Для определения никеля фотометрическим методом возможны следующие реагенты:

1.Теоретическая часть

1.1 Реагенты

Для определения никеля фотометрическим методом возможны следующие реагенты:

ксилиноловый оранжевый, 1,2-циклогександиоксидом, диметилоксидом, 1,2-циклогептандиондиоксим, α-фурилдиксим, α-бензилдиоксим, 4-метилциклогександиндиоксим, 4-изопропил-1,2-циклогександиондиоксим,1,2-циклодекандиоксим, оксимидиксим, циклогексантриоксим, фенилдиоксим.

Селективными из данных реагентов являются:

Реагент	λMAX, ммк	ε, n·10^-3
α-фурилдиксим		51,0 10,4 19,0
4-изопропил-1,2-циклогександиондиоксим
фенилдиоксим		4,5

Ксиленоловый оранжевый (далее КО) – (3,3'-бис-[N,N-ди(карбоксиметил)аминометил ]-о-крезосульфофталиен) является шестиосновной кислотой H₆R, которая при pH=2-5 находится преимущественно в форме H₃R^3-. Эта форма ревактива характеризуеися наличием максимума поглощения при 440 нм. При pH>5 вследствие частичного перехода реактива в форму H₂R^4-, появляется второй максимум поглощения при 580 нм.

Структурная формула реагента:

Молекулярная масса Мко=627,66 г/моль

1.2 Комплекс никеля с реагентом (состав, спектральные характеристики)

КО образует с Ni (II) комплексы различного состава в зависимости от рН среды. Комплексное соединение Ni(II) с КО состава (1:1) образуется при рН=5,6. λ_MAX=592 нм. Комплекс имеет красно-фиолетовый цвет.

1.3 Условие проведения аналитической реакции

Реакцию проводят при избытке реагента, в области рН=5-6 и при комнатной температуре. В этом случае окраска комплексного соединения развивается в течение одной минуты и устойчива несколько часов. Δλ=λ_max^MR - λ_max^R =590-455=135 нм, т.е. реакция является высококонтрастной.

1.4 Влияние других ионов на аналитическую реакцию, методы устранения данного влияния

Определению Ni мешают ионы, образующие окрашенные соединения с КО при данных условиях: Th⁴⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺, La⁺, Bi³⁺ и другие. Для их удаления или маскировки используют тиамочевину и аскорбиновую кислоту (Cu²⁺), тисульфат натрия (Pb²⁺). Также используют экстракциюраствором дитизона.

2. Экспериментальная часть

2.1 Аппаратура, реактивы и растворы:

1 Аналитические весы типа АДВ-200м.

2 Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2МП

3 Мерные колбы V=100, 50 мл по ГОСТ 1770-51

4 Пипетки V=1, 5, 10 мл по ГОСТ 1770-51

5 Мерные цилиндры по ГОСТ 1770-51 и стаканы

6 Сульфат никеля NiSO₄·7H₂O по ГОСТ 4465-48

7 Ксиленоловый оранжевый по МРТУ-6-09-2503-65

8 Ацетат натрия NaAc·3H₂O по ГОСТ 199-78

9 Уксусная кислота (ледяная, химически чистая) HAc по ГОСТ 61-75

10 Раствор аммиака NH₃ (1:1) по МРТУ 6-09-3266-66

11 Вода дистиллированная по МРТУ 6-09-688-63

2.1.1 Расчет концентрации рабочего раствора никеля и его приготовление.

Для оценки нужной рабочей концентпрации раствора никеля задаются его оптической плотностью А=1.0; толщинй поглощающего слоя I=5 см и коэффициентом молярного поглощения 1,6·10⁴ дм³/(моль·см)

С=A/(ε·I)=1/(1,6·10⁴ ·5)=0.125·10^-4 моль/ дм³

Cm=C·M=0.125·10^-4 ·276=34.5·10^-4 г/ дм³

Так как раствор с такой концентрацией не устойчив, то готовят раствор никеля с концентрацией 1 ⁴ г/ дм³, из которого приготавливают рабочий раствор с массовой концентрацией 10 мкг/ см³.

