Stanovení Fe UV-VIS spektroskopií

1
Stanovení Fe UV-VIS spektroskopií
Princip a teorie
Metoda je založena na absorpci elektromagnetického záření roztoky vhodných sloučenin,
přičemž se tato absorpce řídí Bouguer-Lambert-Beerovým zákonem:
A =ε .b.c
kde:
A … je absorbance
ε ... molární absorpční koeficient [l/mol . cm]
b … délka kyvety[cm]
c … látková koncentrace absorbujích částic [mol/l]
Bouguer-Lambert-Beerův zákon se využívá pro analytické účely, zejména pro stanovení
kationtů kovů ve formě komplexů. Předpokladem analytického využití vzniku komplexní
částice je její časová stálost a vysoká konstanta stability. Při dostatečně vysoké konstantě
stability je totiž většina kovu v komplexu.
Závislost absorbance na koncentraci (kalibrační křivku) měříme při té vlnové délce, kdy je
absorbance největší. Tuto vlnovou délku zjistíme měřením spektra absorbující částice, což je
závislost absorpce světla na vlnové délce. Při měření spektra zjišťujeme veličinu úměrnou
absorpci, a to zpravidla absorbanci, transmitanci, absorpční koeficient nebo jeho logaritmus.
Vlnovou délku lze vyjádřit též jako vlnočet.
Platí, že 2,2´-dipyridyl tvoří barevný komplex jen s železnatým kationtem, zatímco
s železitým za stejných podmínek nikoliv. V rámci tohoto cvičení budeme stanovovat celkový
obsah železa, proto je nutné provést redukci trojmocného Fe(III) na Fe(II) například
hydroxylaminem a stanovíme veškeré železo jako Fe(II).
Zadání:
Pro doporučený rozsah koncentrací Fe(II) proměřte kalibrační graf pro komplex Fe(II)2,2´-dipyridyl a v neznámém vzorku určete celkový obsah Fe.
Chemikálie a pomůcky
0,01 M 2, 2´-dipyridyl, (NH4)2Fe(SO4)2 . 6 H2O, NH2OH . HCl (hydroxylaminhydrochlorid),
konc. H2SO4, 0,1 M octan sodný s hydroxylaminem
6 x odměrná baňka 50ml, 2 x odměrná baňka 100 ml, pipety, plastová střička, pipetky
plastové, kádinka na odpad – asi 500 ml, špachtle na navažování, váženka-lodička, malá
nálevka (průměr 50 nebo 100 mm).
2
Měřící přístroj
Měření budou prováděna na jednopaprskovém spektrofotometru Spekol. Po zapnutí se
vyčká 15-20 minut, než se přístroj stabilizuje a je připraven k měření (pokud bude přístroj
zapnut, není nutno čekat).
Měření absorbance se provádí ve skleněných kyvetách délky 1 cm proti destilované vodě
jako referentnímu vzorku. Kyvety je nutno udržovat čisté!! Při manipulaci s kyvetami se
nedotýkejte leštěných ploch, kterými vstupuje a vystupuje paprsek. Měřený roztok se vpraví
do kyvety pomocí plastové pipetky, zbylé kapky roztoku z plastové pipetky se odsají na
filtračním papíře. Změřený roztok vylijte z kyvety do kádinky na odpad, kapky vyklepněte a
odsajete na filtračním papíře. Kyvetu i pipetku vypláchněte roztokem, který budete měřit a
kapky z kyvety i pipetky opět vyklepněte a odsajte. Poté kyvetu naplňte měřeným roztokem,
kapky z pipetky vyklepněte a odsajte. Kyvetu vsunete do držáku.
Výslovně je třeba upozornit na správné nastavování nuly před každým měřením, tzn. při
každé změně vlnové délky i při změně měřeného roztoku! Vždy vůči kyvetě s destilovanou
vodou!
Pracovní postup
a/ měření kalibračního grafu pro Fe(II)
Do 100 ml odměrné baňky připravte zásobní roztok Fe(II) o koncentraci 0,2000g/l přesně.
Vypočtené množství Mohrovy soli - (NH4)2Fe(SO4)2 .6 H2O – navažujte samozřejmě na
analytických vahách. K potlačení oxidace ihned po zahájení rozpouštění soli okyselte 0,5 ml
koncentrované H2SO4. Ředěním zásobního roztoku připravíte 100 ml pracovního roztoku
(nedělená pipeta 10 ml) s koncentrací 0,0200g/l.
Do odměrných baněk o objemu 50 ml pipetujte roztoky podle následujícího schématu:
ml roztoku
ml octanu s NH2OH
ml 2, 2´-dipyridylu
ml prac.roztoku Fe(II)
1
10
4
2
číslo baňky
2
3
4
10
10
10
4
4
4
5
8
10
5
10
4
12
Baňky doplňte po rysku destilovanou vodou a důkladně promíchejte. Po asi 15 minutách
změřte absorbanci při 520 nm proti destilované vodě. Měření provádějte od baňky č.1 až č.5 a
zpět.
Výsledky zapisujte do předem připravené tabulky, např.
3
číslo baňky
1
2
3
cFe(II)[mg/l]
…
…
…
A ↓
…
…
…
A ↑
…
…
…
průměrná A
…
…
…
Ze dvou paralelních měření vypočtěte průměr.
b/ stanovení Fe v neznámém vzorku
Do odměrné baňky o objemu 50 ml pipetujte 10 ml neznámého vzorku, 10 ml roztoku
octanu s NH2OH. Poté přidejte 4 ml činidla (2, 2´-dipyridyl), doplňte destilovanou vodou po
rysku a důkladně promíchejte. Asi po 15 minutách proměřte alespoň dvakrát absorbanci.
Zpracování dat
Měření kalibračního grafu zpracujte jak v jednotkách mg/l, tak v jednotkách mol/l.
Rovnice obou přímek vypočtěte z experimentálních dat v programu MS Excel nebo
podobném.
Z první rovnice - jednotky mg/l – odvoďte vzorec pro výpočet neznámé koncentrace a
použijte jej pro výpočet koncentrace Fe (jednotky mg/l) v neznámém vzorku.
Z druhé rovnice – jednotky mol/l – odvoďte vzorec pro výpočet neznámé koncentrace a
použijte jej pro výpočet koncentrace Fe (jednotky moĺ/l) v neznámém vzorku, přepočítejte
získanou hodnotu na jednotky mg/l a porovnejte s koncentrací získanou z 1. rovnice.
Určete hodnotu molárního absorpčního koeficientu v jednotkách l . mol-1 . cm-1. Pro
každou dvojici koncentrace (v mol/l) - absorbance vypočítejte hodnotu molárního
absorpčního koeficientu a z těchto hodnot vypočítejte průměrnou hodnotu.