Применение методов ионометрии в анализе

Работа № 44. Ионоселективное определение примесей различных ионов в природной и питьевой воде

А) Определение хлорид-ионов

Ионометрический анализ природной и питьевой воды на содержание ионов основан на измерении величины равновесного потенциала ионоселективного мембранного электрода, погруженного в раствор анализируемого иона. Потенциал измеряют относительно электрода сравнения, снабженного солевым мостиком, заполненным 1М раствором нитрата калия, с помощью мономера (см. рис. 12.1).

При потенциометрических измерениях, проводимых для определения концентраций отдельных веществ методом прямой потенциометрии или методом потенциометрического титрования, монтируют ячейку, состоящую из индикаторного электрода и электрода сравнения. Как правило, она представляет собой обычный химический стакан. Раствор в ячейке перемешивают при помощи механической или магнитной мешалки.

Концентрацию анализируемого иона находят по калибровочному графику. График строят в координатах «Е — (-lgС)».

Оборудование и реагенты

Иономер.

Ионоселективный электрод на ион С1 .

Хлоридсеребряный электрод сравнения.

Пипетки мерные на 10 мл.

Стаканы стеклянные на 100, 250 мл.

Бумага фильтровальная.

Хлорид калия.

Нитрат калия, 1М раствор.

По точной навеске готовят серию стандартных растворов хлорида калия (10 '—10 ’М) с постоянной ионной силой, создаваемой 1М раствором нитрата калия. Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации хлорида калия и строят калибровочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации растворов. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой. По результатам измерений строят калибровочный график.

Измеряют значения равновесных потенциалов анализируемых растворов. Определяют концентрацию Сх(моль/л) хлорид-ионов в питьевой и природной воде, пользуясь построенным калибровочным графиком.

Концентрацию хлорид-ионов (г/л) вычисляют в граммах по формуле

Результаты измерений заносят в форму табл. 12.8.

Таблица 12.8

Результаты ионометрического определения ионов хлора в воде

Параметры

Стандартные растворы

Анализируемые растворы

1

2

3

4

1

2

3

Концентрация хлорид-иона, моль/л

Потенциал, Е, В

Б) Определение фторид-ионов

При анализе природных и производственных объектов следует помнить, что ион F в кислых растворах или в присутствии ионов Fe3+ и Л13+ находится в виде слабодиссоциирующей кислоты HF и фторидных комплексов указанных металлов. Поэтому в растворе доводят pH до значения 5—7, а также добавляют цитрат натрия, который образует с ионами железа и алюминия более прочные комплексы.

Оборудование и реагенты

Мономер.

Индикаторный электрод — ионоселективный электрод на ион F . Перед работой выдерживают электрод в 0,001М NaF в течение суток. Перед измерением промывают и оставляют на 10—20 мин в дистиллированной воде, затем высушивают фильтровальной бумагой.

Электрод сравнения, хлоридсеребряный.

Стаканы полиэтиленовые емкостью от 50 мл.

Колбы мерные, на 100 мл 6 шт., на 1000 мл 1 шт.

Цилиндры емкостью 50, 100, 1000 мл.

Пипетки мерные на 10 и 25 мл.

Стандартный раствор — 0,1 М раствор фторида натрия (навеску 4,200 г растворяют в мерной колбе емкостью 1000 мл).

Фоновый раствор — 1М раствор сульфат натрия (навеску 142 г Na2S04 или 322 г Na2S04 ? ЮН20 растворяют в мерной колбе емкостью 1000 мл).

Азотная кислота, 0,01М раствор.

Аммиак, 0,01М водный раствор.

Описание определения

При подготовке растворов к измерениям в стандартные и анализируемые растворы вводят одинаковый избыток фонового электролита. В этом случае можно полагать, что во всех растворах ионная сила постоянна.

Из основного стандартного раствора с концентрацией фторид-иона 10 'М готовят последовательным разбавлением его раствором 1М Na2S04 шесть растворов с концентрациями NaF (М): 10 ', 10'2, 10 3, 10 10 5, 10 6. Для этого отбирают пипеткой 10 мл 10 'М раствора NaF в мерную колбу на 100 мл и доводят фоновым раствором (1М Na2S04) объем до метки. Из полученного раствора 10 2М NaF последовательным разбавлением фоновым раствором по аналогичной методике готовят остальные растворы. Начиная с раствора с наименьшей концентрацией последовательно во всех стандартных растворах измеряют потенциал фторселективного электрода и результаты измерений записывают в форму таблицы, аналогичной табл. 9.8. По результатам измерений строят калибровочный график.

При определении концентрации фторид-иона в анализируемом растворе необходимо приготовить раствор с той же ионной силой. Для этого 5 мл исследуемого раствора разводят 1М Na2S04 в колбе на 50 мл. Индикаторной бумагой проверяют pH и доводят его 0,01М HNO:j или NH4OH до значения 5,0—5,5.