Приготовление Раствора никеля с концентрацией 1 г/ дм³

m (NiSO₄·7H₂O)= CVM(NiSO₄·7H₂O) /M(Ni)=1·0.1·280.88/58.71=0,4784 г.

Для приготовления данного раствора навеску 1,1960 г NiS0₄ ·7Н₂0 растворяют в 0,1 дм³ дистиллированной воды.

Приготовление рабочего раствора никеля с концентрацией 10 мкг\см³

Для приготовления рабочего раствора отбирают аликвоту 1 см³ из раствора никеля с концентрацией 1 г\дм³ и доводят объем до 0,1 дм³ дистиллированной водой. Полученный раствор имеет концентрацию

С=10 ² г\дм³\58,71 г\моль = 1,7 ·10^-4 моль\дм³

2.1.1 Расчет концентрации рабочего раствора реагента и его приготовление

Ско⁼1,7 ·10^-4 моль\дм, т.к. раствор с такой концентрацией не устойчив, то готовят стандартный раствор, для чего берут стандартный раствор с концентрацией 3,3·10^-3 моль\дм³ и отбирают аликвоту 2,5 мл и доводят объем до 0,05 дм³ дистиллированной водой.

2.1.3 Расчет и приготовление буферного раствора

По табл. 30 «Справочника по аналитической химии» Ю.Ю. Лурье для приготовления буферного раствора с рН =5,8 к 13,5 г NаАс·ЗН₂О, растворенным в дистиллированной воде, добавляют 0,41 см НAс и доводят объем до 500 см.

2.2 Спектральные характеристики реагента и комплекса

2.2.1 Зависимость поглощения комплекса и реагента от рН (определение оптимального значения рН, рабочей длины волны)

Раствор комплексного соединения готовят следующим образом: в мерной колбе на 50 см³ смешивают 6 см раствора реагента, 5 см буферного раствора и доводят водой до метки. Раствор реагента готовят аналогично, не добавляя раствор металла.

По рН метру устанавливают рН, добавляя уксусную кислоту и раствор аммиака. Оптическую плотность измеряют на КФК-2МП и кюветах 1 -3 см относительно воды.

Результаты измерения оптической плотности относительно воды приведены в табл. 1.

Результаты измерения оптической плотности Таблица 1

рН	4,22	4,7	5,1	5,5	5,8	6,1	6,25
Ак.с.	0,39	0,643	0,728	0,816	0,842	0,862	0,905
рН	4,15	4,5	5,1	5,6	5,82	6,1	6,3
Ако	0,031	0,039	0,056	0,091	0,097	0,12	0,255
Ак.с.-Ако	0,359	0,604	0,672	0,725	0,745	0,742	0,65

Строим зависимости A=f(pH) для комплексного соединения, реагента и график разности оптических плотностей Акс - Ако= f(pH).

Оптимальный рН, при котором разница оптических плотностей комплекса и реагента максимальна, равен 5,8.

Рисунок 1. Зависимость оптической плотности от рН раствора.

2.2.2 Определение рабочей длины волны

Рисунок 2. Спектр поглощения реагента, спектр поглощения комплексного соединения никеля с КО

1-комплексное соединение Ni

2-реагент

λ_комах =456 нм

λ_к.с.мах=592 нм

Рабочая длина волны равна 590 нм.

2.3 Определение состава комплексного соединения

2.3.1 Изучение состава комплекса

2.3.1.1 Метод насыщения

Метод основан на измерении оптической плотности серии растворов с постоянной концентрацией реагента и увеличивающейся концентрацией металла.

Приготовление растворов: в мерных колбах на 50 см³ смешивают рабочий раствор никеля в соответствии с табл. 2, 5 см³ КО и буферного раствора. Через 10 мин измеряют оптическую плотность растворов в кюветах 3 см относительно первого раствора серии.

Результаты измерений Таблица 2

VNi,см
СNi, мкг/см^3
Ак.с.		0,293	0,445	0,689	0,734	0,787	0,79	0,786	0,81	0,82	0,8

По полученным данным построен график в координатах «Оптическая плотность - концентрация никеля».

Рисунок 3. Зависимость оптической плотности от концентрации Ni

По рис. 2: Ско\С_Ni=1,3, т.е. при рН=5,8 образуется комплексное соединение состава 1:1.

2.3.1.2 Метод Асмуса

,

Где А',В - постоянные для данной серии опытов,

к - константа нестойкости комплексного соединения,

n - стехиометрический коэффициент,

V_R - рабочий объем реагента, добавляемый к постоянному объему металла, m_A= A\I -модуль оптической плотности.

Приготовление растворов: в 11 мерных колб на 50 см³ вводят по 5 см³ рабочего раствора никеля и по 5 см3 буферного раствора, затем в колбы добавляют последовательно 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 см³ раствора КО. Все растворы доводят до метки водой и перемешивают. Оптическую плотность измеряют в кюветах 3 см относительно первого раствора серии.

Результаты измерения оптической плотности Таблица 3

Vко, см^3
Ак.с.		0,387	0,659	0,856	0,982	1,105

Результаты расчетов Таблица 4

Vко, см^3	1/V,см^-3	1/V^2,см^-6	1/V^3,см^-9	А	l/A, см
	2,58398	6,676949	17,253099	0,387	7,7519
	1,51745	2,302657	3,4941678	0,659	4,5524
	1,16822	1,364748	1,5943318	0,856	3,5047
	1,01833	1,036996	1,0560039	0,982	3,055
	0,90498	0,818984	0,741162	1,105	2,7149

По результатам построен график

Рисунок.4 Зависимость 1/Vⁿ от 1/mA

Линейна зависимость вида «1/V – 1/mА», следовательно, образуется комплексное соединение состава 1:1.

2.3.3 Определение коэффициента молярного поглощения комплексного соединения Ni (II) с КО состава 1:1.

Воспользуемся методом насыщения: по рис.3 оптическая плотность при насыщении

Апред = 0,800

A=ε·C·l

ε= = =1.57·10⁴ дм³/(моль·см)

2.5 Оценка предела обнаружения никеля

C_по = =0.005/5·1.57·10⁴=6.4·10^-8моль/дм³

ПО= C_по·М(Ni)=0.004 мкг/см³

2.6 Зависимость поглощения комплекса от времени

Результаты измерения оптической плотности от времени Таблица 5

τмин
Ак.с.	0,581	0,582	0,581	0,581	0,584	0,582	0,587	0,587

По данным табл.5 построена графическая зависимость оптической плотности от времени

Рисунок 5. Зависимость оптической плотности от времени

Комплексное соединение долгое время остается устойчивым, несмотря на малые исходные концентрации реагента и металла.

2.7 Построение градуировочной зависимости

Готовят серию растворов: в мерных колбах на 50 см³ смешивают рабочий раствор никеля в соответствии с табл. 6, 15 см КО и 5 см буферного раствора. Оптическую плотность измеряют относительно первого раствора серии в кюветах 3 см.

Результаты измерения оптической плотности Таблица 6

СNi, мкг/см^3
Aк.с.		0,213	0,393	0,546	0,695	0,798	0,914	0,988	1,054	1,152	1,189

По данным табл. 6 построен градуировочный график:

Рисунок 6. Зависимость оптической плотности от концентрации никеля.

2.7.1 Интервал линейности графика

Зависимость является линейной на участке от 0 до 50 мкг/см³

2.7.2 Определение никеля в неизвестной пробе

В мерную колбу на 50 см3 помещают 3 см3 исследуемого раствора никеля с концентрацией, лежащей в пределах (0,2-1,0) мкг\см3, затем вводят 5 см3 буферного раствора и 15 см КО. Оптическую плотность раствора измеряют на КФК-2МП в кювете толщиной 3 см относительно раствора холостого опыта.

