Спектральные методы анализа
Объектов окружающей среды
Фотометрические методы анализа
(теория)
Визуальная колориметрия
Работа 1. Определение паров ртути в воздухе лаборатории
(составлено по практическому руководству Быховская М.С., Гинзбург С.Л., Хализова О.Д. Методы определения вредных веществ в воздухе.)
Цель работы. Определить содержание ртути в воздухе лаборатории методом стандартных серий. Оценить возможность обнаружения паров ртути в воздухе лаборатории с помощью реактивных бумажек.
Введение. Ртуть - рассеянный элемент. В природе ртуть встречается чаще всего в виде сернистой ртути - киновари. Небольшие количества ртути встречаются в самородном виде. Ртуть поступает в атмосферу в результате следующих природных процессов: испарения с поверхности суши; возгонки ртути из соединений, находящихся в толще земной коры; вулканической деятельности.
Содержание ртути в атмосферном воздухе составляет (0,4 - 1,0)× 10-9 г/м3 (примерно в равных количествах в виде паров и в сорбированном аэрозолями состоянии), причем концентрации над сушей на порядок выше, чем над океаном. Время жизни паров ртути в атмосфере оценивается от нескольких месяцев до двух лет. Ртуть отличается высокой интенсивностью вовлечения в водную миграцию (Кв = 17,58), высокими коэффициентами поглощения земной растительностью (7,58) и бурыми водорослями (200,0).
Антропогенными источниками загрязнения атмосферы ртутью служат процессы добычи и выработки ртути из руд; сжигание любого органического топлива (уголь, торф, нефть, газ, древесина); металлургические производства, особенно цветная металлургия; коксование угля, возгонка древесины, термические процессы с нерудными материалами; любые процессы, в которых используется ртуть, например, получение ртутных препаратов, производство ртутных термометров и др.
|
|
Очевидно, что наибольшие концентрации паров ртути наблюдаются в воздухе производственных помещений, где производятся работы со ртутью или используются измерительные приборы с открытой поверхностью ртути.
Пары ртути в 7 раз тяжелее воздуха. Они хорошо сорбируются аэрозолями, почвой, строительными материалами, мебелью, тканями. С изменением метеорологических условий происходит десорбция ртути, что нередко является причиной вторичного загрязнения воздушной среды.
Пары ртути могут быть причиной острых и хронических отравлений. Из-за загрязнения воздуха производственных помещений наблюдается, главным образом, хроническое воздействие. Оно характеризуется симптомами со стороны центральной нервной системы: дрожанием рук, языка, век, а в тяжелых случаях и всего тела; возникает состояние повышенной психической возбудимости, нарушается память.
Предельно допустимая концентрация паров ртути в воздухе рабочей зоны составляет 0,01 мг/м3; в атмосферном воздухе среднесуточная ПДК равна 0,0003 мг/м3.
Задание 1. Метод стандартных серий
Сущность метода. Наиболее широкое практическое применение для определения паров ртути в воздухе производственных помещений нашел метод Полежаева.
Метод основан на поглощении паров ртути раствором йода в йодиде калия по реакции:
Hg + J2 ® HgJ2; (1.1)
HgJ 2 + 2 KJ ® K2[HgJ4] (1.2)
и колориметрическом определении аниона [HgJ4]2- по интенсивности желтовато-розовой окраски осадка комплексной соли Cu2[HgJ4] на фоне белого осадка йодида меди:
|
|
К2[HgJ4] + 10 КJ+ 6 CuSO4 ® Сu[HgJ4] + 4 CuJ + 6 K2SO4+ 5 J2 (1.3)
Чувствительность определения 0,3 мкг в анализируемом объеме раствора. Неорганические и органические соединения ртути реагируют также.
Реактивы. 1. Основной стандартный раствор, содержащий 100 мкг/мл ртути. Готовят из хлорида или йодида ртути: 0,0135 г хлорида ртути или 0,0226 г йодидартути растворяют в небольшом объеме поглотительного раствора и им же доводят объем до 100 мл. Раствор пригоден к употреблению в течение 6 месяцев.
Рабочий стандартный раствор, содержащий 1 мкг/мл ртути, готовят из основного раствора разбавлением его в 100 раз поглотительным раствором. Раствор пригоден к употреблению в течение месяца.
