом зеркальной симметрии, утверждает то, что нормированные спектры поглощения и флуоресценции, представленные в виде графиков ε=f(υ) и I/υ= f(υ), зеркально симметричны относительно прямой, перпендикулярной оси частот и проходящей через точку пересечения спектров υ₀, причем для υ₀ можно записать: υ_a+ υ_f=2 υ₀ , где υ_a и υ_f - симметричные частоты поглощения и флуоресценции.

Структурная формула родамина С

Приготовим раствор родамина С с концентрацией 1,5*10^-5моль/л из раствора с концентрацией 2*10^-5 моль/л. По закону эквивалентов:

С₁*V₁=C₂*V₂

1,5*10^-5*50 = 2*10^-58*V

V=37,5 мл

Взяли колбу на 50 мл, налили 37,5 мл раствора родамина С и довели водой до метки и перемешали. Измерили интенсивность флуоресценции и оптическую плотность (в диапазоне длин волн 450 – 620 нм) на спектрофлуориметре, его оптическая схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Оптическая схема спектрофлуориметра

Результаты измерений занесли в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений

λ, нм	D	J
450	0,039	0,006
460	0,062	0,006
470	0,109	0,004
480	0,175	0,200
490	0,285	0,004
500	0,439	0,003
510	0,674	0,003
520	0,822	0,004
530	0,997	0,009
540	1,654	0,018
550	2,619	0,044
560	2,250	0,164
570	0,958	0,761
580	0,310	1,721
590	0,077	1,750
600	0,017	1,242
610	0,004	0,832
620	0,016	0,623

Используя полученные значения из таблицы 1 заполняем таблицу 2 по формулам: υ=с/λ; с=3*10⁸м/с=3*10¹⁰см/с; ε=D/с; с=1,5*10^-5моль/л

Таблица 2

λ*10^7,нм	υ*10^-12,см^-1	υ^4*10^59,см^-4	ε*10^5	ε/υ*10^-12	J/υ^4*10^-59
450	666,7	1,98	0,03	4,50	0,0033
460	652,2	1,81	0,04	6,13	0,0030
470	638,3	1,66	0,07	10,97	0,0020
480	625,0	1,53	0,12	19,20	0,0010
490	612,2	1,40	0,17	27,77	0,0030
500	600,0	1,30	0,30	50,00	0,0023
510	588,2	1,19	0,45	76,50	0,0025
520	576,9	1,11	0,55	95,34	0,0036
530	566,0	1,03	0,66	116,61	0,0087
540	555,5	0,95	1,10	198,02	0,0189
550	545,4	0,88	1,75	321,10	0,0500
560	535,7	0,82	1,50	279,85	0,2000
570	526,3	0,76	0,64	121,60	1,0000
580	517,2	0,71	0,21	40,60	2,4200
590	508,5	0,67	0,05	9,83	2,6100
600	500,0	0,62	0,01	2,00	2,0000
610	491,8	0,59	0,00	0,61	1,4100
620	483,9	0,55	0,01	2,07	1,1300