Практикум для ОФ - Южный федеральный университет

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КНЯЗЕВА Т.В
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим работам по спецкурсу «Физико-химические методы анализа.
Пламенная фотометрия и атомная абсорбция» для студентов открытого
факультета
Ростов-на-Дону
2011
Методические указания предназначены для слушателей открытого
факультета по специализации «Техно-химический контроль качества
пищевых
продуктов
и
фармпрепаратов»,
являются
практическим
приложением к курсу «Физико-химические методы анализа. Фотометрия
пламени и атомно-абсорбционный анализ». Представляют собой изложение
методик выполнения некоторых практических работ, что способствует
лучшему усвоению теоретического материала. Отдельно приведены темы для
самостоятельног изучения и контрольные вопросы для подготовки к зачету.
Методы
фотометрии
пламени
и
атомной
абсорции
–
наиболее
современные методы анализа, позволяющие количественно определять как
жизненно важные макро- (Na,K, Mg, Ca и P) и микроэлементы (Cu, Zn, Fe,
Sn, V, Se, Cr, Mo, Mn, Co и Ni) пищевых продуктов, так и элементытоксиканты ( Cd, Hg, B, Pb, Sb, As).
Практическая работа 1
Пламенно-фотометрическое определение натрия и калия в
минеральных водах
Определению натрия в водах мешает калий, если его концентрация
превышает концентрацию натрия, вследствие смещения ионизационных
равновесий в пламени. Мешающее влияние может оказывать кальций, если
соотношение Са : Na составляет более 10:1, из-за возможного наложения
молекулярной полосы CaO – 605 нм на атомную (резонансную)
линию
натрия с длиной 589 нм.
Влияние калия наиболее эффективно снижается путем добавления в
анализируемый раствор ионизационного буфера – раствора хлорида лития.
Литий легко ионизируется в пламени и снижает ионизацию атомов натрия и
калия.
Эмиссионное излучение кальция уменьшается при использовании
спектрохимического буфера – раствора нитрата алюминия, связывающего
кальций в труднолетучее соединение CaAl2O4. .
Цель работы: изучение метода определения калия и натрия в водах и
способа устранения мешающего влияния калия и кальция на результаты
определения натрия.
Приборы и реактивы :
1. Пламенный фотометр «Flapho 4”
2. Источник возбуждения спектра: пламя пропан-воздух
3. Мерные колбы вместимостью 25 мл – 5-7 шт.
4. Основной стандартный раствор, содержащий по 100 мг / дм 3 Na+ и K+
5. Спектрохимический буферный раствор, содержащий хлорид лития (1,3%)
и нитрат алюминия (20%).
Анализируемые объекты: минеральные воды
различного состава и
назначения.
Подготовка проб воды к анализу.
Негазированные воды не требуют специальной подготовки к анализу,
кроме необходимого разбавления.
Газированные воды подвергают дегазированию следующим образом: 100
мл анализируемой воды отбирают с помощью мерной колбы, переносят в
коническую и подвергают кипячению в течение 20-25 мин до прекращения
выделения углекислого газа. Затем охлаждают раствор пробы, прибавляют 1
к. азотной кислоты концентр. для растворения выпавших солей и переносят
количественно в мерную колбу на 100 мл, доводят до метки дистил. водой,
перемешивают.
Выполнение работы. В мерные колбы приливают мерной пипеткой на 10
мл по
2,0; 4,0; 6,0; 8,0 и 10,0 мл основного раствора калия и натрия, затем
добавляют в каждую по 5 мл
буферного раствора, доводят до метки
дистиллированной водой, перемешивают.
Приготовленные стандартные растворы содержат 8,0; 16,0; 24,0; 32,0; 40,0
мг/л Na+, K+.
Подготавливают прибор к измерениям в соответствии с инструкцией:
устанавливают нужный светофильтр - для определения калия по атомной
линии с длиной 766,5 нм (темное стекло) и определения натрия по линии 589
нм (оранжево-красное). Распыляя раствор с максимальной концентрацией и
изменяя
усиление
аналитического
сигнала,
устанавливают
стрелку
микроамперметра на отсчет 100. Распыляют в атомизатор дистиллированную
воду и выводят стрелку микроамперметра на нулевое деление. Добиваются
воспроизводимости
крайних
значений
рабочего
диапазона
шкалы
микроамперметра. Затем фотометрируют стандартные растворы и строят
градуировочный график в координатах: "концентрация натрия или калия в
мг/дм3 (абсцисса)
- показания микроамперметра
в условных единицах
(ордината)".
По градуировочному графику определяют содержание натрия и калия в
анализируемом (фотометрируемом) растворе.
Предварительно аликвотная часть (Vал) анализируемого образца воды
выбирается
разбавленного
таким
образом,
раствора
пробы
чтобы
результаты
находились
в
фотометрирования
пределах
интервала
прямопропорциональной зависимости градуировочного графика.
