Лабораторная работа 1 Тема: Прямая потенциометрия

Лабораторная работа 1
Тема: Прямая потенциометрия. Определение концентрации ионов аммония в
растворе.
Цель работы: При помощи ионселективного электрода, определить концентрацию ионов
аммония в растворе методом прямой потенциометрии.
Посуда и оборудование:
 Иономер Mettler Toledo Seven Multy
 Ионоселективный электрод для определения
ионов аммония (DC218-NH4)
 Магнитная мешалка
 Химические стаканы, 100 мл
 Мерная колба, 250 мл – 5шт
 Мерная колба, 1000мл
 Пипетки на 100, 50, 25, 15, 5 мл
Реактивы:
 Сульфат аммония, (NH4)2SO4, кристаллический
 Дистиллированная вода
Рис 1: Иономер MT Seven Multi
Ход работы:
1. Приготовление серии стандартных растворов
Стандартный раствор №1, концентрация ионов аммония 1,0000 г/л
Для его приготовления взять навеску сульфата аммония (100%-ный) 3,6671 г (с учетом
чистоты реактива) и растворить в дистиллированной воде в мерной колбе на 1000 мл.
Этот раствор используется для приготовления серии стандартных растворов.
Стандартный раствор №2, концентрация ионов аммония 0,4000 г/л
100 мл раствора №1 отобрать мерной пипеткой и внести в колбу на 250 мл, довести до
риски дистиллированной водой.
Стандартный раствор №3, концентрация ионов аммония 0,2000 г/л
50 мл раствора №1 отобрать мерной пипеткой и внести в колбу на 250 мл, довести до
риски дистиллированной водой.
Стандартный раствор №4, концентрация ионов аммония 0,1000 г/л
25 мл раствора №1 отобрать мерной пипеткой и внести в колбу на 250 мл, довести до
риски дистиллированной водой.
Стандартный раствор №5, концентрация ионов аммония 0,0600 г/л
15 мл раствора №1 отобрать мерной пипеткой и внести в колбу на 250 мл, довести до
риски дистиллированной водой.
Стандартный раствор №6, концентрация ионов аммония 0,0200 г/л
5 мл раствора №1 отобрать мерной пипеткой и внести в колбу на 250 мл, довести до риски
дистиллированной водой.
1
Полученные стандартные растворы использовать для построения калибровочного
графика.
2. Подготовка иономера к работе
К иономеру Mettler Toledo Seven Multy подключить ионоселективный электрод для
определения ионов аммония. Т.к. электрод комбинированный, он не требует электрода
сравнения. Электрод погрузить в стакан с дистиллированной водой, включить прибор в
сеть и нажать клавишу On/Off. В течение нескольких секунд прибор произведёт
самотестирование. Для выбора единиц измерения следует нажать клавишу Mode, а затем
соответствующую mV клавишу.
3. Измерение э.д.с. стандартных растворов
Заполнить химический стакан на 100 мл стандартным раствором, погрузить в него
магнитную мешалку, а также сам электрод (электрод должен быть погружен в раствор
на глубину около 3 см, и не должен касаться дна стакана). Для начала измерения mV
стандартного раствора нажать клавишу Read. На табло начнёт мигать символ А (прибор
производит замер). Появление на экране символа /А означает, что прибор самостоятельно
зафиксировал значение. Значение автоматически фиксируется при условии, что
измеряемые значения не отличаются более чем на 0,1 mV за 6 секунд.
После каждого измерения электрод нужно промыть дистиллированной водой, и
оставшиеся капли убрать фильтровальной бумагой. Только после этого можно
приступать к замеру значений mV следующего раствора. Для более точных
результатов все измерения следует производить при постоянной скорости вращения
магнитной мешалки и температуре.
NB! Измерение э.д.с. стандартных растворов производить в порядке увеличения их
концентрации.
По полученным данным заполнить таблицу.
CNH4+ г/л
0,0200
0,0600
0,1000
0,2000
0,4000
1,0000
lgCNH4+
mV
4. Построение калибровочного графика
По данным таблицы построить калибровочный график в системе координат:
Ось Х - lgCNH4+ г/л
Ось Y – mV
5. Определение концентрации ионов аммония в исследуемом растворе
Электрод промыть дистиллированной водой, затем погрузить его и магнитную мешалку в
исследуемый раствор. Тщательно перемешать раствор, и произвести замер mV. При
помощи калибровочного графика определить концентрацию ионов аммония в растворе.
CNH4+ = 10- lgCNH4+
Проверить полученный результат у преподавателя.
По окончанию всех действий электрод промыть дистиллированной водой, удалить
оставшиеся капли фильтровальной бумагой и закрыть мембрану электрода
колпачком.
2
Лабораторная работа 2
Тема: Прямая потенциометрия.
растворе.
Определение концентрации нитрат-ионов в
Цель работы: При помощи ионселективного электрода определить концентрацию
нитрат-ионов в растворе методом прямой потенциометрии.
Посуда и оборудование:
 Иономер Mettler Toledo Seven Multi
 Ионселективный электрод для
нитрат-ионов (DC262-NO3)
 Магнитная мешалка
 Химические стаканы, 100 мл
 Мерная колба, 250 мл – 5шт
 Мерная колба, 1000мл
 Пипетки на 100, 50, 25, 15, 5 мл
определения
Реактивы:
 Нитрат натрия, NaNO3, кристаллический
 Дистиллированная вода
Рис 1: Иономер MT Seven Multi
Ход работы:
1. Приготовление серии стандартных растворов
Стандартный раствор №1, концентрация нитрат-ионов 1,0000 г/л
Для его приготовления взять навеску нитрата натрия 1,3708 г (100%-ный) и растворить в
дистиллированной воде в мерной колбе на 1000 мл. Этот раствор используется для
приготовления серии стандартных растворов.
Стандартный раствор №2, концентрация нитрат-ионов 0,4000 г/л
100 мл раствора №1 отобрать мерной пипеткой и внести в колбу на 250 мл, довести до
риски дистиллированной водой.
Стандартный раствор №3, концентрация нитрат-ионов 0,2000 г/л
50 мл раствора №1 отобрать мерной пипеткой и внести в колбу на 250 мл, довести до
риски дистиллированной водой.
Стандартный раствор №4, концентрация нитрат-ионов 0,1000 г/л
25 мл раствора №1 отобрать мерной пипеткой и внести в колбу на 250 мл, довести до
риски дистиллированной водой.
Стандартный раствор №5, концентрация нитрат-ионов 0,0600 г/л
15 мл раствора №1 отобрать мерной пипеткой и внести в колбу на 250 мл, довести до
риски дистиллированной водой.
Стандартный раствор №6, концентрация нитрат-ионов 0,0200 г/л
5 мл раствора №1 отобрать мерной пипеткой и внести в колбу на 250 мл, довести до риски
дистиллированной водой.
3
Полученные стандартные растворы использовать для построения калибровочного
графика.
2. Подготовка иономера к работе
К иономеру Mettler Toledo Seven Multy подключить ионоселективный электрод для
определения нитрат ионов. Т.к электрод комбинированный, он не требует электрода
сравнения. Электрод погрузить в стакан с дистиллированной водой, включить прибор в
сеть и нажать клавишу On/Off. В течении нескольких секунд прибор произведёт
самотестирование. Для выбора единиц измерения следует нажать клавишу Mode, а затем
соответствующую mV клавишу.
3. Измерение э.д.с. стандартных растворов
Заполнить химический стакан на 100 мл стандартным раствором, погрузить в него
магнитную мешалку, а также сам электрод (электрод должен быть погружен в раствор
на глубину около 3 см, и не должен касаться дна стакана). Для начала измерения mV
стандартного раствора нажать клавишу Read. На табло начнёт мигать символ А (прибор
производит замер). Появление на экране символа /А означает, что прибор самостоятельно
зафиксировал значение. Значение автоматически фиксируется при условии, что
измеряемые значения не отличаются более чем на 0,1 mV за 6 секунд.
После каждого измерения электрод нужно промыть дистиллированной водой, и
оставшиеся капли убрать фильтровальной бумагой. Только после этого можно
приступать к замеру значений mV следующего раствора. Для более точных
результатов все измерения следует производить при постоянной скорости вращения
магнитной мешалки и температуре.
NB! Измерение э.д.с. стандартных растворов производить в порядке увеличения их
концентрации.
По полученным данным заполнить таблицу.
C NO3- г/л
0,0200
0,0600
0,1000
lgC NO3mV
0,2000
0,4000
1,0000
4. Построение калибровочного графика
По данным таблицы построить калибровочный график в системе координат:
Ось Х - lgC NO3Ось Y – mV
5. Определение концентрации нитрат-ионов в исследуемом растворе
Электрод промыть дистиллированной водой, затем погрузить его и магнитную мешалку в
исследуемый раствор. Тщательно перемешать раствор, и произвести замер mV. При
помощи калибровочного графика определить концентрацию нитрат-ионов в растворе.
C NO3- = 10- lgC NO3Проверить полученный результат у преподавателя.
По окончании всех действий электрод промыть дистиллированной водой, удалить
оставшиеся капли фильтровальной бумагой и закрыть мембрану электрода
колпачком.
4
Лабораторная работа 3
Тема: Потенциометрическое титрование. Определение карбоната натрия в растворе.
Цель работы: Определить с помощью потенциометрического титрования содержание
карбоната натрия в исследуемом растворе.
Посуда и принадлежности:
 рН-метр
 комбинированный стеклянный электрод
 магнитная мешалка
 химический стакан, 100 мл, 150 мл
 мерная колба, 1000 мл
 мерная пипетка, 10 мл
 бюретка для титрования, 25 мл
Реактивы:
 соляная кислота 0,1М (фиксанал)
 деионизированная вода
Выполнение работы:
1. Приготовление 0,1М раствора соляной кислоты
В мерной колбе 1000 мл приготовить раствор 0,1М соляной кислоты из фиксанала.
Приготовленный раствор используется в ходе работы как рабочий раствор для титрования
определяемого раствора карбоната натрия.
2. Промыть рабочим раствором бюретку для титрования 2 раза и снова заполнить ее
рабочим раствором. Закрепить бюретку на штативе.
3. Подготовка к работе рН-метра.
рН-метр включить в сеть. Электрод погрузить в стакан с деионизированной водой, нажать
клавишу включения. В течение 3-5 секунд идет автоматическая настройка рН-метра.
Выбрать единицы измерения рН или mV.
При необходимости откалибровать прибор по стандартным буферным растворам.
4. Потенциометрическое титрование исследуемого раствора.
Погрузить в исследуемый раствор магнитную мешалку и стеклянный электрод. Включить
магнитную мешалку и тщательно перемешать раствор.
Снять показания рН и mV до начала титрования.
Наконечник бюретки поместить в стакан с исследуемым раствором, не погружая его
непосредственно в раствор.
Начать титрование исследуемого раствора 0,1М раствором HCl с шагом 0,5 мл. После
добавления каждой порции рабочего раствора снимать показания на шкале рН-метра в
единицах рН и mV, переключая во время измерения клавиши рН и mV.
5
По результатам титрования заполнить таблицу:
VHCl , мл
pH
mV
ΔV, мл
0
0,5
0,5
1,0
0,5
1,5 и т.д.
0,5
ΔmV
ΔmV/ΔV
Первое титрование считается грубым. После его проведения необходимо построить
график зависимости ΔmV/ΔV - VHCl , мл с целью приблизительного нахождения точки
эквивалентности. После этого провести точное титрование, причем вблизи точки
эквивалентности - с шагом 0,1-0,2 мл.
Титрование проводить дважды (или трижды) для более точного определения точки
эквивалентности.
NB!
Перед
каждым
дистиллированной водой.
титрованием
электроды
необходимо
промывать
5. Построение кривых титрования
По полученным усредненным данным титрования в программе EXCEL построить кривые
титрования:
а) интегральную кривую в системе координат ось х - VHCl , ось у – рН или mV
б) дифференциальную кривую в системе координат: ось х - VHCl
ось у - ΔmV/ΔV
6. Обработка полученных данных
На интегральной кривой титрования карбоната натрия имеется два скачка потенциала:
первый скачок потенциала соответствует количеству в исследуемом растворе
гидрокарбоната натрия NaHCO3, второй – количеству карбоната натрия Na2CO3.
Поэтому рассчитывать содержание карбоната натрия следует по второму изгибу на
кривой титрования или по второму пику на дифференциальной кривой титрования.
По графику определить VHCl , пошедший на титрование карбоната натрия.
Рассчитать массу карбоната натрия в растворе по формуле:
m Na2CO3 = VHCl · ТHCl/ Na2CO3 ,
где ТHCl/ Na2CO3 – титр рабочего раствора по определяемому веществу
ТHCl/ Na2CO3 = 0,001 · Мэкв Na2CO3 · СN HCl
7. Проверить результат у преподавателя
6
Лабораторная работа 4
Тема. Потенциометрическое титрование. Окислительно-восстановительный метод.
Цель работы: Определение содержания пероксида водорода в водных растворах .
Приборы:

