Спектрофотометрическое определение ионов меди в присутствии ионов железа

1. 4. Определение ионов металлов методом капиллярного

электрофореза (КЭ)

Новые возможности разделения и определения сложных смесей катионов открылись с появлением метода капиллярного электрофореза, развитие которого началось в конце 70-х – начале 80-х гг. ХХ в. Он основан на разделении сложных смесей компонентов, находящихся в электролите, заполняющем кварцевый капилляр, при приложении к нему разности потенциалов.

Кислотные свойства поверхностных силанольных групп характеризуются константой диссоциации К1= 4*10-3, поэтому при pH > 2,5 на поверхности находятся диссоциированные силанольные группы, которые придают ей отрицательный заряд.

При диаметре внутреннего канала 25 – 75 мкм практически вся жидкость, заполняющая капилляр, представляет собой диффузную часть двойного электрического слоя. При наложении электрического поля возникает движение носителей электрических зарядов во взаимно противоположных направлениях. Так как в диффузной части двойного электрического слоя присутствует некоторая избыточная концентрация катионов, их движение увлекает за собой всю остальную массу жидкости в капилляре. Возникает электроосмотический поток (ЭОП), направленный к катоду и осуществляющий пассивный перенос раствора внутри капилляра. Скорость ЭОП зависит от концентрации электролитов в рабочем буфере и рН раствора: в слабокислых растворах ЭОП отсутствует или незначителен, а в нейтральных и щелочных – постепенно возрастает.

Обычно полярность входного конца положительная (анод), и ЭОП переносит зону пробы к катоду. Как правило, детектор устанавливается вблизи катода. Вводимая со стороны анода проба будет транспортироваться ЭОПом к катоду. Катионные компоненты пробы обгоняют ЭОП, нейтральные – появляются на выходе вместе с ЭОП. Медленно мигрирующие анионы будут элюироваться последними. Анионы, чья скорость миграции по абсолютной величине превышает скорость ЭОП, будут выходить из капилляра в прианодное пространство.

В системах КЭ чаще всего используют фотометрический детектор, с помощью которого могут быть зарегистрированы и компоненты, не имеющие поглощения в УФ-области, например, неорганические анионы или катионы щелочных и щелочноземельных металлов. В этом случае применяется косвенное детектирование, суть которого состоит в том, что в состав рабочего электролита вводится небольшая концентрация вещества, поглощающего в требуемой. Так как ионная сила рабочего электролита в процессе разделения остается постоянной, в зоне, где находится непоглощающий ион, уменьшается концентрация поглощающего иона, и на электрофореграмме регистрируются отрицательные пики, площади которых пропорциональны концентрациям определяемых ионов[17].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1.1. Раствор сульфата меди

        Сульфат меди(II) (медь сернокислая) — неорганическое бинарное соединение, медная соль серной кислоты с формулой CuSO4. Нелетучее, не имеет запаха. Безводное вещество бесцветное, непрозрачное, очень гигроскопичное. Кристаллогидраты — прозрачные негигроскопичные кристаллы различных оттенков синего с горьковато-металлическим вкусом, на воздухе постепенно выветриваются (теряют кристаллизационную воду). Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде. Из водных растворов кристаллизуется голубой пентагидрат CuSO4·5H2O — медный купорос.

        Реакция гидратации безводного сульфата меди(II) экзотермическая и проходит со значительным выделением тепла.

Растворимость сульфата меди(II) по мере роста температуры проходит через плоский максимум, в течение которого растворимость соли почти не меняется.

       Как и все соли, образованные ионами слабого основания и сильной кислоты, сульфат меди(II) гидролизуется, и даёт кислую среду[18].

2.1.2. Раствор хлорида железа

       Хлорид железа(III), хлорное железо FeCl3 — средняя соль трёхвалентного железа и соляной кислоты.

       Мерцающие, черно-коричневые, либо темно-красные, либо фиолетовые в проходящем свете, зеленые в отраженном свете листочки с металлическим блеском. Сильно гигроскопичен, на воздухе превращается в гидрат FeCl3· 6Н2О — гигроскопичные жёлтые, по другим источникам желто-коричневые кристаллы, хорошо растворимые в воде.