Полученное по градуировочному графику значение концентрации натрия
и калия пересчитывается на содержание в анализируемом образце воды по
формуле:
С (Na, K)обр. = Сгр.(Na, K) 25 Vал (мг/дм3)
Для большинства природных вод (в том числе минеральных) характерно
значительно меньшее содержание калия по сравнению с содержанием
натрия. Поэтому, если величина сигнала эмиссии калия (отклонение стрелки
микрогальванометра) меньш 5 у.е., для определения калия используют метод
добавок.
Для этого измеряют величину сигнала эмиссии калия в разбавленном
растворе пробы воды (Ix), а затем приготавливают два раствора с той же
аликвотной частью раствора пробы, что и предыдущий, но с добавлением
2,0 и 4,0 мл основного стандартного раствора Na+ , K+.
Полученные результаты фотометрирования растворов с добавками (Ix +
доб 1
и
Ix + доб2) и без (Ix) используют для расчета концентрации калия в
фотометрируемом растворе по формуле:
Сх(К+) = С(К+)доб ( Ix/ Ix + доб - Ix)
для добавок 1 и 2. Полученные значения пересчитывают на содержание
калия в анализируемой пробе.
Полученные
результаты определения натрия и калия в образце
анализируемой воды сравнивают с сертифицированным содержанием.
Практическая работа 2
Пламенно-фотометрическое определение кальция в присутствии
алюминия
Пламенно-фотометрическому определению кальция мешает алюминий, в
присутствии которого проявляется эффект «гашения» излучения вследствие
образования труднолетучего соединения:
CaO +AL2O3  CaAL2O4
Введение значительного количества соли лантана связывает мешающий
элемент и освобождает определяемый:
CaO + AL2O3 + изб. La2O3  CaO + LaALO3
Определение кальция проводится по молекулярным полосам CaO и
CaOH с максимумами 605 и 625 нм.
Цель работы: изучение метода определения кальция и способа устранения
эффекта «гашения» излучения кальция добавлением солей лантана.
Приборы и реактивы :
6. Пламенный фотометр «Flapho 4”
7. Источник возбуждения спектра : пламя пропан-воздух
8. Мерные колбы вместимостью 25 мл – 15 шт.
9. Основной стандартный раствор, содержащий 880 мг / дм 3 Ca2+
10.Стандартный 0,025 М раствор нитрата алюминия
11.Спектрохимический буферный раствор хлорида лантана, 1% по La
Выполнение работы.
1) В мерные колбы приливают мерной пипеткой на 10 мл по 2,0; 4,0;
6,0; 8,0 и 12,0 мл основного раствора кальция, по 5 мл раствора соли лантана
в каждую колбу, затем
доводят до метки дистиллированной водой,
перемешивают.
Приготовленные стандартные растворы содержат 70,4; 140,8; 211,2; 281,6;
352,0 мг/л Ca2+.
Подготавливают прибор к измерениям в соответствии с инструкцией:
устанавливают нужный светофильтр - для определения кальция. Распыляя
раствор с максимальной концентрацией и изменяя усиление аналитического
сигнала, устанавливают стрелку микроамперметра на отсчет 100. Распыляют
в атомизатор дистиллированную воду и выводят стрелку микроамперметра
на нулевое деление. Добиваются воспроизводимости крайних значений
рабочего
диапазона
шкалы
микроамперметра.
Затем
фотометрируют
стандартные растворы и строят градуировочный график в координатах:
"концентрация кальция в мг/дм3 (абсцисса) - показания микроамперметра в
условных единицах (ордината)".
2) Для изучения влияния алюминия на величину эмиссионного сигнала
кальция готовят 2-ю серию растворов, содержащих те же концентрации
кальция, что и в предыдущей серии, но с добавлением по 2,0 мл раствора
нитрата алюминия в каждой пробе. Молярное соотношение AL:Ca 2:1.
При фотометрировании растворов наблюдается эффект «гашения»
излучения молекулярной полосы кальция алюминием.
3)Для изучения влияния «освобождающей добавки» на результаты
определения кальция в присутствии алюминия готовят еще серию растворов:
3-ю – с добавлением 2,0 мл раствора нитрата алюминия и
5 мл раствора
соли лантана в каждой колбе.
Фотометрируют
приготовленную
серию
растворов
и
строят
градуировочный график, полное совпадение которого с первым будет
служить доказательством того, что влияние алюминия на результаты
определения кальция устранено.
По градуировочному графику определяют содержание кальция в
анализируемом (фотометрируемом) растворе.
Предварительно аликвотная часть (Vал) анализируемого образца воды
выбирается
разбавленного
таким
образом,
раствора
пробы
чтобы
результаты
находились
в
фотометрирования
пределах
интервала
прямопропорциональной зависимости градуировочного графика.
Полученное по градуировочному графику значение концентрации
кальция пересчитывается на содержание в анализируемом образце воды по
формуле:
С (Ca2+)обр. = Сгр.(Ca) 25 Vал (мг/дм3)
Полученные
результаты определения кальция в образце анализируемой
воды сравнивают с сертифицированным содержанием.
Практическая работа 3
Атомно-абсорбционное определение кобальта в лекарственном
препарате в12
Цианокобаламин
(витамин
В12)
соответствует
брутто-формуле
C63H88CoN14O14P (М.в. –1355,4 г/моль). В растворе для инъекций содержится
500 мкг В12 в 1 мл, раствор приготовлен на 0,9%-ном водном растворе
NaCL. Количественное определение витамина В12 можно определять по
содержанию кобальта в растворе.
Цель
работы:
изучение
экспрессного
и
селективного
атомно-
абсорбционного метода определения металлов в растворах, а также
количественное определение содержания витамина В12 в растворе для
инъекций.
Приборы и реактивы :
1. Атомно-абсорбционный спектрофотометр AAS-1N
2. Источник возбуждения спектра: пламя ацетилен - воздух
3. Мерные колбы вместимостью 25 мл – 5 шт.
4. Основной стандартный раствор, содержащий 99,7 мг / дм 3 Co2+
5. Хлористый натрий, водный раствор, 10%
6. Дистиллированная вода для разбавления.
Выполнение работы.
1) В мерные колбы приливают мерной пипеткой на 10 мл по 2,0; 4,0;
6,0; 8,0 и 10,0 мл основного раствора кобальта, прибавляют 2,0 мл раствора
NaCL, затем доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают.
Приготовленные стандартные растворы содержат
7,98; 15,6; 23,9; 31,2 и
39,9 мг/л Cо2+.
2) Подготавливают спектрофотометр к измерениям в соответствии с
инструкцией: устанавливают нужную лампу с полым катодом определения
кобальта,
регулируют
рабочий
ток,
ширину
для
щели
монохроматора и степень усиления и напряжение ФЭУ, угол поворота
горелки и ее высоту.
Длина волны аналитической линии анализируемого элемента
240,7 нм (выделяется монохроматором).
Со
3) Фотометрируют
стандартные растворы и анализируемую пробу,
распыляя между измерениями дистиллированную воду и контролируя
положение нулевой точки прибора.
4) Строят градуировочный график в координатах «показания прибора
(атомное поглощение A ) – концентрация (С, мг/л).
По графику определяют концентрацию кобальта в анализируемом
растворе.
Используя
полученное
значение
концентрации
кобальта,
рассчитывают содержание витамина В12 в растворе для инъекций.
ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
1. Электротермические атомизаторы. Графитовые и металлические печи, их
преимущества и недостатки.
2. Получение аэрозолей и испарение капель в пламени, виды распылителей.
3. Особенности пробоподготовки различных объектов (в том числе,
пищевых продуктов и лекарственных препаратов) к атомно-абсорбционному
анализу.
4.Интенсификация и рациональные схемы пробоподгтовки.
5. Атомно-абсорбционное определение тяжелых металлов с использованием
экстракционного концентрирования.
6.Техника
гидрирования
в
ААС.
Определение
летучих
элементов,
уменьшение матричного влияния, повышение чувствительности анализа
ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
1. Дать общую характеристику метода фотометрии пламени. Какие основные
приемы работы используются в методе фотометрии пламени? Какие
достоинства и недостатки имеет этот метод анализа?
2.
Составить
схему
основных
физико-химических
процессов,
происходящих в пламени.
3.
Какие основные приемы работы используются в методе фотометрии
пламени? Достоинства и недостатки метода?
4.
Составить
схему
основных
физико-химических
процессов,
происходящих в пламени.
5.
Назвать способы получения поглощающего слоя атомов в атомно-
абсорбционном методе.
6.
Какой атомизатор (пламенный или непламенный) предпочтительнее
использовать при анализе органических растворителей, масел и т.д.?
7.
Объяснить разницу в назначении пламени в методе фотометрии
пламени и атомно-абсорбционном методе.
8.
Какие элементы можно определять методом фотометрии пламени и
какие – атомно-абсорбционным методом?
9.
Для
чего
в
атомно-абсорбционном
спектрометре
может
использоваться источник сплошного света?
10.
Назвать известные газоразрядные источники излучения.
11.
Перечислить основные способы получения монохроматического
излучения.
12.
Указать
назначение
основных
узлов
атомно-абсорбционного
спектрофотометра.
13.
Что такое модулятор, какова его простейшая конструкция? Указать
его расположение в атомно-абсорбционном спектрофотометре и пламенном
фотометре.
14.
В чем заключается отличие пламенного фотометра от атомно-
абсорционного спектрофотометра?
Устройство, характеристики и назначение «лампы с полым катодом»