титратор Excellence Т50 (Рис.1);









окислительно-восстановительный электрод DМ140-SC;
пластиковый стаканчик для титрования, 100 мл (3 шт.);
плоскодонная колба для титратора, 250 мл (3шт.);
пипетка, 2 мл (2 шт.);
мерная колба, 250 мл
бюретка, 10 мл;
промывалка;
лабораторные весы;
принтер OKI.
Реактивы:





пероксид водорода (анализируемая проба);
серная кислота 20 % -ный раствор ;
перманганат калия, кристаллический;
оксалат натрия, кристаллический;
дистиллированная вода.
Ход работы:
1. Приготовить 250 мл ≈ 0,1н раствора KMnO4.
Для этого взять приблизительно 0,8 г KMnO4, перенести навеску в мерную колбу на 250
мл и довести до метки дистиллированной водой. Приготовленный раствор поставить в
темное место на 1-2 недели.
2. Установить точную нормальную концентрацию KMnO4 по Na2C2O4.
2 KMnO4 + 5 Na2C2O4 + 8 H2SO4 → K2SO4 + 2 MnSO4 +10 CO2 + 5 Na2SO4 +8 H2O
Для этого поместить в плоскодонную колбу 120 мл дистиллированной воды, туда же
добавить 1,25 мл 20% серной кислоты, нагреть до кипения. В горячий раствор внести 2540 мг оксалата натрия. Раствор оттитровать приготовленным раствором KMnO4.
Для определения точной нормальной концентрации раствора KMnO4 необходимо:

Выбрать на рабочем столе дисплея ярлык Titer.

В поле Number of standarts ввести цифру 3.

Затем нажать на клавишу Start.

Установить плоскодонную колбу с горячим раствором в титратор (образец 1).
Нажать ОК.

После завершения титрования ввести в поле массу внесенного оксалата натрия с
точностью до 0,0001.

Для второго и третьего образца произвести последовательно предыдущие два
пункта.
7
3. Определить процентное содержание пероксида водорода в водном растворе.
2 KMnO4 +5 H2O2 +6 H2SO4 → 2 MnO2 ↓ + 5 O2 + 8 H2O
2 MnO4- +5 H2O2 +6 H+ = 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O
Для этого:

Поместить 60 мл дистиллированной воды в стаканчик для титрования.

Добавить в него пипеткой 0,5 мл раствора H2O2.

Добавить пипеткой 1,25 мл 20% серной кислоты.

Установить стаканчик в титратор. Произвести титрование, выбрав методику 004
Hydrogen Peroxide Content (на рабочем столе дисплея методика H2O2).

Количество параллельных опытов – 3. В поле Number of samples ввести цифру 3.
4. Рассчитать среднее содержание перекиси водорода в водном растворе.
5. Результат титрования представить преподавателю.
Работа с титратором:
8
7
1
6
5
2
3
4
Рис. 1. Титратор Excellence T50
1. Установить бюретку с титрантом 1, для фиксации бюретки использовать синюю
ручку 2.
2. Включить титратор, нажав на кнопку 3.
8
3. Включить компьютер и запустить программу LabX (ярлык программы находится
на рабочем столе компьютера).
4. Дождаться появления рабочего меню 4. Через некоторое время после загрузки
программы титратора, на дисплее появится сообщение об использованном
титранте. Если в сообщении указан титрант, соответствующий проводимому опыту
(в данной работе это 1/5 KMnO4), то нажать кнопку OK, если же другой, то –
Modify. Поле нажатия на клавишу Modify появится меню Titrant parameter. В поле
Name ввести имя титранта, нажав на кнопку, находящуюся справа от поля. Далее
нажать на кнопку Proposal и выбрать из списка 1/5 KMnO4. После этого нажать
OK. При необходимости изменить концентрацию титранта в поле Concentration и
нажать на клавишу Save.
5. Через широкое верхнее отверстие в стенде поместить в стаканчик электрод DM140SC, предварительно открыв резиновый колпачок на нем 7. Через маленькое
отверстие ввести носик бюретки 8.
6. Произвести промывку носика бюретки. Для этого необходимо выбрать на рабочем
столе дисплея титратора Dispense. На дисплее появятся параметры Dispense. В поле
Titrant - KMnO4. При необходимости уменьшить или увеличить количество мл для
промывки. После этого нажать на ОК. По окончании промывания носика бюретки
нажать на ОК. Для выхода из меню Dispense нажать на клавишу в виде домика,
находящуюся справа или слева от экрана.
NB! Если был установлен новый титрант, то перед началом титрования необходимо
заполнить бюретку. Для этого необходимо выбрать на рабочем столе дисплея
титратора Rinse. На дисплее появятся параметры Rinse. В поле Titrant - KMnO4. При
необходимости уменьшить количество циклов. После этого нажать на ОК. По
окончании заполнения и промывания бюретки нажать на ОК. Для выхода из меню
Rinse нажать на клавишу в виде домика, находящуюся справа или слева от экрана.
7. Установить стаканчик (колбу) с исследуемым раствором 5 в стенд титратора и
закрепить его при помощи винта 6. Перед тем как установить стаканчик с
исследуемым раствором, промыть электрод и механическую мешалку
дистиллированной водой при помощи промывалки.
8. Включить принтер, проверить наличие бумаги в нем.
9
Лабораторная работа 5
Тема: Потенциометрическое титрование. Метод осаждения.
Цель работы: Методом аргентометрического осаждения определить содержание хлорида
натрия в кетчупе.
Сущность осадительного титрования:
Метод объединяет титриметрические определения, основанные на реакциях образования
осадков малорастворимых соединений. В этих целях пригодны только некоторые реакции,
удовлетворяющие определенным условиям. Реакция должна протекать строго по
уравнению и без побочных процессов. Образующийся осадок должен быть практически
нерастворимым и выпадать достаточно-быстро, без образования пересыщенных
растворов.
Метод основан на реакции осаждения ионов хлора. NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3
Посуда и оборудование:
 Автоматический титратор (Mettler Toledo T50)
 Бюретка титратора, 10 или 20 мл
 Комбинированный стеклянный электрод (DM 141-CS)
 Химический стакан, 100 мл
 Пластиковые стаканчики для титратора
 Пипетка пластмассовая
 Мерная колба, 50 мл, 250 мл
 Пипетка,10 мл, 25 мл
 Бюкс или чашка Петри для взятия навески
 Аналитические весы
 Воронка стеклянная, диаметр 40, 60 мм
Реактивы:
 Нитрат серебра, AgNO3 , 0,1 М раствор
 Хлорид натрия NaCl , кристаллический
 Серная кислота H2SO4 , 0,2 М раствор
 Хромат калия, K2CrO4, раствор
 Дистиллированная вода
Ход работы:
1. Приготовление растворов нужной концентрации

Приготовление раствора NaCl 0,1 М. Для этого нужно взвесить на аналитических
весах точно 0,2922 г сухой соли, количественно перенести навеску в мерную
колбу вместимостью 50 мл, довести до метки дистиллированной водой. Тщательно
перемешать. Раствор NaCl используют в качестве стандартного раствора для
определения титра раствора AgNO3.
10

Приготовление раствора H2SO4 0,02 М. Раствор готовят в мерной колбе на 250 мл
путем разбавления 0,2М раствора H2SO4. Раствор используют для растворения
кетчупа.
2. Подготовка к работе автоматического титратора Mettler Toledo T50






Титратор включить в сеть.
Проверить, заполнена ли склянка прибора рабочим раствором AgNO3 0,1 М.
Установить (если не установлена) на титратор бюретку, зажав её соответствующим
фиксатором.
Включить прибор нажатием клавиши On/Off.
Дождаться окончания запуска, самодиагностики системы и появления панели
управления.
Затем появится сообщение, требующее выбора титранта. В сообщении следует
указать титрант AgNO3 с концентрацией 0,1 mol/l.
Далее следует промыть бюретку свежим раствором нитрата серебра. Для этого на
сенсорной панели следует нажать кнопку Manual, в появившемся меню выбрать Burette,
затем Rinse (промыть).
Количество циклов промывки бюретки указывают в пункте меню: Cycles (рекомендуется
2 раза).
Для запуска промывки бюретки нажать Start. По окончании промывания нажать клавишу
ОК.
Для возвращения в предыдущее меню нажать несколько раз клавишу Back.
Следует учитывать, что при промывании наконечник бюретки должен быть опущен
в банку для отходов или пустой стакан!!!
3. Определение титра раствора AgNO3
Стандартизация раствора AgNO3 основана на титровании аликвоты стандартного раствора
NaCl раствором нитрата серебра. В качестве индикатора применяют хромат калия K2CrO4.
Процесс определения титра автоматизирован.