       Соли трёхвалентного железа являются слабыми окислителями, в частности, трихлорид железа хорошо окисляет металлическую медь, переводя её в растворимые хлориды[19].

2.1.3. Приготовление стандартных и рабочих растворов

         Для приготовление стандартного раствора сульфата меди с концентрацией 0,1 моль/дм3 бралась навеска 12,4845 г CuSO4* 5H2O и растворялась в 250-300 мл дистиллированной воды в мерной колбе емкостью на 500мл. После полного растворения вещества объем раствора доводится до метки дистиллированной водой.

       Для приготовления 0,1 моль/дм3 стандартного раствора хлорида железа (III) необходимо  навеску  13,1560 г FeCl3*6H2O растворить в 250-300 мл дистиллированной воды в мерной колбе на 500мл. После полного растворения вещества объем раствора доводится до метки дистиллированной водой.

       Чтобы приготовить рабочие растворы с различной концентрацией ионов меди (II) в колбы емкость 100 мл отбиралось 10 мл стандартного раствора хлорида железа. Затем градировочной пипеткой отбиралось 5; 1; 0,5; 0,1; 0,05; 0,01; 0,005 мл стандартного раствора сульфата меди и добавлялось в те же колбы. Растворы доводились до метки дистиллированной водой.

2.2.1. Снятие спектральных характеристик стандартных растворов CuSO4 и FeCl3

        На первом этапе работы стояла задача снятие спектров поглощения стандартных растворов сульфата меди и хлорида железа. Для выбора подходящей области спектра снимались кривые зависимости абсорбционности растворов CuSO4 и FeCl3 от длин волн. Исследуемые растворы с концентрации 0,01моль/дм3 фотометрировали на приборе спектрофотометр «СФ-46»  при различных длинах волн (от 220 до 700 нм) в сравнении с дистиллированной водой.

2.2.2. Снятие спектров поглощения рабочих растворов с разной концентрацией ионов меди (II)

        На втором этапе работы необходимо рассмотреть зависимость оптической плотности от концентрации ионов меди(II). Для показания зависимости оптической плотности (А) от длины волны (λ) при различных концентрациях рабочие растворы содержащие ионы железа(III) и меди(II) фотометрировали при длинах волн от 220 до 300 нм, через 5 нм.

2.2.3. Посторонние  градуировочного графика

По данным полученных во втором этапе работы строился график зависимости оптической плотности от длин волн и определяется значение длины волны (λmax) отвечающее максимуму оптической плотности.  На основании этих данных строится градуировочный график зависимости  оптической плотности от концентрации ионов меди(II) при λmax.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Обсуждение результатов

          На первом эта работы снимались спектры поглощения стандартных растворов сульфата меди и хлорида железа (0,1 моль/дм3). Для этого измерялись значения оптической плотности в области 200 - 700 нм на спектрофотометре «СФ-46». Далее строился график зависимости оптической плотности (А) от длины волны (λ) (Рис.3.1).

Рис. 3.1. Спектры поглощения водных растворов CuSO4 и FeCl3

На втором этапе работы снимались спектры поглощения рабочих растворов с разными концентрациями ионов меди ( 1 - 1*10-5; 2 - 1*10-4; 3 - 3,2*10-4; 4 – 6,3*10-4; 5 – 1*10-3; 6 – 1,2*10-3; 7 – 2,5*10-3; 8 – 5*10-3 моль/дм3) и по полученным данным строился график зависимости оптической плотности от длины волны(Рис.3.2.).

Рис. 3.2. Спектры поглощения водных растворов FeCl3 (0,01моль/дм3) и CuSO4 ( 1 - 1*10-5; 2 - 1*10-4; 3 - 3,2*10-4; 4 – 6,3*10-4; 5 – 1*10-3; 6 – 1,2*10-3; 7 – 2,5*10-3; 8 – 5*10-3 моль/дм3)

На третьем этапе работы  строился градуировочный график зависимости оптической плотности от концентрации при λmax (Рис.3.3.).