2. Поглотительный раствор. Готовят следующим образом: 2,5 г очищенного возгонкой кристаллического йода и 30 г йодида калия растворяют в небольшом объеме дистиллированной воды и доводят раствор до 1 л дистиллированной водой (раствор около 0,02 н.).
3. Сульфат меди, 10% раствор.
4. Сульфит натрия, 2,5 – 3 н. раствор. Готовят из насыщенного на холоду раствора сульфита натрия. Концентрацию раствора устанавливают йодометрически. Титрование проводят 0,1 н. раствором йода в присутствии крахмала. На 1 мл раствора сульфита натрия должно пойти около 25 мл 0,1 н. раствора йода. Можно применить для титрования поглотительный раствор, в этом случае на 0,1 мл раствора сульфита натрия должно пойти 12 – 15 мл поглотительного раствора.
5. Смешанный реагент. В мерный цилиндр к одному объему сульфата меди прибавляют пять объемов 2,5 – 3 н. раствора сульфита натрия и перемешивают до растворения образующегося осадка. Раствор готовят перед анализом.
|
|
Ход работы
1. Измерить температуру воздуха в месте отбора проб и атмосферное давление. Эти данные необходимы для приведения объема воздуха, используемого для анализа, к нормальным условиям.
Приведение объема воздуха к нормальным условиям производить согласно газовым законам Бойля-Мариотта и Гей-Люссака по формуле:
, где (1.4)
Vt - объем воздуха при температуре t и давлении Р в месте отбора пробы, л; Vo - объем воздуха при нормальных условиях, л; Р - атмосферное давление.
1. Отобрать пробы воздуха в местах, где наиболее вероятно повышенное содержание паров ртути (под тягой; возле приборов, предполагающих работу со ртутью; в застойных местах).
Воздух со скоростью 5 л/мин протягивать через поглотительный прибор Рыхтера или через поглотительный прибор с пористой пластинкой, содержащий 10 мл поглотительного раствора. Можно применять и другие поглотительные приборы, например два последовательно соединенных поглотительных прибора Петри при скорости отбора 50 – 60 л/час. Для анализа следует отобрать 60 – 80 л воздуха.
Рассчитать, какую долю от ПДК можно определить рассматриваемым методом, если протягивать через поглотительный прибор указанные объемы воздуха. Какой объем воздуха следует пропустить через поглотитель, чтобы определять концентрации паров ртути в воздухе на уровне 1/2 ПДК? Для расчетов использовать формулу, позволяющую найти оптимальный объем воздуха при стандартных условиям, позволяющий определять концентрации на уровне k-той доли от ПДК:
, где (1.5)
Vo - оптимальный объем воздуха, отбираемый для анализа и приведенный к нормальным условиям, л; V п - общий объем поглотительного раствора, мл; Vа -объем аликвоты поглотительного раствора, взятой для анализа, мл; а - нижний предел определяемых содержаний ртути в анализируемом объеме пробы, мкг (обычно соответствует содержанию вещества в первой пробирке стандартной шкалы); ПДК выражено в мг/м3.
3. Приготовить стандартную шкалу. Для этого в одинаковые пробирки налить указанные в таблице 1.1 количества рабочего стандартного раствора ртути и поглотительного раствора.
Таблица 1.1
Приготовление стандартной шкалы
| № пробирки | |||||||||
| Рабочий стандартный раствор ртути,мл | 0,3 | 0,5 | 0,75 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | |
| Поглотительный раствор, мл | 5,0 | 4,7 | 4,5 | 4,25 | 4,0 | 3,5 | 3,0 | 2,5 | 2,0 |
| Содержание ртути в анализируемом объеме раствора, мкг | 0,3 | 0,5 | 0,75 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 |
Перед измерением в каждую пробирку прибавить по 1 мл смешанного реактива, перемешать. Через 20 минут, после полного осаждения взвеси на дно пробирок, стандартная шкала готова к использованию.
4. Определить содержание ртути в поглотительном растворе после протягивания через него пробы воздуха. 5 мл раствора из поглотительного прибора перенести в пробирку и добавить 1 мл смешанного реактива. Раствор перемешать и через 20 минут, после полного осаждения взвеси, сравнить окраску осадка пробы со стандартной шкалой.
5. Рассчитать содержание паров ртути (Х) в воздухе лаборатории в мг/м3 по формуле:
, где (1.6)
М - количество ртути, найденное в анализируемом объеме поглотительного раствора, мкг; Vо - объем воздуха в л, отобранный для анализа и приведенный к нормальным условиям по формуле (1.4).
При использовании двух последовательно соединенных поглотительных приборов, поглотительные растворы из каждого анализируют отдельно, а результаты расчетов по формуле (1.6) суммируют.
Задание 2. Использование реактивных бумажек
Сущность метода. Для обнаружения паров ртути в воздухе пользуются реактивными бумажками, которые развешивают сухими в различных местах производственного помещения. Принцип определения ртути с помощью реактивных бумажек основан на одном из вариантов метода Полежаева (см. выше Задание 1). При наличии паров ртути в воздухе бумажки изменяют свой цвет в желтовато-розовый. По данным
С. Ф. Яворовской, по началу изменения окраски реактивных бумажек можно установить ориентировочную концентрацию паров ртути (табл. 1.2).
Таблица 1.2
Ориентировочная зависимость между началом изменения окраски и содержанием паров ртути
в воздухе
|
Реактивы. 1. Иодид калия, 10% раствор.
2. Иодид калия, 1% раствор.
3. Сульфат меди, 10% раствор.
4. Сульфит натрия, 1% раствор.
5. Спирт этиловый.
Ход работы
1. Приготовить реактивные бумажки.
Для этого смешать в стакане равные объемы 10% раствора сульфата меди и 10% раствора йодида калия (по 200 мл). Образующемуся при этом осадку дать осесть и слить с него буро окрашенный раствор.
Осадок промыть декантацией 2 – 3 раза дистиллированной водой, затем по одному разу 1% раствором йодида калия, 1% раствором сульфита натрия и два раза дистиллированной водой. Затем как можно полнее слить воду с осадка, остатки воды отсосать фильтровальной бумагой. Осадок перенести в небольшой стакан и прибавить к нему немного этилового спирта до получения полужидкой пасты.
Далее при помощи ватного тампона или кисточки нанести полученную пасту ровным и тонким слоем на одну сторону полосы фильтровальной бумаги, высушить ее при комнатной температуре и хранить в склянке с притертой пробкой. Индикторная бумага кремового цвета. Готовят бумагу в помещении, не загрязненном парами ртути.
2. Определить примерное содержание паров ртути в воздухе лаборатории с помощью реактивных бумажек. Развесить реактивные бумажки в тех местах лаборатории, где обнаружены наиболее высокие содержания паров ртути. Наблюдать за изменением окраски. По таблице 1.2 определить ориентировочное содержание паров ртути в воздухе. Сравнить полученный результат с результатами определения паров ртути методом стандартных серий.
Фотоколориметрия
Работа 2. Методы определения валового содержания
органического углерода (гумуса) в почве
Цель работы: Определить содержание гумуса в одной и той же почве двумя различными методами и сопоставить эти методы с точки зрения метрологических, аналитических и экономических характеристик.
Органическое вещество, входящее в состав почвы (за исключением живых организмов), по своему происхождению и функциям делится на 2. группы: органические остатки, не утратившие анатомического строения, и гумус, или перегной. Гумус -это совокупность индивидуальных (специфических и неспецифических) органических соединений, продуктов их. взаимодействия между собой и с минеральными компонентами, образующаяся в результате трансформации животных и растительных остатков, существенно более устойчивая к дальнейшему разложению, чем исходная биомасса. Наиболее характерными специфическими гумусовыми веществами являются гумусовые кислоты. Это азотсодержащие высокомолекулярные оксикарбоновые кислоты с интенсивной бурой окраской.
По растворимости их разделяют на гуминовые кислоты, гиматомелановые (ранее включавшиеся в группу гуминовых кислот) и фульвокислоты.
Гуминовые кислоты содержат (.мас.%) 46 - 62% С, 3 - 6% N, 3-5% Н, 32- 38% 0. Для фульвокислот характерно более низкое содержание углерода - 36-44%, в их составе 3 - 4,5% N, 3-5% Н и 45-50% С.
Содержание гумуса почвы колеблется в широких пределах -от десятых долей до 20% и более. Гумус определяет структуру почвы, регулирует ее водно-воздушный режим, повышает противоэрозионную устойчивость. С гумусом связаны важнейшие физико-химические показатели почв: ЕКО, буферность почв. Оптимальное содержание гумуса определяет максимальную продуктивность почв. Поэтому определение его в верхних горизонтах почв проводят при всех почвенных исследованиях. Количество гумуса рассчитывают по экспериментально определенному процентному содержанию органического углерода в почве, умножая его на коэффициент (Кг), зависящий от процентного содержания углерода в гумусе (для гуминовых кислот содержание углерода 58% и Кг = 
= 1,724, а для фульвокислот содержание углерода = 40% и Кг = 
= 2,25).
Все методы определения органического углерода основаны на его окислении до углекислоты. Наиболее точные результаты получают при сухом озолении гумуса и гравиметрическом определении выделившегося СО2 (метод Густавсона). При мокром озолении органического вещества почв раствором бихромата калия углерод можно определить не только по количеству выделившегося СО2, но и косвенно титриметрическим (метод Тюрина) или фотометрическим (метод Никитина) методами. Полнота- окисления органического углерода при мокром озолении составляет 85 - 95%. Однако вследствие большей простоты и доступности косвенные методы получили наибольшее распространение.
Принцип косвенных методов определения гумуса: Мокрое озоление органического вещества почв основано на окислении углерода гумуса 0,4 н. раствором двухромовокислого калия, приготовленным на разбавленном 1:1 растворе серной кислоты. Для окисления гумуса к навеске почвы приливают заведомый избыток раствора хромовой смеси, что необходимо для полноты окисления органического углерода. Если при определении гумуса учитывать только взаимодействие бихро-мата калия с углеродом органического вещества почв, то процесс можно представить уравнением:
3C+2K2Cr2О7+8H2SO4 = 3CO2 + 2Cr2(SO4)3+8H2O+2K2SO4 (1.1)
3 С + 2(O) ® CO2 (1.2)
2 K2Сг2O7+ 4H2SO4 ® Cr2(SO4)3 + 3(O) + 4H2O + K2SO4 (1.3)
Окисление происходит в сильнокислой среде и сопровождается восстановлением шестивалентного хрома в трехвалентный.
По методу Тюрина избыток бихромата в растворе после окисления гумуса титруют раствором сульфата железа (П):
K2Cr2О7+6 FeSO4+7Í2SO4 = Сг2(SO4)3 + ЗFе2(SO4)3+7 H2O +К2SO4 (1.4)
1 Cr2О7 + 6 е + 14Н+ ® 2Сг3+ + 7 H2O (1.5)
6 Fe2+ – 1 е ® Fe3+ (1.6)
По разнице между введенным количеством бихромата калия и оставшимся после реакции определяют количество окислителя, затрачиваемое на окисление органического углерода почв. Фактически в методе Тюрина прямым образом учитывается не углерод, а кислород (количество окислителя в пересчете на кислород), затрачиваемый на его окисление. Поэтому в соответствии с ур. 1.2 эквивалентная масса углерода в процессе окисления гумуса может быть принята равной 
По методу Никитина количество органического углерода в почве определяют по количеству образовавшегося в процессе его окисления (ур. 1.1) трехвалентного хрома Cr3+, который фиксируется фотометрическим методом при l = 590 нм. В этом случае количество органического углерода определяют по калибровочному графику, построенному по окисленным бихроматом калия стандартным растворам глюкозы
Азот, входящий в состав гумуса, хромовой смесью не окисляется, а остается в восстановленной форме, переходя в (NH4)2SO4. Присутствие в почве карбонатов не оказывает влияния на результаты определения гумуса рассматриваемыми методами. Наличие же хлоридов и закисных соединений железа и марганца мешает определению, т.к. на их окисление затрачивается дополнительное количество хромовой смеси и результаты определения гумуса получаются завышенными.
Из Практикум по агрохимии/ под ред. В.Г. Минеева М.: МГУ,1989, с. 60-61.