В пластиковый стаканчик пипеткой внести 5 мл 0,1 M раствора NaCl.
Добавить пипеткой 1 каплю индикатора K2CrO4 до появления ярко-жёлтой окраски
Добавить 50 мл дистиллированной воды
Стаканчик закрепить в стенде для титрования фиксирующим кольцом. Поместить
электрод в свободное отверстие в стенде титратора, предварительно сняв защитный
резиновый колпачок в верхней части электрода. Электрод не должен касаться
мешалки и дна стакана. Наконечник бюретки титратора поместить в стакан с
исследуемым раствором (не погружая непосредственно в раствор).
Для запуска определения титра раствора AgNO3 следует нажать клавишу
Setup  Chemicals  Titrants, в приведённом списке, путём пролистывания списка,
выбрать нужный титрант:
Type
Name
Concentration
Drive
GT
AgNO3
0.1 mol/L
PnP 1
(Method ID: GT
002 Titer AgNO3)
После чего следует нажать клавишу Titer  Start
По окончании титрования прибор автоматически обновит концентрацию AgNO3.
11
4. Аргентометрическое титрование
В пластиковом стакане для титрования взвесить на аналитических весах 1,4 – 1,6 г
кетчупа. Растворить его в 50 мл 0,02 М серной кислоты. Закрепить стакан в стенде для
титрования фиксирующим кольцом. Поместить электрод в свободное отверстие в стенде
титратора, предварительно сняв защитный резиновый колпачок в верхней части
электрода. Электрод не должен касаться мешалки и дна стакана.
Наконечник бюретки титратора поместить в стакан с исследуемым раствором (не
погружая непосредственно в раствор).
Для запуска методики определения содержания хлоридов в кетчупе следует нажать
клавишу Methods. В приведённом списке, путём пролистывания списка, выбрать
методику:
Type
ID
Title
GT
001
Chloride content in Ketchup
Далее нажать кнопку Start.
В появившееся окно следует ввести массу навески кетчупа. (Sample Size)
После чего нажать клавишу Start. Прибор начнёт работу.
Результаты титрования прибор автоматически выводит на принтер.
После проведения измерения электрод необходимо промыть дистиллированной
водой, и оставшиеся капли убрать с помощью фильтровальной бумаги. Стакан с
определяемым образцом снять с установки, мешалку промыть дистиллированной
водой.
5. Обработка полученных данных
Результат титрования прибор выводит в отчёте.
Для
расчёта содержания хлоридов
VEQ * M NaCl
R1=
%
100 * m
в продукте
можно
использовать
формулу:
VEQ – объём титранта, пошедшего на титрование пробы до установления точки
эквивалентности, мл.
MNaCl = 58,44 г/моль
m – навеска кетчупа, г.
12
Лабораторная работа 6
Тема: Кондуктометрическое титрование. Определение серной кислоты и сульфата
меди при их совместном присутствии.
Цель работы: Определить с помощью кондуктометрического титрования содержание
серной кислоты и сульфата меди в исследуемом растворе.
Посуда и принадлежности:
 Кондуктометр с кондуктометрическим электродом.
 Бюретка, 25 мл
 Магнитная мешалка
 Мерная колба, 1000мл
 Химический стакан, 250 мл
Реактивы:
 Гидроксид натрия, 0,1 н (фиксанал)
 Дистиллированная вода
Выполнение работы:
1.
Приготовление раствора NaOH, 0,1 н
В мерной колбе вместимостью 1000 мл приготовить точный рствор гидроксида натрия
из фиксанала.
Раствор используется в ходе работы как рабочий раствор для титрования
определяемой смеси раствора серной кислоты и сульфата меди.
2.
Подготовка к работе кондуктометра.
Включить кондуктометр и погрузить электрод в стакан с дистиллированной водой.
Выдержать электроды в воде 15 мин.
3.
Кондуктометрическое титрование исследуемого раствора.
К контрольной задаче добавить 25 мл дистиллированной воды для полного
погружения электрода, поместить в раствор магнитную мешалку, опустить в раствор
кондуктометрический электрод, чтобы платиновые пластины находились полностью в
растворе. Включить магнитную мешалку и тщательно перемешать раствор.
Снять показания электропроводности до начала титрования.
Закрепить на штативе бюретку для титрования, заполнить ее приготовленным точным
раствором гидроксида натрия. Приступить к титрованию, приливая 0,1 н раствор
NaOH, к анализируемой и перемешиваемой при постоянной скорости пробе по 0,5 мл.
После приливания каждой порции рабочего раствора снимать показания
электропроводности на шкале кондуктометра в mS/сm.
По результатам титрования заполнить таблицу:
Объем раствора NaOH, V,мл
0
0,5
1,0
æ, mS/сm
13
2.
Построение кривой титрования.
По полученным данным построить кривую титрования смеси серной кислоты и сульфата
меди раствором NaOH в системе координат: ось Х – объем NaOH, осьУ – æ раствора. На
кривой титрования серной кислоты и сульфата меди гидроксидом натрия имеется два
излома. До достижения первой точки эквивалентности, соответствующей нейтрализации
серной кислоты, электропроводность уменьшается. При дальнейшем прибавлении
раствора гидроксида натрия она практически не изменяется, так как ионы меди в растворе
замещаются ионами натрия по реакции:
Cu2+ + SO42- + 2Na+ + 2OH- = Cu(OH)2↓ + SO42- + 2Na+
Как только закончится реакция осаждения гидроксида меди, дальнейшее прибавление
раствора гидроксида натрия ведет к значительному возрастанию электропроводности.
3.
Обработка полученных данных.
По графику определить объем V1NaOH , пошедший на нейтрализацию серной кислоты
(первый излом), и объем V2NaOH (второй излом). Разность объемов (V2NaOH - V1NaOH)
соответствует объему гидроксида натрия, пошедшему на титрование сульфата меди.
a) Рассчитать массу серной кислоты в исследуемом растворе:
m H2SO4 = V1NaOH · TNaOH/H2SO4
TNaOH/H2SO4 = 0,001· Мэкв H2SO4· СN NaOH ,
где TNaOH/H2SO4 – титр рабочего раствора по определяемому веществу
b) Рассчитать массу сульфата меди в исследуемом растворе:
m CuSO4 = (V2NaOH - V1NaOH) · TNaOH/CuSO4
TNaOH/CuSO4 = 0,001· Мэкв CuSO4· СN NaOH ,
где TNaOH/CuSO4 – титр рабочего раствора по определяемому веществу
Полученный результат проверить у преподавателя.
14
Лабораторная работа 7
Тема: Кондуктометрическое титрование. Определение хлороводородной и уксусной
кислот
Цель работы: методом кондуктометрического титрования определить массу HCl и
CH3COOH в анализируемом растворе. Провести статистическую оценку полученных
результатов.
Теоретическая часть
Кондуктометрия – метод физико-химического анализа, основанный на измерении
электропроводности растворов. Она обладает рядом преимуществ перед химическими
методами анализа, так как позволяет определять содержание индивидуального вещества в
растворе простым измерением электропроводности раствора.
Кондуктометрическое титрование, в отличие от обычного, не требует применения
индикаторов и может быть проведено в окрашенных, а также в очень разбавленных
растворах. В процессе титрования за ходом реакции следят, измеряя электропроводность
титруемого раствора после каждого нового прибавления титранта. Конец титрования
совпадает с перегибом на кривой электропроводность – объем добавленного титранта.
Изменение электропроводности при кондуктометрическом титровании связано с заменой
в растворе по мере протекания реакции одних ионов на другие с иной проводимостью.
Кондуктометрическое титрование отличается от обычного также тем, что дает не одну
только точку эквивалентности, а полную кривую всего процесса титрования. На ее основе
можно составить как представление о ходе реакции, так и о некоторых свойствах
получающихся веществ. Например, резкий минимум или явный перегиб на кривой
кондуктометрического титрования говорит об устойчивости или малой растворимости
продуктов реакции. Размытость области перехода от одного участка кривой к другому
указывает (в зависимости от природы реакции) на гидролиз образовавшейся соли,
повышенную растворимость осадка или на недостаточную стойкость нового соединения.
При соблюдении известных условий кондуктометрически можно определить содержание
двух различных соединений, присутствующих в одном и том же растворе.
В данной работе определение основано на последовательном взаимодействии с раствором
сильного основания NaOH кислот, отличающихся друг от друга степенью ионизации. В
первую очередь с гидроксидом натрия взаимодействует сильная кислота, что вызывает
резкое понижение электрической проводимости раствора вследствие связывания
высокоподвижных водородных ионов. При титровании слабой кислоты проводимость
обычно возрастает, так как вместо слабого электролита образуется хорошо
диссоциирующая соль. И наконец, после точки эквивалентности проводимость резко
возрастает благодаря появлению в растворе гидроксильных ионов, обладающих высокой
подвижностью. Объем щелочи (V1) на кривой титрования соответствует оттитровыванию
HCl, объем V2- оттитровыванию суммы HCl и CH3COOH.
Посуда и приборы:
 Кондуктометр S30 SevenEasy
 Кондуктометрический электрод InLab 720 MT
 Пластмассовый химический стакан, 80 мл
 Колба мерная, 50 мл
 Пипетки, 10 мл
 Бюретка, 25 мл
15
Реактивы:
 Гидроксид натрия, NaOH, 0,1N раствор
 Хлороводородная кислота, HCl, 0,1N раствор
 Уксусная кислота, СН3СООН, 0,1N раствор
 Дистиллированная вода
Выполнение работы:
1. Подготовка к работе кондуктометра.
Включить кондуктометр в сеть, нажать клавишу включения
. В течение 3-5 секунд
идет автоматическая настройка кондуктометра. Выбрать измеряемый параметр µS/cm,
нажимая клавишу
.
При необходимости откалибровать прибор по стандартным буферным растворам (см.
руководство пользователя).
2. Анализ смеси соляной и уксусной кислот
Заполнить бюретку для титрования раствором 0,1N NaOH.
Приготовить анализируемую смесь, состоящую из ....... мл 0,1N раствора HCl и ...... мл
0,1N раствора CH3COOH в соответствии с вариантом.
Пипеткой перенести 10 мл полученного раствора в пластиковый стакан для титрования,
добавить дистиллированную воду до отметки 50 мл. Погрузить электрод кондуктометра в
раствор и включить магнитную мешалку. Снять показания электропроводности до начала
титрования, нажав на клавишу Read/√А.
NB! Перед началом титрования отключить на кондуктометре автостабилизацию
показаний, нажав и удерживая клавишу Read/√А – буква А исчезнет.
Начать титрование, приливая раствор NaOH порциями по 0,5 мл. После приливания
каждой порции титранта измерять электрическую проводимость раствора. Показания
записывать. Титрование прекратить после того, как будут обнаружены два излома на
кривой титрования : от резкого падения показаний к плавному, а затем резкому росту
значений.
По результатам титрования заполнить таблицу:
Объем раствора 0,1N
NaOH, V,мл
0
0,5
1,0
æ, µS/сm
3. Построение кривой титрования
По полученным данным построить график зависимости y = f(x) в программе EXCEL, где y
- электрическая проводимость раствора, х - объем титранта. Из графика найти значения V1
и V2.
16
V1 и V2 – объемы титранта в первой и второй точках эквивалентности: V1 соответствует
нейтрализации HCl, а (V2 –V1) – нейтрализации CH3COOH.
Титрование повторить три раза.
4. Расчет массы карбоната натрия и гидроксида натрия в растворе
Каждый раз на основе графика рассчитать массу HCl и CH3COOH в титруемом растворе
по формулам:
mHCl = V1 ·T NaOH / HCl · (VCH3COOH+VHCl) /10 = V1·0.001·MэквHCl·CN NaOH · (VCH3COOH+VHCl) /10
mCH3COOH = (V2 - V1) ·T NaOH / CH3COOH· (VCH3COOH+VHCl) /10 = (V2 - V1) ·0.001·MэквCH3COOH·
CN NaOH · (VCH3COOH+VHCl) /10
5. Расчет действительной массы HCl и CH3COOH в исходном исследуемом растворе
.
6. Статиcтическая обработка экспериментальных данных.
Для этого рассчитать:
 Среднее арифметическое значение определяемой величины:
n
m HCl 