Рис. 3.3. Градуировочный график для определения концентраций  ионов меди(II) при совместном присутствии ионов железа(III)

Молярный коэффициент поглощения ε=1020 дм3/моль·см.

Придел обнаружения ионов меди –

Погрешность измерения не более

 

 

Выводы

 

Из данных полученных после построения графика видно, что наиболее подходящей областью определения спектрофотометрическим методом ионов меди в присутствии ионов железа является область от 220 до 300 нм. В данном диапазоне длин волн ионы железа(III) не мешают определению ионов меди(II).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Колотыркин Я. М. Аномальные явления при растворении металлов/ Я. М. Колотыркин, Г.М. Флоринович. – М.:Наука, 1984.- 512с.
2. A. Ramesh, K.R. Mohan, K. Seshaiah. Preconcentration of trace metals on Amberlite XAD-4 resin coated with dithiocarbamates and determination by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry in saline matrices  // Talanta. 2002. V. 57. I. 2. P. 243-252.
3. H. Matsumiya, N. Iki, S. Miyano. Sulfonylcalix are netetrasulfonate as pre-column chelating reagent for selective determination of aluminum(III), iron(III), and titanium(IV) by ion-pair reversed-phase high-performance liquid chromatography with spectrophotometric detection  // Talanta. 2004. V. 62. I. 2. P. 337-342.
4. Золотов Ю.А. основы аналитической химии: в 2 т. / Ю.А. Золотов. – М.:Высш. шк.; 2000. – Т. 2 : методы химического анализа. – 494 с.
5. E. Muñoz, S. Palmero, M.A. García-García. A continuous flow system design for simultaneous determination of heavy metals in river water samples  // Talanta. 2002. V. 57. I. 5. P. 985-992.
6. Методы спектрального анализа / сост. : А.А. Бабушкин [и др.]. – М., МГУ, 1962. – 508 с.
7. Метод изотопного разбавления (внутреннего стандарта) // Труды Радиевого  института. 1956. Т. VII. Вып 1. 128 с.
8. Самуэльсон О. Ионообменные разделения в аналитической химии/ О. Самуэльсон; пер. с англ. - Ленинград. Химия, 1966.- 416 с.
9. http://enc-dic.com/enc_chemistry/Protochno-inzhekcionn-analiz-2891/
10. http://www.novedu.ru/2001/forez.htm
11. http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%F5%E8%EC%E8%F7%E5%F1%EA%E8%E5_%EC%E5%F2%EE%E4%FB_%E0%ED%E0%EB%E8%E7%E0
12.   Бабко А. К. Фотометрический анализ. Общие сведения и аппаратура/ А.К. Бабко, А.Т. Пилипенко.  - М.: Химия, 1968. - С. 13-23.
13. M.A. Proskurnin, A. Yu. Luk'yanov, S.N. Bendrysheva, A.A. Bendryshev, A.V. Pirogov, O.A. Shpigun. Optical photothermal detection in HPLC // Analytical and Bioanalytical Chemistry, 375 (2003), 8, 1204-1211
14. A. Padarauskas, G. Schwedt. Capillary electrophoresis in metal analysis. Investigations of multi-elemental separation of metal chelates with aminopolycarboxylic acids // J. Chromatogr. A. 1997. V. 773. I. 1-2. P. 351-360.
15. A.C. Co, A.N. Ko, Y. Liwen, C.A. Lucy. Modification of 4-(2-pyridylazo)-resorcinol postcolumn reagent selectivity through competitive equilibria with chelating ligands // J. of Chrom. A. 1997. V. 770. P. 69-74
16. http://bettionedam.ucoz.ru/news/kapilljarnyj_ehlektroforez/2014-04-06-204
17. Review, Z. Krivacsy, A. Gelencser, J. Hlavay, G. Kiss, Z. Sarvari Electrokinetic injection in capillary electrophoresis and its application to the analysis of inorganic compounds // J. Chromatogr. A, 834 (1999) 21 – 44
18. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%F3%EB%FC%F4%E0%F2_%EC%E5%E4%E8%28II%29
19. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D5%EB%EE%F0%E8%E4_%E6%E5%EB%E5%E7%E0%28III%29