Ход анализа по методу Никитина. На аналитических весах взять навеску почвы 0,1—0,5 г с точностью до четвертого знака в колбы на 100 мл. Прилить из бюретки 20 мл 0,4н. раствора К2Сг2О7, колбы закрыть воронкой, осторожно перемешать. Поставить на 20 мин в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 150° (время нагревания отсчитывается с момента достижения температуры 150°). Колбы ставить в удалении от стенок на 3—4 см для обеспечения более равномерного нагрева. По истечении времени вынуть колбы из шкафа, охладить. Раствор над осадком осторожно слить в пробирки и оставить на сутки, после чего колориметрировать в кюветах на 5 мл при длине волны 590 нм. Для сравнения в качестве оптического нуля используется раствор «холостой пробы», для чего в шкаф одновременно о опытными колбами поставить две колбы с 20 мл хромовой смеси.
Содержимое углерода найти по калибровочному графику.
Построение калибровочного графика. Отвесить на аналитических весах 2,5022 г глюкозы или 2,3771 г сахарозы и растворить в мерной колбе на 1 л дистиллированной воды. В 1 мл такого раствора содержится 1 мг углерода. В 5 колб прилить последовательно 2,5; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 мл раствора глюкозы или сахарозы. Выпарить досуха (до 1 капли) на водяной бане, прилить 20 мл хромовой смеси. Одновременно готовить «холостую пробу». Все колбы поместить в сушильный шкаф. После сжигания разбавить водой до 50 мл и через сутки колориметрировать. По найденным значениям оптических плотностей и известному содержанию углерода строится калибровочный график. Содержание углерода (в %) рассчитывают по формуле
С= 
где а — содержание углерода, найденное по графику, мг; н — навеска почвы, г.
Для перевода в гумус процент углерода необходимо умножить. на коэффициент 1,724.
Реактивы
0,4н. раствор бихромата калия: 40 г хорошо измельченного двухромовокислого калия (К2Сг2О7) растворить в 600 мл дистиллированной воды, перенести в мерную колбу на 1 л и довести дистиллированной водой до метки. Раствор из мерной колбы перелить в колбу на 2 л или фарфоровый стакан на 2 л, прилить 1 л концентрированной серной кислоты (d 1,84). Серную кислоту необходимо приливать очень осторожно, небольшими порциями, по 50— 100 мл, с перерывами 10—15 мин. Когда вся кислота добавлена, раствор охладить до комнатной температуры и перенести в склянку с притертой стеклянной пробкой.
Работа 3. Определение концентрации хрома в природных
и сточных водах
(составлено по ПНД Ф 14.1:2.52-96. Методика выполнения измерений массовой концентрации хрома в природных и сточных водах фотометрическим методом с дифенилкарбазидом.)
Цель работы. Произвести оптимизацию фотометрического определения (выбрать длину волны, толщину кюветы, количество фотометрического реагента) хрома(VI) с дифенилкарбазидом. Сравнить чувствительность и точность определения хрома(VI) на приборах с разной монохроматичностью потока излучения. Сравнить спектральные характеристики бихромат-иона и комплекса хрома(VI) с дифенилкарбазидом.
Введение. В поверхностных водах содержание хрома, как правило, не превышает 10 мкг/л, однако в сильно загрязненных водных объектах его концентрация может достигать сотен микрограммов в литре. В водную среду хром попадает при выщелачивании из горных пород и минералов, из почв в районах рудных месторождений. Основным источником антропогенного поступления хрома в водные объекты являются сточные воды гальванических цехов, текстильных и кожевенных предприятий, а также химических производств.
Соединения хрома присутствуют в водах в растворённом и взвешенном состояниях, соотношения между которыми обусловлены химическим составом вод, температурой, рН, Еh и другими факторами. Во взвеси доминирующее положение занимает сорбированная форма. В растворе хром может присутствовать в двух степенях окисления: Cr(III) и Cr(VI).
Cr(III) устойчив в растворе и в реальных условиях существования водных объектов далее не окисляется. Cr(VI), существующий в виде хромат- или бихромат-ионов, относительно устойчив только в аэробных условиях, при дефиците кислорода и в присутствии восстановителей он быстро восстанавливается до Cr(III).
Соединения хрома, особенно Сr(VI) токсичны и обладают канцерогенным действием. ПДК хрома(VI) для рыбохозяйственных водоемов составляет 0,02 мг/л, для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования - 0,05 мг/л. ПДК Cr(III) равны соответственно 0,07 и 0,5 мг/л.