m
n
m
iHCl
i 1
n
m
i
m

Среднее отклонение:

Надежность среднего результата: m   ср 

iCH 3COOH
mCH 3COOH 
n
n
Отклонение каждого результата от среднего (в %) : m  m
i 1
∆ср =
i 1
n
Дисперсию стандартного среднеквадратичного отклонения (для гидроксида
натрия и карбоната натрия)
n
S
 (m
i 1
i
 m )2
n 1
где n – число степеней свободы или число независимых данных, в нашем случае 3.
* Значения ошибок, полученных по упрощенной формуле среднего отклонения ∆ср и по
формуле дисперсии среднеквадратичного отклонения S, должны совпадать
S
 Относительное стандартное отклонение: S r 
m


Абсолютную ошибку (разность между найденным результатом анализа и
действительным содержанием определяемого компонента) определения, в %
σабсол. = mнайдено - mдействит
Относительную ошибку
величине), в %
(отношение
абсолютной
ошибки
к
измеряемой
17
σотносит = σабсолют / mдействит
* Относительная ошибка может иметь как положительное, так и отрицательное
значение. Ею пользуются чаще, так как она лучше характеризует точность
определения.
 Точность
определения
:
практ
mHCl
 100
действ
mHCl
%
практ
mCH
3COOH
 100
действ
mCH
3COOH
Можно ли с вероятностью 95% утверждать, что Ваш полученный результат по массе
гидрохлорида водорода и уксусной кислоты в анализируемом растворе составляет:
m HCl = ... ±..... г. ; m CH3COOH = ... ±..... г. ?
Варианты выполнения работы 2011 г:
1. 10 мл 0,1M HCl и 10 мл 0,1M CH3COOH
2. 5 мл 0,1M HCl и 10 мл 0,1M CH3COOH
3. 10 мл 0,1M HCl и 5 мл 0,1M CH3COOH
18
Лабораторная работа 8
Тема: Кондуктометрическое титрование. Определение массы карбоната натрия и
гидроксида натрия в исследуемом растворе при их совместном присутствии
Цель работы: методом кондуктометрического титрования определить массу гидроксида
натрия и карбоната натрия в анализируемом растворе. Провести статистическую оценку
полученных результатов.
Теоретическая часть
Кондуктометрия – метод физико-химического анализа, основанный на измерении
электропроводности растворов. Она обладает рядом преимуществ перед химическими
методами анализа, так как позволяет определять содержание индивидуального вещества в
растворе простым измерением электропроводности раствора.
Кондуктометрическое титрование, в отличие от обычного, не требует применения
индикаторов и может быть проведено в окрашенных, а также в очень разбавленных
растворах. В процессе титрования за ходом реакции следят, измеряя электропроводность
титруемого раствора после каждого нового прибавления титранта. Конец титрования
совпадает с перегибом на кривой электропроводность – объем добавленного титранта.
Изменение электропроводности при кондуктометрическом титровании связано с заменой
в растворе по мере протекания реакции одних ионов на другие с иной проводимостью.
Кондуктометрическое титрование отличается от обычного также тем, что дает не одну
только точку эквивалентности, а полную кривую всего процесса титрования. На ее основе
можно составить как представление о ходе реакции, так и о некоторых свойствах
получающихся веществ. Например, резкий минимум или явный перегиб на кривой
кондуктометрического титрования говорит об устойчивости или малой растворимости
продуктов реакции. Размытость области перехода от одного участка кривой к другому
указывает (в зависимости от природы реакции) на гидролиз образовавшейся соли,
повышенную растворимость осадка или на недостаточную стойкость нового соединения.
При соблюдении известных условий кондуктометрически можно определить содержание
двух различных соединений, присутствующих в одном и том же растворе.
В данной работе определение основано на последовательном титровании сильной
кислотой (HCl) сильного основания (NaOH) и соли сильного основания и слабой кислоты
(Na2CO3). При взаимодействии с HCl сначала реагирует сильное основание NaOH, а затем
– Na2CO3.
Na+ + OH- + H+ +Cl- = Na+ + Cl- +H2O
+
2Na + CO3 2- + 2H+ + 2Cl- = 2Na+ + 2Cl- + H2CO3
Кривая титрования смеси соды со щелочью имеет два излома. Объем титранта V 1
соответствует нейтрализации NaOH, объем (V2-V1) – нейтрализации Na2CO3. При
нейтрализации NaOH электрическая проводимость линейно понижается, так как
уменьшается концентрация подвижных ионов ОН-. При взаимодействии кислоты с
Na2CO3 электрическая проводимость раствора практически не изменяется, так как при
протонировании CO2-3 до H2CO3 вместо 1 моль CO2-3 в раствор вводится 2 моль Cl-.
Избыток кислоты после оттитровывания Na2CO3 вызывает резкое увеличение
электрической проводимости раствора. Кривая титрования резко идет вверх.
Посуда и приборы:
 Кондуктометр S30 SevenEasy
 Кондуктометрический электрод InLab 720 MT
19
 Пластмассовый химический стакан, 80 мл
 Пипетка, 10 мл;
 Бюретка, 25 мл.
Реактивы:
 Хлороводородная кислота, HCl, 0,1N раствор
 Гидроксид натрия, NaOH, 0,1N раствор
 Карбонат натрия, Na2CO3, 0,1N раствор
1. Подготовка к работе кондуктометра.
Включить кондуктометр в сеть, нажать клавишу включения
. В течение 3-5 секунд
идет автоматическая настройка кондуктометра. Выбрать измеряемый параметр µS/cm,
нажимая клавишу
.
При необходимости откалибровать прибор по стандартным буферным растворам (см.
руководство пользователя).
2. Проведение анализа смеси гидроксида натрия и карбоната натрия
Приготовить анализируемую смесь, состоящую из ....... мл 0,1N раствора NaOH и ...... мл
0,1N раствора Na2CO3 в соответствии с вариантом.
Заполнить бюретку для титрования раствором 0,1N HCl. Пипеткой отмерить 10 мл
полученного раствора, поместить в пластиковый стаканчик для титрования, довести
объем пробы дистиллированной водой до метки 50 мл, погрузить в него электрод.
Включить магнитную мешалку, тщательно перемешать раствор.
Провести титрование исследуемого раствора, добавляя из бюретки по 0,5 мл 0,1N
раствора HCl и измерять в каждой точке электрическую проводимость. Показания
записывать. Снять показания электропроводности до начала титрования, нажав на
клавишу Read/√А. Титрование прекратить после обнаружения двух скачков показаний
электропроводности.
NB! Перед началом титрования отключить на кондуктометре автостабилизацию
показаний, нажав и удерживая клавишу Read/√А – буква А исчезнет.
По результатам титрования заполнить таблицу:
Объем раствора 0,1N
HCl, V,мл
0
0,5
1,0
æ, µS/сm
3. Построение графика
20
По полученным данным построить график зависимости y = f(x) в программе EXCEL, где y
- электрическая проводимость раствора, х - объем титранта. Из графика найти значения V1
и V2.
Титрование повторить три раза. Каждый раз на основе графика рассчитать массу
гидроксида натрия и карбоната натрия в титруемом растворе по формулам:
mNaOH = V1 ·THCl / NaOH · (VNaOH+V Na2CO3) /10 = V1·0.001·MэквNaOH·CN HCl · (VNaOH+V Na2CO3)
/10
mNa2CO3 = (V2 - V1) ·THCl / Na2CO3 · (VNaOH+V Na2CO3) /10 = (V2 - V1) ·0.001·MэквNa2CO3·
CN HCl·(VNaOH+V Na2CO3) /10
4. Расчет действительной массы NaOH и Na2CO3 в исходном исследуемом растворе.
Статистическая обработка экспериментальных данных.
4.
Для этого рассчитать:

Среднее арифметическое значение определяемой величины:
n
m NaOH 

n
 miNaOH
m Na 2CO 3 
i 1
i 1
iNa 2 CO 3
n
n
Отклонение каждого результата от среднего (в %) : m  m
n
m
i
m

Среднее отклонение:

Надежность среднего результата: m   ср 

m
∆ср =
i 1
n
Дисперсию стандартного среднеквадратичного отклонения (для гидроксида
натрия и карбоната натрия)
n
S
 (m
i 1
i
 m )2
n 1
где n – число степеней свободы или число независимых данных, в нашем случае 3.
* Значения ошибок, полученных по упрощенной формуле среднего отклонения ∆ср и по
формуле дисперсии среднеквадратичного отклонения S, должны совпадать
S
 Относительное стандартное отклонение: S r 
m


Абсолютную ошибку (разность между найденным результатом анализа и
действительным содержанием определяемого компонента) определения, в %
σабсол. = mнайдено - mдействит
Относительную ошибку
величине), в %
(отношение
абсолютной
ошибки
к
измеряемой
21
σотносит = σабсолют / mдействит
* Относительная ошибка может иметь как положительное, так и отрицательное
значение. Ею пользуются чаще, так как она лучше характеризует точность
определения.
9. Точность определения :
практ
mNaOH
 100 %
действ
mТNaOH
Можно ли с вероятностью 95% утверждать, что Ваш полученный результат по массе
гидроксида натрия и карбоната натрия в анализируемом растворе составляет: mNaOH
= ... ±..... г. ; mNa2СO3 = ... ±..... г. ?
Варианты выполнения работы 2011 г:
4. 10 мл 0,1N NaOH и 10 мл 0,1N Na2CO3
5. 5 мл 0,1N NaOH и 10 мл 0,1N Na2CO3
6. 10 мл 0,1N NaOH и 5 мл 0,1N Na2CO3
22
Лабораторная работа 9
Тема. Спектрофотометрия.
Цель работы: Определение содержания меди в растворе с помощью спектрофотометра
Посуда и приборы:












спектрофотометр Helios Gamma
кювета (стеклянная – G), 10 мм
мерная колба, 50 мл (6 шт.), 1000 мл (1 шт.)
чашка Петри, 45 мл
аналитические весы, с точностью 0,0001
воронка, 90 мм, 45 мм
бюретка, 25 мл
промывалка
пипетка, 10 мл
компьютер с программным обеспечением для спектрофотометра Helios Gamma VISIONlite
принтер ОКI
бумага
Реактивы:




сульфат меди CuSO4∙5H2O
серная кислота концентрированная (ρ=1,84 г/см3)
раствор аммиака концентрированный
дистиллированная вода.
Ход работы:
1. Приготовление исходного раствора для построения калибровочного графика
Приготовить 1 л раствора сульфата меди (из расчета 1 мг меди в 1 мл раствора). Для этого
взять точную навеску 3,9270 г CuSO4∙5H2O и количественно перенести ее в мерную колбу
вместимостью 1000 мл. Растворить навеску в небольшом количестве воды, подкислить
раствор 5 мл концентрированной серной кислоты, разбавить водой до метки, тщательно
перемешать.
Полученный раствор использовать для приготовления серии стандартных растворов.
2. Приготовление стандартных растворов меди
Из исходного раствора приготовить серию стандартных растворов. Для этого в мерные
колбы (от 1 до 6) вместимостью 50 мл внести 25, 20, 15, 10, 5, 3 мл исходного раствора,
используя бюретку. В каждую мерную колбу добавить по 3 мл концентрированного
раствора аммиака. Растворы долить дистиллированной водой до метки. Тщательно
перемешать, выдержать перед определением в течение 15-20 минут.
3. Выбор светофильтра (см. Работа со спектрофотометром, Определение
максимального светопоглощения)
Фотометрировать все растворы, начиная с меньшей концентрации. Измерить оптическую
плотность растворов относительно воды в диапазоне длин волн 450-750 нм и
23
зафиксировать значение длины волны, при котором наблюдается максимальное
светопоглощения всех растворов.
Рассчитать среднее значение максимальной величины светопоглощения. Этот
светофильтр использовать для дальнейшей работы.
Распечатать график кривых светопоглощения A  f ( ) .
4. Измерение оптический плотности стандартных растворов (см. Работа со
спектрофотометром, Построение калибровочного графика)
NB! Держать кювету можно только за матовые стороны. Измерения оптической
плотности растворов производить только при закрытой крышке кюветного
отделения!!!
Измерить оптическую плотность шести стандартных растворов, начиная с раствора
имеющего наименьшую концентрацию. Раствор поместить в кювету примерно на 5 мм
ниже края кюветы и закрыть крышечкой. Если на внешние стенки кюветы попала
жидкость, осторожно удалить ее с помощью фильтровальной бумаги. Заполненную
кювету поместить в кюветное отделение так, чтобы луч света проходил сквозь
прозрачные стенки кюветы. Зафиксировать кювету и закрыть кюветное отделение.
Распечатать калибровочный график A  f (C )
5. Определение содержания меди в исследуемом растворе
Получить анализируемый раствор у преподавателя. Определить его светопоглощение А
(п.4). По полученному калибровочному графику найти концентрацию меди в исследуемом
растворе.
На распечатанном калибровочном графике указать полученное значение.
Результат проверить у преподавателя.
24
Инструкция по эксплуатации спектрофотометра Helios Gamma
(Thermo Scientific)
NB! При включении спектрофотометра кюветное отделение должно быть
пустым, крышка кюветного отделения должна быть закрыта!
1. Включить компьютер.
2. Включить спектрофотометр за 20-30 минут до начала работы. Дождаться
инициализации составных частей оборудования.
3. Для переключения работы спектрофотометра на компьютерное управление, на
приборе нажать Menu → Remote. После этого с рабочего стола компьютера
запустить программу VISIONlite.
a) Определение максимального светопоглощения
4. Из списка методик выбрать Scan и нажать ОК.
5. Открыть необходимый для определения метод, например FeSO4 (File→
Open→_Method).
6. Проверить правильность установленного диапазона длин волн. При необходимости
установить диапазон 450-750.
7. Установить определение максимального значения светопоглощения- напротив
Maxima должна быть установлена галочка.
8. Для определения базовой линии необходимо установить кювету с
дистиллированной водой в кюветное отделение и закрыть крышку.
9. Нажать кнопку Measure Samples (в программе VISIONlite).
10. В поле Operator ввести свое имя и фамилию на латинском и нажать кнопку
Measure.
11. После окончания процедуры определения базовой линии снова появится окошко
Sample Information.
12. Необходимо извлечь кювету из кюветного отделения, промыть ее и заполнить
исследуемым раствором.
13. В появившемся окошке Sample Information (пункт 11) ввести в поле Samples name
номер исследуемого раствора, а в Description- описание (например, концентрацию
в мл). Галочку напротив Measure blank ставить НЕ надо!!! Затем нажать на
Measure.
14. Повторить пункты 12 и 13 со всеми 6 стандартными растворами.
15. Для завершения сканирования растворов после последнего определения во вновь
появившемся окошке нажать Close.
25
16. Поместить бумагу в принтер.
17. Распечатать график кривых светопоглощения с данными, нажав на кнопку Print.
18. Для выхода и смены приложения нажать File → Change Application.
b) Построение калибровочного графика
19. Из списка методик выбрать Quant и нажать ОК.
20. Сохранить метод под своим именем на латинском File → Save Method.
21. Нажать на Go To Calibration Mode.
22. В поле Curve type выбрать Linear though Zero.
23. В поле Measurements wavelength установить длину волны, при которой происходит
максимальное светопоглощение (см. пункт «Определение максимального
светопоглощения»).
24. Установить размерность мг/мл (г/л).
25. Заполнить таблицу стандартных данных, т.е ввести концентрации растворов.
26. Установить кювету с веществом, относительно которого программа будет строить
калибровочный график, в кюветное отделение и закрыть крышкой.
27. Нажать Measure Standart.
28. В появившимся окне Calibration (в поле Operator должно быть введено имя и
фамилия на латинском) нажать на Measure.
29. После окончания процедуры измерения оптической плотности холостой пробы
снова появится окно Calibration.
30. Извлечь кювету из кюветного отделения, промыть и заполнить следующим
стандартным раствором.
31. В появившемся окне п. 29 ничего не менять, галочку напротив Measure blank НЕ
СТАВИТЬ, нажать на Measure.
32. Повторить пункты 30 и 31со всеми 6 стандартными растворами.
33. Поместить в принтер бумагу и распечатать калибровочный график, нажав на Print.
34. Для того, чтобы измерить оптическу плотность исследуемого раствора,
полученного у преподавателя, необходимо нажать на Go to Samples Mode, в
появившемся сообщениие выбрать Save with calibration.
35. Поместить кювету с исследуемым раствором в кюветное отделение, измерить его
оптическую плотность, нажав на Measure Samples. В появивщемся окне заполнить все
пустые поля. Затем нажать на Measure. Сделать 3 замера.
36. Для выхода зайти в меню File → Exit.
37. На спектрофотометре нажать на кнопку HOME, после чего на его экране появятся
показания оптической плотности и длины волны. Затем прибор можно выключить,
нажав для этого кнопку вкл/выкл на задней панели спектрофотометра.
26
Лабораторная работа 10
Тема: Спектрофотометрия.
Цель работы:Определение содержания железа в растворе. с помощью спектрофотометра
Посуда и приборы:
 Спектрофотометр Helios Gamma
 Кювета (стеклянная - G), 10 мм
 Мерная колба, 100 мл (10 шт)
 Мерная колба, 1000 мл (1шт)
 Чашка Петри, 45 мл
 Аналитические весы, с точностью взвешивания до 0,0001
 Воронка, 90 мм, 45 мм
 Пипетка, 10мл
 Компьютер с программным обеспечением к спектрофотометру Helios Gamma VISIONlite
 Принтер
 Бумага для печати.
Реактивы:
 Железо- аммонийные квасцы, NH4Fe(SO4)2·12H2O
 Концентрированная азотная кислота, HNO3
 Роданид аммония, NH4CNS, 20% раствор
Ход работы:
1. Приготовление исходного раствора для построения калибровочного графика
Приготовить 1 л раствора железо-аммонийных квасцов (из расчета 0,1 г железа в 1 л
раствора).
Для этого необходимо взять точную навеску 0,8640 г железо-аммонийных квасцов
NH4Fe(SO4)2·12H2O и количественно перенести в мерную колбу на 1 л. Растворить
навеску в небольшом количестве дистиллированной воды, подкислить 25 мл
концентрированной азотной кислоты, довести водой до метки, тщательно перемешать.
Полученный раствор (исходный) использовать для приготовления серии стандартных
растворов.
2. Приготовление серии стандартных растворов
Из исходного раствора приготовить серию стандартных растворов в 10 колбах на 100
мл. Для этого в мерные колбы (заранее пронумированные от 1 до 10) вместимостью
100 мл с помощью пипетки внести от 1 до 10 мл исходного раствора. В каждую
мерную колбу добавить по 5 мл 20%-ного раствора роданида аммония. Растворы
довести водой до метки, тщательно перемешать.
3. Выбор светофильтра (см. Определение максимального светопоглощения).
Фотометрировать все растворы, начиная с раствора меньшей концентрации. Измерить
оптическую плотность растворов относительно воды в диапазоне длин волн 450-750
нм и зафиксировать значение длины волны, при котором наблюдается максимальное
светопоглощение всех растворов. Рассчитать среднее значение максимальной
величины светопоглощения. Внести это значение в компьютер. Этот светофильтр
использовать для дальнейшей работы.
27
Распечатать график кривых светопоглощения A=f(λ).
4. Измерение оптической плотности стандартных растворов ( см. Работы со
спектрофотометром. Построение калибровочного графика)
NB! Кювету можно держать только за матовые стороны. Измерение оптической
плотности растворов производить только при закрытой крышке кюветного
отделения!!!
Измерить оптическую плотность шести стандартных растворов, начиная с раствора,
имеющего наименьшую концентрацию. Раствор поместить в кювету примерно на 5 мм
ниже края кюветы и закрыть крышечкой. Если на внешние стенки кюветы попала
жидкость, осторожно удалить ее с помощью фильтровальной бумаги. Заполненную
кювету поместить в кюветное отделение так, чтобы луч света проходил сквозь
прозрачные стенки кюветы. Зафиксировать кювету и закрыть кюветное отделение.
Распечатать калибровочный график A=f(C).
5. Определение содержания железа в исследуемом растворе
Получить анализируемый раствор у преподавателя. Определить его светопоглощение
А. (п.4) По полученному калибровочному графику найти концентрацию меди в
исследуемом растворе.
На распечатанном калибровочном графике указать полученное значение.
Результат проверить у преподавателя.
28
Инструкция по эксплуатации спектрофотометра Helios Gamma
(Thermo Scientific)
NB! При включении спектрофотометра кюветное отделение должно быть
пустым, крышка кюветного отделения должна быть закрыта!
19. Включить компьютер.
20. Включить спектрофотометр за 20-30 минут до начала работы. Дождаться
инициализации составных частей оборудования.
21. Для переключения работы спектрофотометра на компьютерное управление, на
приборе нажать Menu → Remote. После этого с рабочего стола компьютера
запустить программу VISIONlite.
b) Определение максимального светопоглощения
22. Из списка методик выбрать Scan и нажать ОК.
23. Открыть необходимый для определения метод, например FeSO4 (File→
Open→_Method).
24. Проверить правильность установленного диапазона длин волн. При необходимости
установить диапазон 450-750.
25. Установить определение максимального значения светопоглощения- напротив
Maxima должна быть установлена галочка.
26. Для определения базовой линии необходимо установить кювету с
дистиллированной водой в кюветное отделение и закрыть крышку.
27. Нажать кнопку Measure Samples (в программе VISIONlite).
28. В поле Operator ввести свое имя и фамилию на латинском и нажать кнопку
Measure.
29. После окончания процедуры определения базовой линии снова появится окошко
Sample Information.
30. Необходимо извлечь кювету из кюветного отделения, промыть ее и заполнить
исследуемым раствором.
31. В появившемся окошке Sample Information (пункт 11) ввести в поле Samples name
номер исследуемого раствора, а в Description- описание (например, концентрацию
в мл). Галочку напротив Measure blank ставить НЕ надо!!! Затем нажать на
Measure.
32. Повторить пункты 12 и 13 со всеми 6 стандартными растворами.
33. Для завершения сканирования растворов после последнего определения во вновь
появившемся окошке нажать Close.
34. Поместить бумагу в принтер.
29
35. Распечатать график кривых светопоглощения с данными, нажав на кнопку Print.
36. Для выхода и смены приложения нажать File → Change Application.
b) Построение калибровочного графика
19. Из списка методик выбрать Quant и нажать ОК.
20. Сохранить метод под своим именем на латинском File → Save Method.
21. Нажать на Go To Calibration Mode.
22. В поле Curve type выбрать Linear though Zero.
23. В поле Measurements wavelength установить длину волны, при которой происходит
максимальное светопоглощение (см. пункт «Определение максимального
светопоглощения»).
24. Установить размерность мг/мл (г/л).
25. Заполнить таблицу стандартных данных, т.е ввести концентрации растворов.
26. Установить кювету с веществом, относительно которого программа будет строить
калибровочный график, в кюветное отделение и закрыть крышкой.
27. Нажать Measure Standart.
28. В появившимся окне Calibration (в поле Operator должно быть введено имя и
фамилия на латинском) нажать на Measure.
29. После окончания процедуры измерения оптической плотности холостой пробы
снова появится окно Calibration.
30. Извлечь кювету из кюветного отделения, промыть и заполнить следующим
стандартным раствором.
31. В появившемся окне п. 29 ничего не менять, галочку напротив Measure blank НЕ
СТАВИТЬ, нажать на Measure.
32. Повторить пункты 30 и 31со всеми 6 стандартными растворами.
33. Поместить в принтер бумагу и распечатать калибровочный график, нажав на Print.
34. Для того, чтобы измерить оптическу плотность исследуемого раствора,
полученного у преподавателя, необходимо нажать на Go to Samples Mode, в
появившемся сообщениие выбрать Save with calibration.
35. Поместить кювету с исследуемым раствором в кюветное отделение, измерить его
оптическую плотность, нажав на Measure Samples. В появивщемся окне заполнить все
пустые поля. Затем нажать на Measure. Сделать 3 замера.
36. Для выхода зайти в меню File → Exit.
37. На спектрофотометре нажать на кнопку HOME, после чего на его экране появятся
показания оптической плотности и длины волны. Затем прибор можно выключить,
нажав для этого кнопку вкл/выкл на задней панели спектрофотометра.
30
Лабораторная работа 11
Тема: Спектрофотометрия.
Цель работы: Определение содержания никеля в растворе с помощью спектрофотометра.
Посуда и приборы:
 Спектрофотометр Helios Gamma
 Кювета (стеклянная- G), 10 мм
 Мерная колба, 50 мл (6шт)
 Мерная колба, 1000 мл (1шт)
 Мерная колба, 500 мл (1шт)
 Чашка Петри, 45 мл
 Аналитические весы, с точностью взвешивания до 0,0001
 Воронка, 90мм, 45 мм
 Пипетка, 10мл
 Компьютер с программным обеспечением к спектрофотометру Helios GammaVISIONlite
 Принтер
 Бумага для печати
Реактивы:
 Сульфат никеля семиводный, NiSO47H2O
 Йод, J2 , 0,05M раствор
 Диметилглиоксим, (CH3C=NOH)2, 0,05M спиртовой раствор
 Гидроксид натрия, NaOH, 0,1М раствор
 Серная кислота, H2SO4, концентрированная (ρ = 1835 кг/м3)
Ход работы:
1. Приготовление исходного раствора для построения калибровочного графика
Приготовить 1 л раствора сульфата никеля (из расчета 0,1 г никеля в 1 л раствора). Для
этого взять точную навеску 0,4784 г семиводного кристаллогидрата сульфата никеля
NiSO4·7H2O квалификации х.ч. с известным содержанием никеля и количественно
перенести в мерную колбу на 1000 мл.
Растворить навеску в небольшом количестве дистиллированной воды, подкислить 2 мл
концентрированной серной кислоты, довести водой до метки, тщательно перемешать.
Полученный раствор перед употреблением разбавить в 10 раз. Для этого в мерную
колбу на 500 мл с небольшим количеством воды перенести аликвоту 50 мл
приготовленного ранее раствора, довести объем раствора до метки, тщательно
перемешать. Приготовленный таким образом раствор сульфата никеля будет
содержать 0,01 г/л никеля. Этот раствор нужно использовать для приготовления серии
стандартных растворов (исходный раствор).
2. Приготовление серии стандартных растворов
Из исходного раствора приготовить серию стандартных растворов в 6 колбах по 50 мл.
Для этого в мерные колбы (заранее пронумированные от 1 до 6) вместимостью 50 мл
внести 2,5; 3,5; 5; 6; 7,5 и 9 мл исходного раствора. В каждую мерную колбу добавить
31
по 0,5 мл раствора йода, 0,5 мл раствора диметилглиоксима и 2,5 мл раствора
гидроксида натрия. Растворы довести водой до метки, тщательно перемешать.
3. Выбор светофильтра (см. Работа со спектрофотометром, Определение
максимального светопоглощения).
Фотометрировать все растворы, начиная с меньшей концентрации. Измерить
оптическую плотность растворов относительно воды (растворитель) в диапазоне длин
волн 450-750 нм и зафиксировать значение длины волны λmax, при котором
наблюдается максимальное светопоглощение всех растворов. Рассчитать среднее
значение максимальной величины светопоглощения. Этот светофильтр использовать
для дальнейшей работы.
Распечатать график кривых светопоглощения A=f(λ), из которых находят λmax.
4. Измерение оптической плотности стандартных растворов ( см. Работы со
спектрофотометром. Построение калибровочного графика).
NB! Кювету можно держать только за матовые стороны. Измерение оптической
плотности растворов производить только при закрытой крышке кюветного
отделения!!!
Измерить оптическую плотность шести стандартных растворов, начиная с раствора,
имеющего наименьшую концентрацию, при λmax. Для этого раствор поместить в
кювету примерно на 5 мм ниже края кюветы и закрыть крышечкой. Если на внешние
стенки кюветы попала жидкость, осторожно удалить ее с помощью фильтровальной
бумаги. Заполненную кювету поместить в кюветное отделение так, чтобы луч света
проходил сквозь прозрачные стенки кюветы. Зафиксировать кювету и закрыть
кюветное отделение.
Распечатать калибровочный график A=f(C).
NB! Калибровочный график представляет собой прямую линию. Все полученные
точки должны находиться на этой прямой. В случае большого разброса значений,
калибровочный график необходимо переделать.
5. Определение содержания никеля в исследуемом растворе
Получить анализируемый раствор у преподавателя. Определить его светопоглощение
А. (п.4) По полученному калибровочному графику найти концентрацию меди в
исследуемом растворе.
На распечатанном калибровочном графике указать полученное значение.
Результат проверить у преподавателя.
32
Инструкция по эксплуатации спектрофотометра Helios Gamma
(Thermo Scientific)
NB! При включении спектрофотометра кюветное отделение должно быть
пустым, крышка кюветного отделения должна быть закрыта!
37. Включить компьютер.
38. Включить спектрофотометр за 20-30 минут до начала работы. Дождаться
инициализации составных частей оборудования.
39. Для переключения работы спектрофотометра на компьютерное управление, на
приборе нажать Menu → Remote. После этого с рабочего стола компьютера
запустить программу VISIONlite.
c) Определение максимального светопоглощения
40. Из списка методик выбрать Scan и нажать ОК.
41. Открыть необходимый для определения метод, например NiSO4 (File→
Open→_Method).
42. Проверить правильность установленного диапазона длин волн. При необходимости
установить диапазон 450-750.
43. Установить определение максимального значения светопоглощения- напротив
Maxima должна быть установлена галочка.
44. Для определения базовой линии необходимо установить кювету с
дистиллированной водой в кюветное отделение и закрыть крышку.
45. Нажать кнопку Measure Samples (в программе VISIONlite).
46. В поле Operator ввести свое имя и фамилию на латинском и нажать кнопку
Measure.
47. После окончания процедуры определения базовой линии снова появится окошко
Sample Information.
48. Необходимо извлечь кювету из кюветного отделения, промыть ее и заполнить
исследуемым раствором.
49. В появившемся окошке Sample Information (пункт 11) ввести в поле Samples name
номер исследуемого раствора, а в Description- описание (например, концентрацию
в мл). Галочку напротив Measure blank ставить НЕ надо!!! Затем нажать на
Measure.
50. Повторить пункты 12 и 13 со всеми 6 стандартными растворами.
51. Для завершения сканирования растворов после последнего определения во вновь
появившемся окошке нажать Close.
52. Поместить бумагу в принтер.
33
53. Распечатать график кривых светопоглощения с данными, нажав на кнопку Print.
54. Для выхода и смены приложения нажать File → Change Application.
b) Построение калибровочного графика
19. Из списка методик выбрать Quant и нажать ОК.
20. Сохранить метод под своим именем на латинском File → Save Method.
21. Нажать на Go To Calibration Mode.
22. В поле Curve type выбрать Linear though Zero.
23. В поле Measurements wavelength установить длину волны, при которой происходит
максимальное светопоглощение (см. пункт «Определение максимального
светопоглощения»).
24. Установить размерность мг/мл (г/л).
25. Заполнить таблицу стандартных данных, т.е ввести концентрации растворов.
26. Установить кювету с веществом, относительно которого программа будет строить
калибровочный график, в кюветное отделение и закрыть крышкой.
27. Нажать Measure Standart.
28. В появившимся окне Calibration (в поле Operator должно быть введено имя и
фамилия на латинском) нажать на Measure.
29. После окончания процедуры измерения оптической плотности холостой пробы
снова появится окно Calibration.
30. Извлечь кювету из кюветного отделения, промыть и заполнить следующим
стандартным раствором.
31. В появившемся окне п. 29 ничего не менять, галочку напротив Measure blank НЕ
СТАВИТЬ, нажать на Measure.
32. Повторить пункты 30 и 31со всеми 6 стандартными растворами.
33. Поместить в принтер бумагу и распечатать калибровочный график, нажав на Print.
34. Для того, чтобы измерить оптическу плотность исследуемого раствора,
полученного у преподавателя, необходимо нажать на Go to Samples Mode, в
появившемся сообщениие выбрать Save with calibration.
35. Поместить кювету с исследуемым раствором в кюветное отделение, измерить его
оптическую плотность, нажав на Measure Samples. В появивщемся окне заполнить все
пустые поля. Затем нажать на Measure. Сделать 3 замера.
36. Для выхода зайти в меню File → Exit.
37. На спектрофотометре нажать на кнопку HOME, после чего на его экране появятся
показания оптической плотности и длины волны. Затем прибор можно выключить,
нажав для этого кнопку вкл/выкл на задней панели спектрофотометра.
34
Лабораторная работа 12
Тема: Оптические методы анализа. Рефрактометрия.
Цель работы: Определение влаги в растительных маслах.
Приборы:




автоматический рефрактометр J57;
пипетка, 3 мл;
пробирка для центрифуги с пробкой, 10 мл (2 шт.);
аналитические весы.
Реактивы:



подсолнечное масло (нерафинированное);
глицерин 88-90%;
дистиллированная вода.
Ход работы:
1. Взвесить в сухой предварительно взвешенной пробирке для центрифуги 5-7 г
исследуемого подсолнечного масла, с точность до 0,0001 г. Добавить в ту же
пробирку 1-2 г глицерина.
2. Закрыть пробирку пробкой и взбалтывать смесь в течение 5 минут путем
многократных опрокидываний.
NB! Сильных встряхиваний следует избегать, так как это может привести к
образованию стойкой эмульсии, которую трудно разделить на слои.
3. Поместить пробирку в центрифугу и уравновесить ее другой пробиркой,
заполненной водой. Произвести центрифугирование в течение 1-2 минут (1000
об/мин.).
4. Пробирку закрыть пробкой и взболтать смесь вторично в течение 2 минут. Вновь
центрифугировать в течение 2 минут.
5. Достигнув полного разделения слоев, определить показатель преломления
глицерина, отбирая его пипеткой. Отбор произвести на трех разных уровнях, и из
полученных значений найти среднее.
NB! При измерениях необходимо соблюдать постоянную температуру.
6. Рассчитать содержание влаги в масле по формуле:
760(n0  n)m1
,
x  0,03 
m2
где
0,03 – поправка на остаточную равновесную влажность масла, которую находят по
формуле:
(n0  n) p  0,00076  10 4  100 760(n0  n)m1

;
m2
m2
n0 - показатель преломления исходного глицерина;
n - показатель преломления глицерина после взбалтывания с подсолнечным маслом;
m1 – навеска глицерина, г;
m – навеска масла, г;
760 – фактор пересчета.
Опыт повторить 3 раза. Рассчитать среднее содержание влаги x ср
35
Автоматический рефрактометр J57
Последовательность работы с рефрактометром
1. Включить рефрактометр в сеть.
2. С призмы снять черную крышку.
3. При помощи пипетки или шприца поместить на призму исследуемую пробу,
заполнив всю ее поверхность.
4. Закрыть призму черной крышкой.
5. Нажать на кнопку «Measure».
6. После измерения удалить образец при помощи влажной ткани без ворса.
36
Рефрактометрический метод анализа
Теоретические основы
1.1. Сущность метода и область применения
Рефракцией (от лат. «refractus» - преломленный) называют явление преломления
световых лучей на границе раздела двух различных по своей природе оптических сред.
Слово «рефрактометрия» означает измерение преломления света. Так как преломление
света оценивается по величине так называемого показателя преломления, то под
рефрактометрией понимают измерение показателя преломления.
Рефрактометрическим анализом (а часто просто «рефрактометрией») называют метод
анализа, основанный на зависимости показателя преломления от состава системы. Эта
зависимость устанавливается экспериментально путем определения показателя
преломления для ряда стандартных систем известного состава.
На основании полученных данных строят калибровочный график в координатах: состав
смеси-показатель преломления. При этом по оси «состав смеси» откладывают содержание
одного из компонентов в смеси. Имея такой график, можно определить показатель преломления смеси неизвестного состава и по нему установить ее состав.
Для водного раствора сахара такой график имеет следующий вид (рис. 1).
Рис. 1. График
зависимости показателя преломления водного
раствора сахара от концентрации
Преимуществами рефрактометрического метода анализа являются: простота, точность (до
сотых долей процента определяемого вещества), быстрота, возможность производить
анализ, располагая весьма малым количеством вещества (0,05-0,50 г), а также проводить
анализ без отбора пробы, пользуясь приспособлениями, встроенными в стенки реакторов,
или применяя погружные рефрактометры.
Рефрактометрия широко используется для количественного анализа различных бинарных
систем (водных растворов веществ, неводных растворов, смесей двух жидкостей).
Обычными объектами анализа являются растворы спиртов, сахара, глицерина, кислот,
оснований, солей.
Рефрактометрический метод может быть применен и для анализа тройных систем. Однако
в этом случае необходимо установление зависимости от состава смеси еще одного
фактора (плотности, температуры кипения, поверхностного натяжения, вязкости и т. д.).
Диаграмма состав - свойство в этом случае имеет вид треугольника (рис. 2).
Большое значение имеет рефрактометрический метод для анализа разнообразных
сложных систем. Сюда относятся различные биологические и пищевые продукты,
горючие и смазочные материалы, лекарственные препараты и т. д. Во многих случаях
анализ таких систем упрощается за счет того, что часть компонентов смеси находится
37
практически в постоянном соотношении. В этом случае оказывается возможным
отдельное определение содержания только тех компонентов (одного или двух),
концентрация которых является переменной, и суммарное определение всех остальных.
Рис. 2. Треугольная диаграмма для рефрактометрического
анализа тройной системы:
этиловый спирт - метиловый спирт - вода
Определение показателя преломления широко используется для установления степени
чистоты вещества. Показатель преломления является одной из важнейших
индивидуальных констант вещества, и присутствие примесей может заметно повлиять
на его значение. Содержание примесей может быть установлено количественно.
Определение величины показателя преломления оказывает большую помощь при
необходимости идентификации - установления природы вещества.
Однако, для определения степени чистоты вещества, кроме показателя преломления,
часто приходится определять такие физико-химические параметры, как температура
кипение, плотность и т. д.
Найденные величины сверяются с табличными и, таким образом, устанавливается
природа вещества. Рефрактометрические измерения имеют не только прикладной
характер, а являются также важнейшим инструментом научного исследования и широко
применяются, например, при определении строения органических и неорганических
соединений, при исследовании растворов и т. д.
1.2. Теоретические основы рефрактометрического анализа
1. Показатель преломления (индекс рефракции).
Явление преломления света - отклонения световых лучей от первоначального
направления, происходящее на границе раздела двух сред, связано с различием в
скорости распространения света в различных средах.
Абсолютным показателем преломления света n для данного прозрачного вещества
является отношение скорости света в вакууме vв к скорости распространения
света в среде (в данном веществе) vс:
n
vв
.
vс
Так как скорость света в вакууме является предельной, то показатели преломления для
всех веществ и любых сред будут больше единицы. Может быть доказано, что при всех
обстоятельствах имеет место равенство:
38
vв sin 
sin 
, следовательно, n 
.

sin 
vс sin 
Исходя из того, что n>1, следует, что sin   sin  и    (рис. 3). Таким образом,
при переходе светового луча из вакуума - оптически наименее плотной среды - в какуюлибо другую среду угол падения (  ) всегда больше угла преломления (  ).
Рис. 3. Преломление светового луча на границе
вакуума с более плотной оптической средой
Если рассматривать две любые среды (I и II), то преломление одной из них (среды II) при
попадании в нее света из среды I (с меньшей оптической плотностью) будет
характеризоваться относительным показателем преломления ( nотн ):
nотн 
vI
,
v II
где vI и v II - скорости распространения света соответственно в среде I и в среде II.
Когда говорят о показателях преломления твердых и жидких тел, то обычно имеют в виду
их относительные показатели преломления по отношению к воздуху. Эти величины
обозначают буквой n и называют просто показателями преломления.
Практически показатель преломления вещества относительно воздуха можно
считать равным его абсолютному показателю преломления.
Величина показателя преломления зависит от природы вещества, длины волны
падающего света, температуры и давления (практически влияние давления приходится
учитывать только для газообразных тел).
Зависимость показателя преломления от длины волны падающего света называют
дисперсией (от лат. «dispersus» - рассеянный).
Табличные значения показателей преломления чаще всего приводят для желтой линии
(линия D) в спектре натрия и обозначают nD . Длина волны, соответствующая этой линии,
D  5893Å  589,3 nm .
Так как показатель преломления для светового луча с любой длиной волны зависит и от
природы вещества, то дисперсия при прохождении света через различные вещества будет
различной. Чем больше разница в показателях преломления для двух волн какой-либо
длины 1 и  2 , тем, следовательно, больше дисперсия - рассеяние света данным
веществом. Поэтому разность ( n1  n2 ), так называемая частная дисперсия, может
служить мерой дисперсии вещества.
39
Табличной характеристикой дисперсии вещества является разность показателей
преломления для длин волн, соответствующих линиям С и F - граничным линиям средней
части спектра.
Разность nF  nC называется средней дисперсией.
Линия С - красная линия в спектре водорода ( C  6563Å ).
Линия Р - синяя линия в спектре водорода (  F  4861Å ).
Следует отметить, что вещества с весьма близкими показателями преломления имеют
различную дисперсию. Поэтому определение дисперсии может помочь избежать ошибки
при установлении природы - идентификации вещества.
И, наоборот, совпадающие значения и показателя преломления, и дисперсии служат
подтверждением правильности сделанного вывода.
При рефрактометрических измерениях должна быть учтена зависимость показателя
преломления от температуры. Необходимо знать, какой температуре соответствует
измеренный показатель преломления. При рефрактометрическом анализе измерения
показателей преломления должны производиться при одной и той же температуре.
Измерения, осуществляемые с целью идентификации вещества, должны быть
произведены при температуре, соответствующей табличным значениям коэффициентов
преломления.
Современные рефрактометры, имеют приспособления для
позволяющие делать измерения при данной заданной температуре.
термостатирования,
2. Молекулярная рефракция.
Показатель преломления вещества связан с его плотностью. Увеличение плотности
вещества, которое может быть следствием увеличения давления для газовых сред или
следствием перекристаллизации твердого тела при переходе вещества из одной
аллотропической модификации в другую, ведет, как правило, к. увеличению показателя
преломления.
Связь между показателем преломления и плотностью  ( г / см 3 ) в самом общем виде
может быть выражена следующим образом: f (n)  r , где r - коэффициент
пропорциональности, называемый удельной рефракцией.
На основании представлений о поляризации атомов и молекул вещества (диэлектрика) в
электрическом поле можно прийти к заключению, что функция f (n) имеет вид:
f ( n) 
n2 1
n2 1
n2 1 1 3

rd
,
тогда
,
откуда
r 2
 см / г .
n2  2
n2  2
n 2 
Поляризация связана со смещением (деформацией) электронных оболочек атома
относительно его положительно заряженного ядра. В результате электрические «центры
тяжести» положительного и отрицательного электричества уже не совпадают в одной
точке, и атом становится полярным. Полярной становится и составленная из атомов
молекула.
Поляризуется,
следовательно, и вещество в целом
(органическая
жидкость, например).
Оказывается, что явление рефракции - преломления света - связано с поляризацией
молекул вещества в электромагнитном поле видимого света, в результате которой поток
световых частиц-фотонов отклоняется от первоначального направления. Известно, что
40
еще Ньютон считал преломление света следствием притяжения световых частиц
частицами вещества.
Умножение удельной рефракции (r) на молекулярную массу (M) дает величину (R)
молекулярной рефракции вещества:
n2 1 M 3
R 2
 см / моль (формула Лоренца-Лоренца).
n 2 d
Величины удельной и молекулярной рефракций определяются только интенсивностью
поляризации частиц вещества в электромагнитном поле падающего света и зависят,
следовательно, от способности этих частиц поляризоваться, что определяется только
природой вещества и не зависит от внешних условий, температуры, давления и
агрегатного состояния вещества. Таким образом, молекулярную рефракцию можно
R
рассматривать как среднюю меру поляризуемости молекул. Удельная рефракция r 
M
это, очевидно, рефракция одного грамма вещества.
В связи с тем, что поляризация молекулы есть суммарный эффект поляризации входящих
в ее состав атомов, численное значение молекулярной рефракции должно быть суммой
атомных рефракций. Поэтому молекулярная рефракция является аддитивным свойством
(от лат. «additivus» - придаточный, получаемый путем сложения). Например,
молекулярная рефракция этана С2 Нб может быть представлена как сумма атомных
рефракций углерода и водорода следующим образом:
RC2 H 6  2 RC  6 R H .
Молекулярная и удельная рефракции смеси веществ также аддитивны и представляют
собой сумму соответствующих рефракций компонентов с учетом их количества в смеси.
Например, для смеси бензола и толуола ( X C6 H 6 и X C6 H 5CH 3 - мольные доли этих веществ в
смеси) молекулярная рефракция будет равна:
R(C6 H 6 C6 H 5CH 3 )  RC6 H 6  X C6 H 6  RC6 H 5CH 3  X C6 H 5CH 3 .
Величины атомных рефракций представлены в соответствующих таблицах
Для экспериментального определения молекулярной рефракции необходимо измерить
показатель преломления вещества и его плотность. Значение R вычисляется затем по
формуле Лоренца-Лоренца. Полученные результаты могут быть сравнены со значением
молекулярной рефракции, найденным как сумма атомных рефракций и рефракций связей
по табличным данным в соответствии с гипотетической формулой исследуемого
вещества. Достаточно удовлетворительное совпадение найденных в том и другом случае
значений может служить подтверждением правильности представлений о составе и
строении исследуемого вещества, составленных на основании данных химического
анализа и изучения химических свойств. Допустимыми могут считаться расхождения в
0,2-0,4 см3/моль и для не очень сложных соединений 0,1-0,2 см3/моль.
41
Таблица 1
Атомные рефракции и рефракции связей
С
H
O'' (карбонил)
O< (эфиры)
O' (гидроксил)
Cl
Br
I
2,418
1,100
2,211
1,643
1,525
5,967
8,865
13,900
N (первичные амины)
N (вторичные амины)
N (третичные амины)
S (меркаптаны)
CN (группа)
(двойная связь) >C=C<
(тройная связь) –C ≡ C–
2,322
2,449
2,840
7,69
5,459
1,733
2,398
3. Теоретические основы рефрактометрических измерений.
Рассматривая преломление светового луча на границе двух каких-либо прозрачных сред I
и II при условии, что вторая среда обладает большей преломляющей способностью
n2  n1 ( n1 и n 2 - показатели преломления соответствующих сред), а первая среда - не
вакуум и не воздух, то отношение синуса угла падения к синусу угла преломления даст
величину относительного показателя преломления nотн . Величина nотн может быть также
определена как отношение показателей преломления рассматриваемых сред.
Следовательно,
nотн 
sin  n2
.

sin  n1
При увеличении угла падения  будет увеличиваться и угол преломления  , всегда
оставаясь меньше угла  . Следовательно, когда угол  достигнет 90е, величина угла 
достигнет некоторой предельной величины, меньшей 90°. При этом падающий луч будет
скользить вдоль поверхности раздела двух сред. Если угол  = 90°, то sin   1 и,
следовательно, выражение:
n
sin  n2
1
примет вид:

 2
sin  n1
sin  n1
Тогда n1  n2 sin  .
Если первой средой будет, например, органическая жидкость, коэффициент
преломления которой n1 должен быть определен, а второй средой - оптическая призма
с известным показателем преломления n 2 , то исходя из полученного соотношения,
ясно, что для того, чтобы определить n1 , достаточно измерить величину угла  . К
этому и сводится экспериментальная задача.
Среда I – воздух
Среда II – вода
42
На рис.3 представлено классическое объяснение закона преломления сред. Это метод
легко применим в рефрактометрах старшего поколения по типу Аббе.
Однако, в настоящее время данный метод имеет меньшее распространение. Так как, если
исследуемый образец непрозрачная темная жидкость тогда большая часть интенсивности
будет потеряна, а также для образцов имеющих высокую мутность произойдет
рассеиванье света. Для того, чтобы определить показатель преломления темных и мутных
жидкостей пользуются методом критического угла.
Свет из точечного источника входит в призму. Призма должна иметь более высокий
показатель преломления, чем исследуемый образец. Призму могут изготовить например
из сапфира, с преломляющим индексом более чем 1,75.
Лучи света преломляются при входе в образец. Угол преломления является настолько
большим, что свет практически весь отражается назад через призму.
Угол, под которым происходит отражение, называется критическим
обнаруживается на диодном множестве как переход от света к темноте.
углом
и
43
Лабораторная работа 13
Тема. Рефрактометрия.
Цель работы: Определение
рефрактометрическим методом.
состава
смеси
двух
органических
жидкостей
Приборы:



автоматический рефрактометр J57;
конические колбы с притертой пробкой, 50 мл;
пипетка, 3 мл (1 шт.), 10 мл (2 шт.).
Реактивы:


этиловый спирт 96,5%;
ацетон 99,5%.
Ход работы:
1. Приготовить в конических колбах с притертой пробкой ряд стандартных смесей
органических жидкостей (этиловый спирт - ацетон). Этиловый спирт и ацетон
взять в следующих соотношениях:
Номер раствора
Реактив
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Спирт (мл)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ацетон (мл)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Показатель
преломления
2. Определить показатели преломления чистых растворов и смесей. Данные занести в
таблицу. По найденным значениям построить калибровочный график
n D20  f ( об.% ) . Перед определением растворы тщательно перемешать.
3. Получить от преподавателя смесь органических жидкостей с неизвестным
соотношением этиловый спирт-ацетон. Измерить величину показателя
преломления исследуемого раствора и затем по графику установить состав смеси.
44