Апробы=0,492

По графику на рис.6 концентрация никеля в растворе C(Ni)=2,7 мкг\см³.

3 ПРЕДЛАГАЕМАЯ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИКЕЛЯ С РЕАГЕНТОМ КСИЛЕНОЛОВЫМ ОРАНЖЕВЫМ

3.1 Диапазон определяемых содержаний никеля

Графическая зависимость оптической плотности раствора комплекса никеля с КО от концентрации никеля в пробе является линейной в области концентрации никеля, не превышающих 50 мкг\см.

3.2 Аппаратура, посуда, реактивы и растворы

1 Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2МП.

2 Бюретки V=25 см3 по ГОСТ 1770-51.

3 Мерные колбы V=50 см3 по ГОСТ 1770-51.

4 Пипетки V=l,5,10 см3 по ГОСТ 1770-51.

5 Сульфат никеля NiS04-7H20, С=10 мкг\см3 по ГОСТ 4465-48.

6 Ацетатный буфер с рН=5,8.

7 Ксиленоловый оранжевый, С=10 мкг\см по МРТУ 6-09-2503-65.

8 Вода дистиллированная по МРТУ 6-09-688-63.

3.3 Построение градуировочного графика

В 6 мерных колб V=50 см вводят последовательно 0,1,2,3,4,5, см буферного раствора никеля с концентрацией 1,7-10^-4 моль\дм³. В каждую колбу добавляют 5 см³ буферного раствора и 15 см³ раствора КО с концентрацией 10 мкг\см³. Доводят объем растворов дистиллированной водой до метки и перемешивают. Оптическую плотность измеряют через 10-20 минут после приготовления растворов на КФК-2МП в кюветах толщиной 3 см относительно первого раствора серии при λ=590 нм. По результатам измерений строят градуировочную зависимость оптической плотности раствора комплекса никеля с КО от концентрации никеля в растворе.

3.4 Выполнение определения

В мерную колбу V= 50 см³ вводят 3 см³ раствора никеля, добавляют 5 см³ буферного раствора с рН=5,8 и 15 см³ раствора КО с концентрацией 10 мкг\см³. Доводят объем растворов дистиллированной водой до метки и перемешивают. Оптическую плотность измеряют через 20 минут после на КФК-2МП в кювете толщиной 3 см относительно раствора холостого опыта - раствора, не содержащего никель, - при λ=590нм. По градуировочной зависимости устанавливают концентрацию никеля.

4 ВЫВОДЫ

В ходе работы были изучены особенности определения никеля в водных растворах фотометрическим методом с помощью реагента ксиленолового оранжевого. Выбраны оптимальные условия для проведения аналитической реакции никеля с КО: рН=5,8; рабочая длина волны 590 нм; температура, близкая к комнатной. В результате реакции образуется устойчивое комплексное соединение, близкое по составу 1:1. Молярный коэффициент поглощения комплекса ε=1,57· 10⁴ дм³ \(моль см). Предел обнаружения никеля — 0,004 мкг\см³.

5 ЛИТЕРАТУРА

1 Ю.Ю. Лурье. Справочник по аналитической химии. М.:Химия,1979,391 с.

2 Методы спектрофотометрии и люминисценции: Методические указания к лабораторному практикуму по курсам «ФХМА» и «Молекулярный спектральный анализ». Екатеринбург, 1997,34 с.

3 М.И. Булатов. Спектрометрическое исследование взаимодействия ионов никеля с ксиленоловым оранжевым.ЖАХ.24,1969,с. 1053-1059.

4 М.И.Булатов, И.П.Калинкин. Практическое руководство по фотометрическим и спектрофотометрическим методам анализа.Химия, 1972,390 с.

УрФУ

Физико – технологический институт

Кафедра ФХМА

Отчет

Об учебно-исследовательской работе студентов

Определение никеля в водных растворах фотометрическим методом

Студент Онуфриева Т.А.

Группа Фт-491101

Преподаватель Слепухин В.К.

г. Екатеринбург 2012г.

Дата добавления: 2015-10-21