Измеряют потенциал фторселективного электрода в этом растворе. По калибровочному графику определяют значение рХ = -lg[F ]. Результаты записывают в форму таблицы.

Следует определить содержание фторид-иона в контрольных задачах, проверить ответ у преподавателя и вычислить относительную погрешность измерений.

В) Определение нитрат-ионов

Ионометрический анализ природной и питьевой воды на содержание нитрат-ионов основан на измерении величины равновесного потенциала ионоселективного мембранного электрода, погруженного в раствор анализируемого иона. В состав мембраны входит жидкий ионообменник с четвертичными аммониевыми солями. Потенциал измеряют на мономере относительно хлоридсеребряного электрода, заполненного насыщенным раствором хлорида калия.

Оборудование и реагенты

Иономер.

Ионоселективный электрод на ион NQ.,-hoh.

Хлоридсеребряный электрод сравнения.

Пипетки на 10 мл.

Стаканы стеклянные на 100 и 250 мл.

Хлорид калия.

Нитрат калия, 10 'М раствор.

Сульфат калия, 1М раствор.

1. Определение нитрат-ионов по методу калибровочного графика.

По точной навеске готовят стандартный раствор нитрата калия 10 'М. Последовательным разбавлением исходного стандартного раствора готовят растворы 10 2—10 5М с постоянной ионной силой, создаваемой 1М раствором сульфата калия (фон Л). Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации нитрата калия. Результаты измерений вносят в форму таблицы, аналогичной табл. 9.8. Строят калибровочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации растворов. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой.

Измеряют значения равновесных потенциалов анализируемых растворов. Определяют концентрацию Сх (моль/л) нитратов в питьевой и природной воде, пользуясь построенным калибровочным графиком. Результаты вносят в форму таблицы.

Концентрацию нитрат-ионов в г/л вычисляют по формуле

где М(N03) — молярная масса иона, равная 62,01 г/моль.

2. Определение нитрат-ионов по методу добавок.

По точной навеске готовят стандартный 10 'М раствор нитрата калия. Последовательным разбавлением исходного стандартного раствора готовят растворы с концентрациями 10 2—10 JM с постоянной ионной силой, создаваемой 1М раствором сульфата калия (фон А). Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации нитрата калия и строят калибровочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации раствора. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой. Результаты измерений оформляют в форме табл. 12.9.

Таблица 12.9

Результаты измерения потенциала в зависимости от pNO:, для построения калибровочного графика

Номер раствора

Концентрация (С), М

pNO,

Потенциал электрода (?), мВ

Значение ионной силы рассчитывают для каждого раствора по формуле

Чем больше ионная сила раствора, тем меньше коэффициент активности каждого иона и меньше его активная концентрация.

Коэффициент активности находят по табличным данным (табл. 12.10) или по формуле Дебая — Гюккеля

Значения коэффициентов активности

Ионная сила, ц

Однозарядные

ионы

Двухзарядные

ионы

Трехзарядные

ионы

Четырехзаряд- иые ионы

0,001

0,96

0,86

0,73

0,56

0,005

0,92

0,72

0,51

0,30

0,01

0,89

0,63

0,39

0,19

0,05

0,81

0,44

0,15

0,04

0,01

0,78

0,33

0,08

0,01

Значение pN03 вычисляют как отрицательный логарифм активности нитрат-иона:

Строят график зависимости «Е — pN03» и определяют крутизну (5) электродной функции (в милливольтах). Полученное значение крутизны используют в расчетной формуле в методе добавок. Следует отметить, как оно отличается от теоретического значения (0,0591/и при 25°С).

Для определения концентрации нитрит-иона в анализируемой пробе необходимо измерить потенциал (/;) до и после добавок стандартного раствора KNO;j. Для этого аликвотную часть 20,00 мл анализируемого раствора помещают в сухой стакан, опускают в него электроды и измеряют потенциал (?,). Затем добавляют по 2—3 капли стандартного раствора KN03, пользуясь микропипеткой на 1—2 мл. После каждой добавки перемешивают раствор магнитной мешалкой. Затем измеряют потенциал (?2) и определяют его изменение по отношению к анализируемому раствору (ДЕ = Е., - ?,). Добиваются изменения АЕ не менее чем на 30 мВ, вводя 2—3 добавки к одной порции образца.

Рассчитывают результат определения по нескольким добавкам, зная объем Рст добавленного раствора с концентрацией Сст, объем анализируемого раствора Vr (20 мл) и пренебрегая разбавлением, по формуле

где АЕ — наблюдаемое изменение потенциала после добавки, мВ; 5 — крутизна электродной функции, установленная по графику, мВ. Содержание нитрат-ионов (в г/л) в анализируемом растворе вычисляют по формуле

где M(NQ3) — молярная масса иона, равная 62,01 г/моль.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >