Лабораторная работа № 5

Фотометрическое определение железа (III)

Цель работы.

Определить массу железа (III) в растворе методом градуировоч- ного графика.

Сущность работы.

Определение основано на получении окрашенного комплексно- го соединения тиоцианата железа (III), интенсивность окраски которо- го  находится в  прямой зависимости от концентрации ионов желе- за (III). Образование комплексов железа (III) с тиоцианат-ионами про- текает по следующим схемам в зависимости от концентрации тиоциа- нат-ионов:

Fe3+ + SCN–  [FeSCN]2+; [Fe(SCN)]2+ + SCN–    [Fe(SCN)2]+;

…

[Fe(SCN)5]2– + SCN–           [Fe(SCN)6]3–.

В связи с невозможностью создать в растворе условия для обра- зования одного комплекса практически всегда приходится работать с раствором, содержащим одновременно целый ряд комплексов, имею- щих разные спектральные характеристики. Поэтому во избежание ошибок при определении железа роданидным методом всегда необхо- димо брать большой избыток реактива.

Для предотвращения гидролиза солей железа необходимо под- кислять раствор, а во избежание восстановления Fe (III) до Fe (II) сле- дует использовать окислитель. Поэтому в растворы добавляют раз- бавленную азотную кислоту.

Чтобы повысить точность определения железа (III), измерения проводятся относительно раствора сравнения, содержащего все ком- поненты, кроме анализируемого.

Определение осуществляется методом градуировочного гра- фика (см. выше). Поскольку комплекс тиоцианата железа (III) неус- тойчив, то стандартные растворы для построения градуировочного графика готовятся последовательно, каждый последующий – после окончания фотометрирования предыдущего. Фотометрирование к а- ждого раствора необходимо проводить сразу же после его приго- товления.

Реактивы.

Стандартный раствор NH4Fe(SO4)2·12H2O  c концентрацией по Fe (III) 0,1000 мг/мл; 10\%-ный раствор NH4SCN или KSCN; раствор HNO3 (1 : 1).

Посуда и оборудование.

Мерные колбы вместимостью 50,0 мл; пипетки градуированные вместимостью 5,0 мл; мерные цилиндры вместимостью 5 мл; фото- электроколориметр КФК-2; 2 кюветы стеклянные длиной 0,50 см.

Выполнение работы.

Подготовка    фотоэлектроколориметра     и  кювет         к  работе.

Включить       фотоэлектроколориметр      в          сеть     и          прогреть         в          течение

~20 минут. Тщательно вымыть кюветы.

Выбор светофильтра. Максимальная чувствительность в соот- ветствии с законом Бугера – Ламберта – Бера наблюдается при длине волны, соответствующей максимальному значению коэффициента по- глощения ε. Наиболее подходящим считается тот светофильтр, при использовании которого получено максимальное значение оптической плотности раствора.

Для выбора светофильтра следует приготовить стандартный раствор с высокой концентрацией железа (III). Для этого в мерную колбу вместимостью 50,0 мл пипеткой внести 5,0 мл исходного стан- дартного раствора Fe (III), добавить 1 мл раствора HNO3  и 5 мл рас- твора тиоцианата с помощью мерного цилиндра). Раствор довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать. Рассчитать концентрацию раствора по формуле (1) (с. 7).

Раствор сравнения следует готовить в такой же мерной колбе, вводя реактивы в той же последовательности, за исключением исход-

ного стандартного раствора железа (III) (т. е. 1 мл раствора HNO3  и

5 мл раствора тиоцианата довести до метки дистиллированной водой

и тщательно перемешать).

Заполнить одну кювету раствором сравнения, а другую –раствором железа (III) так, чтобы уровень жидкости был не ниже метки на кювете (предварительно ополоснуть кюветы заливаемыми растворами).

Протереть фильтровальной бумагой рабочие грани кювет (на которых нанесена метка – через эти грани будет проходить световой поток), чтобы на них не оставалось капелек раствора, ворсинок, отпе- чатков пальцев. Кюветы следует держать за боковые грани, через которые не будет проходить световой поток.

Поместить кювету с раствором сравнения в дальнюю ячейку кюветного отделения фотоэлектроколориметра, кювету с анализи- руемым раствором – в ближнюю ячейку (рис. 8). Закрыть кюветное отделение.

раствор сравнения

анализируемый раствор

ручка перемещения каретки

Рис. 8. Схема размещения кювет в фотоэлектроколориметре

Рукояткой установки светофильтров выбрать минимальную длину волны. Установить ручку перемещения каретки влево – в этот момент на пути светового потока находится раствор сравнения.

Рукоятками установки нуля «Грубо» и «Точно» на приборе ус- тановить стрелку на нулевую отметку нижней шкалы A (или D в зави- симости от прибора).

Перевести ручку каретки вправо – в этот момент на пути свето- вого потока находится анализируемый раствор.

По положению стрелки на шкале отметить значение A (D) и за- писать в лабораторный журнал. Для удобства записи результатов ре- комендуется подготовить табл. 8.

Данные для выбора светофильтра

Таблица 8

Установить следующий светофильтр, произвести обнуление оп- тической плотности раствора сравнения и измерение оптической плотности раствора железа (III), как описано выше.

Измерить оптические плотности раствора железа (III) при раз- личных длинах волн. По полученным данным построить график зави- симости оптической плотности от длины волны.

Для дальнейших измерений выбрать ту длину волны (свето- фильтр), при которой оптическая плотность максимальна.

Приготовление стандартных растворов для построения гра- дуировочного графика и проведение измерений. В 5 мерных колб вместимостью 50,0 мл внести пипеткой по 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0 мл стандартного раствора железа (III) и добавить по 1 мл раствора HNO3. Раствор  тиоцианата  добавляется  непосредственно  перед измерением оптической плотности каждого раствора.

Рассчитать концентрации железа (III) в калибровочных раство- рах с учетом разбавления до 50,0 мл по формуле (1) (с. 7) и занести в табл. 9.

Данные для построения градуировочного графика

Таблица 9

В колбу № 1 добавить 5 мл раствора тиоцианата, довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать. Ополоснуть кювету этим раствором и заполнить до метки. Измерить оптическую плотность при выбранном светофильтре. Раствор сравнения исполь- зуется один и тот же на протяжении всей работы.

Аналогичным образом последовательно обработать и провести измерения оптической плотности остальных стандартных растворов. Данные занести в таблицу.

По данным табл. 9 построить градуировочный график в коорди- натах А – С.

Проведение анализа. К полученному анализируемому раствору добавить   1 мл  раствора  HNO3,  5 мл  раствора тиоцианата, довести объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать. Ополоснуть вымытую кювету этим раствором и заполнить до метки.

Измерить оптическую плотность при выбранном ранее свето- фильтре и записать в рабочий журнал.

По градуировочному графику определить концентрацию желе- за (III) в анализируемом растворе (мг/мл) и рассчитать его массу (г) в

пробе по формуле:

m(Fe) = C(Fe) · Vр-ра · M(Fe).