Определение концентрации методом полярографии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Метод калибровочной кривой

2. Метод стандартов

3. Метод добавок

4. Практическая часть

Заключение

Литература

Введение

Метод полярографического анализа был предложен чешским ученым Ярославом Гейровским в 1922 году, когда он изучал влияние напряжения, приложенного к ртутной капле, погруженной в водный раствор, на величину поверхностного натяжения, (так называемый «электрокапиллярный эффект»). Он заметил, что величина тока через каплю зависит от состава раствора. Доработав эту идею, он создал метод, который основан на измерении зависимости тока от напряжения на ртутно-капельном электроде. Получающиеся зависимости, так называемые вольтамперные кривые или вольтамперограммы, зависят от состава раствора и позволяют проводить одновременно качественный и количественный анализ содержащихся в растворе микропримесей. В 1959 году за метод полярографии Гейровскому была присуждена Нобелевская премия по химии.

Этот метод основан на изучении вольт-амперных кривых, или кривых напряжение-сила тока, которые можно получить при электролизе электровосстанавливающегося или электроокисляющегося вещества в электролизной ячейке специальной конструкции. В этой ячейке в качестве одного электрода применяют ртутный электрод, а в качестве другого - большую поверхность ртути. В последнее время используют твердые электроды, например, платиновые, причем поверхность одного из них должна быть во много тысяч раз меньше поверхности вспомогательного электрода. Если на ось абсцисс наносить величину приложенной Э.Д.С., а на ось ординат - соответствующую силу тока, то получается кривая, которая носит название вольт-амперной кривой, или полярографической волны. По кривой можно определить можно как природу, так и концентрацию вещества.

Количественное определение вещества полягрофическим методом может быть проведено различными способами. Классическим методом определения является расчет концентрации вещества по уравнению Ильковича.

Однако в практической заводской работе этим методом пользуются мало.

Наибольшее распространение получили способ калибровочной кривой, метод стандартов и метод добавок. Рассмотрим эти методы и выясним преимущества и недостатки.

1. Метод калибровочной кривой

Необходимо определить высоту волны данного иона в исследуемом растворе. Из приготовленного для анализа раствора берут аликвотную часть его и помещают ее в электролизную ячейку. Затем через раствор пропускают инертный газ (водород или азот) и снимают полярограмму, подбирая чувствительность гальванометра так, чтобы вся кривая уложилась на фотобумаге или на шкале полярографа.

При определении высоты волн необходимо учитывать величину остаточного тока. Для определения высоты первой волны продолжают пунктирной линией часть кривой, соответствующей остаточному току (вправо), и часть кривой соответствующей предельному току (влево), затем проводят касательную к наклонной части кривой и две линии, параллельные оси абсцисс, через точки пересечения касательной с пунктирными линиями.

Расстояние между этими параллельными линиями даст высоту волны: обычно ее измеряют в миллиметрах. При таком способе определения величина остаточного тока исключается и полученное значение соответствует только высоте волны, вызванной током диффузии.

Определив высоту волны, готовят серию стандартных (эталонных) растворов с различной концентрацией определяемого иона, снимают полярограммы этих растворов и строят кривую зависимости величины диффузионного тока от концентрации иона. Если все измерения проводились при постоянной чувствительности гальванометра, то величину диффузионного тока можно заменить высотой волны. Между высотой полярографической волны и концентрацией иона в большинстве случаев существует прямая зависимость. Построив калибровочную кривую, легко найти концентрацию определяемого иона по высоте его волны.

В том случае, когда процесс восстановления или окисления протекает необратимо, нет прямой пропорциональности между и с и калибровочная кривая дает некоторый изгиб, ею все же можно пользоваться с некоторым приближением, если при калибрировании употреблять достаточно большое число растворов, мало отличающихся друг от друга по концентрации.

При работе по методу калибровочных кривых следует выполнять следующие правила.

Во-первых, необходимо производить испытуемого и эталонных растворов при постоянной температуре, так как изменение температуры на дает ошибку в определении концентрации на 1,6%.

Во-вторых, состав и концентрация индифферентных электролитов и эталонных растворов должны соответствовать составу испытуемого раствора, чтобы на высоту и форму волны данного иона оказывали влияние одни и те же посторонние факторы.

Недостатком этого метода является необходимость строгой стандартизации работы капилляра. Если в силу каких - то причин изменился период капания, т.е. изменились величины m и , нужно строить новые калибровочные кривые, так как величина диффузионного тока зависит от . В некоторых работах предлагают при смене капилляра подгонять высоту волны при помощи особо устройства, называемого корректором высоты волны. Таким приспособлением снабжены, например, полярографы Геоприборцветмета и СГМ - 8. Для того чтобы с новым капилляром можно было пользоваться той же калибровочной кривой, производят коррекцию высоты волны, изменяя сопротивление в цепи гальванометра так, чтобы высота волны получалась такой же, как прежде.

Но такое корректирование можно применять только для технических целей; для точных работ нужно обязательно калибровать капилляр и определять константу

2. Метод стандартов

калибровочный раствор полягрофический электролит

В основе этого метода лежит уравнение прямой зависимости диффузионного тока от высоты волны:

Если концентрация исследуемого иона приблизительно известна, то готовят стандартный раствор более или менее близкой концентрации из очень чистых солей или химически чистых металлов, переводя их в растворимое состояние в тех же условиях, как и исследуемое вещества.

Снимают полярограмму стандартного раствора, а затем при той же чувствительности гальванометра - полярограмму исследуемого раствора. Зная концентрацию стандартного раствора и определив величину диффузионного тока или пропорциональную ему величину высоты волны , можно рассчитать К:

Зная величину К и определив высоту волны исследуемого раствора , можно рассчитать концентрацию определяемого вещества :

Концентрация выражена в тех же единицах, как и концентрация стандартного раствора. Если нужно выразить результат анализа в процентах, расчет производят по формуле:

где высота волны определяемого иона, мм;

высота волны стандартного раствора, мм;

разведение, мл (объем мерной колбы, в которой разведена проба);

навеска, г;

С - концентрация иона в стандартном растворе, мг/мл.

Этот метод имеет то преимущество, что здесь не нужно снимать калибровочную кривую, а достаточно снять одну полярограмму стандартного раствора и по ней рассчитать ряд исследуемых растворов одного и того же иона. Измерения проводятся при одной температуре, а в случае если она изменилась, повторить полярографирование одного стандартного раствора не представляет затруднений.

3. Метод добавок

При определении концентрации вещества методом добавок снимают полярограмму исследуемого раствора, затем в тот же электролизер прибавляют по каплям типовой раствор (точно известной концентрации) определяемого иона (или вещества) с таким расчетом, чтобы волна возросла примерно вдвое. Снимают полярограмму при той же чувствительности гальванометра. Расчет производят по формуле:

где h - высота волны, испытуемого вещества, мм;

К - фактор пересчета, равный Н - h/C;

Н - высота волны испытуемого вещества с добавкой типового раствора, мм;

Н - h - высота волны, соответствующая концентрации добавленного вещества в растворе, мм;

навеска исследуемого вещества, г;

- объем мерной колбы, в которой растворена проба, мл;

С - концентрация типового раствора, мг/мл, получающегося в электролизере, она равна:

где добавленное количество стандартного раствора, мл;

объем испытуемого раствора в электролизере, мл;

исходная концентрация приливаемого стандартного раствора, мг/мл.

Этот метод аналогичен методу стандартов, но имеет то преимущество, что не нужно готовить стандартных растворов с фоном, точно совпадающих с составом раствора испытуемого объекта.

Благодаря большой концентрации типового раствора в электролизер прибавляется только несколько капель его, вследствие чего объем жидкости в приборе и концентрация индифферентного электролита практически не изменяются. В этих условиях на высоту волны и потенциал полуволны оказывает влияние одни и те же факторы как при полярографии исследуемого раствора, так и при полярографировании раствора с добавкой.

4. Практическая часть

Приготовили 5 растворов разной концентрацией (исходный раствор С =М) + 0,1 г для удаления растворенного кислорода, + 2 капли желатина для устранения максимумов первого рода, + 0,1M KCl в колбу на 50 мл. Хорошо перемешиваем.

Далее строем зависимость высоты волны от концентрации (калибровочная кривая) и определяем концентрацию = 5,5 * М.2. Метод стандартов.

Готовим стандартный раствор.

Взяли точно отмеренный объём (V = 10 мл) и прямо в ячейку добавили 0,5 мл. добавки (

Записываем полярограммы и находим высоту волны.

= 56 мм, = 149 мм.

Определяем концентрацию добавки.

= = 4,76 *

Составляем пропорцию

- 56

4,76 * - 93

= 2, 86 * М.

2 способ определения концентрации.

-

V пр. = 10 мл.

V д. = 0, 5 мл.

* 149 = 56*

= 2,9 * М.

Заключение

Рассмотрели 3 способа определения концентрации и проверили ряд опытов, чтобы закрепить знания на практике.

Литература

1. Е.Н. Виноградова, З.А. Галлай, З.М. Финогенова «Методы полягрофического и амперометрического анализа», издательство Московского университета, г.1963

2. http://www.chem21.info/info/305814/

3. http://chem21.info/info/1152719/

Размещено на Allbest.ru