Ćwiczenie 4 - BIOL

ĆWICZENIE 1
ABSORPCJOMETRIA. JEDNOCZESNE OZNACZANIE Cr3+ i Mn2+ W PRÓBCE
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest jednoczesne oznaczenie dwóch składników w próbce i
wykorzystanie współczynników absorpcji przy obliczaniu wyników.
I. Addytywność absorpcji.
Absorbancja jest proporcjonalna do liczby cząstek, które biorą czynny udział w absorpcji
promieniowania o określonej długości fali. Zależność taką można uogólnić, tak aby
obejmowała roztwory, które zawierają1więcej niż jedną absorbującą substancję. Możemy
więc zapisać:
AS
log
I0
I
An
A1
A2
...... A n
(1)
co oznacza, że absorbancja jest właściwością addytywną. Pomiędzy absorbancją składnika
"n" a jego stężeniem istnieje następująca zależność:
An
n
l
cn
(2)
gdzie:
An - absorbancja składnika n
n
- molowy współczynnik absorpcji (ekstynkcji)
l- grubość warstwy absorbujących [cm]
cn - stężenie składnika n [mol/litr].
Współczynnik absorpcji można wyznaczyć, mierząc absorbancje próbki o znanym stężeniu.
Z zależności:
An
n
wynika, że wymiarem
n
jest:
l
cm-1mol-1l.
c
(3)
Jeżeli w roztworze obecne są dwie substancje a i b, zdolne do absorpcji przy danej długości
fali, to zgodnie z prawem addytywności całkowita absorbancja AS jest równa:
As = Aa + Ab
(4)
1
Jeżeli pomiar AS przeprowadzimy przy dwóch różnych długościach fali 1 i 2 , to możemy
zapisać:
(przy pierwszej długości fali)
As1 = Aa1 + Ab1
(przy drugiej długości fali)
As2 = Aa2 + Ab2
(5)
(6)
gdzie:
Aa1 =
a1
l
ca
Ab1 =
b1
l
cb
Aa2 =
a2
l
ca
Ab2 =
b2
l
cb
a1
,
a2
- współczynnik absorpcji substancji "a" przy długościach fal 1 i 2,
b1
,
b2
- współczynnik absorpcji substancji "b" przy długościach fal 1 i 2,
ca,, cb - stężenie molowe substancji a i b.
Równania (5) i (6) możemy zapisać następująco:
As1 =
a1
l
ca +
b1
l
cb
(7)
As2 =
a2
l
ca +
b2
l
cb
(8)
Znaczenia symboli przedstawiono graficznie na Rys.1
A
As1
As2
Ab2
Aa1
Ab1
Aa2
1
2
Rys. 1. Dwuskładnikowa analiza spektrofotometryczna (przykład hipotetyczny). Krzywa S
(linia czarna) –widmo rejestrowane dla mieszaniny a + b, krzywa a (linia szara) –widmo
składnika a, krzywa b (linia ciemno szara) - widmo składnika b.
2
Rozwiązując układ równań (7) i (8) otrzymujemy:
ca
cb
b2
l
b2
a1 -
A s1 b1
a2
a1
l
b2
a1 -
A s2 b1
a2
b1
l
b2
a1 -
b1
b2
a1 -
b1
(9)
A s1
(10)
a2
a2
l
A s2
a2
Tak więc, jeśli wyznaczymy współczynniki absorpcji dla składników a i b przy długościach
fal 1 i 2 z powyższych równań, otrzymujemy stężenia substancji a i b w mieszaninie, dla
której zmierzono wartości absorbancji As1 i As2.
SPOSÓB WYKONANIA ĆWICZENIA
1. Uwagi ogólne.
Chrom i mangan w próbkach stali można oznaczać równocześnie po utlenieniu do
dwuchromianu i nadmanganianu. Próbkę stałą rozpuszcza się w kwasie, dodaje się kwasu
fosforowego dla związania w kompleks żelaza i dodaje się kilka kropli roztworu azotanu
srebra jako katalizatora reakcji utlenienia. Dla utleniania chromu i dużej części manganu
dodaje się nadsiarczanu potasu. Dodatek małej ilości nadjodanu potasu i ogrzanie roztworu
zapewnia całkowite utlenianie manganu. Absorbancję roztworu mierzy się za pomocą
spektrofotometru przy długościach fal, przy których występują maksima absorpcji dla chromu
i dla manganu (zwykle około 440 i 545 nm).
2. Przepis wykonania.
W ćwiczeniu należy oznaczyć zawartość chromu (III) i manganu (II) w roztworze, który nie
zawiera innych kationów.
Otrzymany do analizy roztwór w kolbce X, zawierający jony Cr3+ i Mn2+ rozcieńczyć wodą
do kreski. Do trzech kolb stożkowych pojemności 250 ml dodać kolejno:
do pierwszej - 5 ml roztworu wzorcowego Mn(II) + 20 ml wody,
do drugiej - 5 ml roztworu wzorcowego Cr(III) + 20 ml wody,
do trzeciej - 25 ml roztworu X.
Do każdej z kolb dodać po 10 ml stężonego kwasu siarkowego osiem kropli 0,5M azotanu
srebrowego oraz 50 ml wody. Dodać 5,0 g nadsiarczanu potasowy, potrząsnąć kolbę do
momentu rozpuszczenia większości soli, następnie podgrzewać aż do wrzenia. Gotować
roztwór jeszcze przez ok. 5 min., oziębić powoli i dodać 0,5 g nadjodanu potasowego. Ogrzać
ponownie i utrzymywać w temperaturze wrzenia przez dalsze 5 min. Oziębić przelać do kolby
o pojemności 100 ml i dopełnić do kreski wodą. Próbki tak przygotowanych roztworów
3
wzorcowych nalać do kuwety o grubości warstwy 1 cm i zarejestrować widmo w zakresie
długości fal od 400 do 570 nm, mierząc absorpcję co 2 nm. Wykreślić widmo obu wzorców
na wspólnym wykresie i odczytać długości fal, przy których występuje maksimum dla
chromu i manganu. Przy tych długościach fal oznaczyć absorbancję roztworu X, rejestrując
dodatkowo widmo w zakresie od 400 do 570 nm, we wszystkich pomiarach należy stosować
wodę jako odnośnik.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Wartości absorbancji przedstawić w tabeli:
AMn
ACr
AMn+Cr
AX
2. Na wspólnym wykresie przedstawić widmo wzorców oraz roztworu X. Dla porównania,
na tym samym wykresie przedstawić również widmo sumy wzorców (korzystając z prawa
addytywności absorbancji).
3. Podać wartość
max,
a więc długości fal, przy których występuje maksimum dla
roztworów wzorcowych chromu i manganu. Dla tych długości fal wyznaczyć
współczynniki absorpcji (równanie 3) chromu i manganu (dla
Mn, dla
maxMn
maxCr
- współczynniki Cr i
- również współczynniki dla Cr i Mn).
4. Znając wartości współczynników absorpcji obliczyć i podać wartości liczbowe
występujące przed wartościami As1 i As2 w równaniach (9 i 10).
5. Wyznaczyć stężenia cMn i cCr z równań (9) i (10), wstawiając wartości As1 i As2 dla
długości fal
maxCr
i
maxMn.
6. Przeliczyć uzyskane wyniki w mol/l na masę chromu i manganu w otrzymanej próbce X,
uwzględniając przeprowadzone w czasie analizy rozcieńczenie roztworu.
7. Podać równanie reakcji, które przeprowadzono przy wykonywaniu ćwiczenia.
Aktualizacja 1 X 2014r.
4