Сущность метода. Методика основана на взаимодействии хрома (VI) с дифенилкар- базидом:
Реакция протекает в кислой среде. В результате образуется красно-фиолетовое положительно заряженное внутрикомплексное соединение, в котором хром содержится в восстановленной форме, в виде Cr(III), а дифенилкарбазид окислен до дифенилкарбазона. Для обеспечения полноты реакции необходим полутора-двухкратный избыток дифенилкарбазида. Максимум поглощения продукта реакции лежит в области 540 нм.
При необходимости определения Cr(III) в одной порции пробы проводят окисление Сr(III) до Cr(VI) персульфатом и определяют суммарное содержание обеих форм хрома, а в другой порции пробы окисление Cr(III) не проводят и определяют только содержание Cr(VI). По разности между полученными результатами находят содержание Cr(III).
Методика позволяет определять содержание общего, трех- и шестивалентного хрома в диапазоне концентраций от 0,01 до 1,0 мг/л.
Реакция бихромат-иона с дифенилкарбазидом очень чувствительна и достаточно селективна, т.к. многие другие окислители не дают такого окрашивания с дифенилкарбазидом. Подобно бихромат-иону с дифенилкарбазидом реагируют лишь молибден (VI) и ванадий (V), но реакция менее чувствительна. Поэтому оба эти элемента допустимы в концентрациях до 200 мг/л.
Мешает определению также железо, образующее с дифенилкарбазидом желтобурое соединение. Мешающее влияние железа устраняется добавлением в анализируемый раствор фосфорной кислоты, что предусмотрено в ходе определения.
При определении Cr(VI) результат анализа может оказаться завышенным, т.к. бихромат-ион может окислять некоторые содержащиеся в пробе вещества (например, некоторые органические соединения) в промежуток времени между отбором пробы и ее анализом. Для исключения таких ошибок пробы на Cr(VI) анализируются не позже, чем через 2 часа после отбора. При определении общего содержания хрома допускается консервирование (5 мл концентрированной HNO3 на 1 л пробы).
Реактивы. 1. Дифенилкарбазид, 1%-ный спиртовый раствор. Растворяют 0,5 г дифенилкарбазида в 50 мл этилового спирта. Хранят раствор в темной склянке.
2. Фосфорная кислота концентрированная 85%-ная.
3. Серная кислота, разбавленный раствор 1:1.
4. Серная кислота, водный раствор. 27,3 мл серной кислоты плотностью 1,84 г/см3 вносят при перемешивании в 150-200 мл дистиллированной воды, переносят в мерную колбу на 1 л и доводят до метки дистиллированной водой.
5. Персульфат аммония, 0,1%-ный раствор. 0,1 г персульфата аммония растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Применяют свежеприготовленным.
6. Основной стандартный раствор хрома (VI) c концентрацией хрома 1 г/л. 0,283 г калия двухромовокислого растворяют в 100 мл дистиллированной воды.
Рабочий раствор 1 с концентрацией хрома 10 мг/л. Готовят в день проведения анализа разбавлением основного стандартного раствора в 100 раз дистиллированной водой.
Рабочий раствор II с концентрацией хрома 1 мг/л. Готовят в день проведения анализа разбавлением рабочего раствора I в 10 раз бидистиллированной водой.
Задание 1
Выбрать условия фотометрирования и произвести определение хрома (VI) в контрольных пробах на фотоэлектроколориметре КФК-2 или КФК-3.
Обычно для охвата широкого диапазона концентраций хрома в природных и сточных водах (0,01 - 1,00 мг/л) строят два градуировочных графика:
первый - в диапазоне концентраций 0,01 - 0,10 мг/л путем разбавления рабочего раствора II; второй - в диапазоне 0,10 - 1,00 мг/л с использованием рабочего раствора 1. Для выполнения работы Вам будет необходимо построить один из этих графиков (по заданию преподавателя).
Ход работы
1. Выбрать оптимальный светофильтр для определения хрома с дифенилкарбазидом. Для этого из заданного Вам диапазона концентраций хрома приготовить раствор с наибольшей концентрацией. Рассчитанную аликвоту рабочего раствора II (или I) поместить в мерную колбу на 100 мл, добавить 50 - 70 мл дистиллированной воды; 1 мл серной кислоты, разбавленной 1:1; 0,3 мл фосфорной кислоты и довести до метки дистиллированной водой. Раствор перемешать и добавить 2 мл раствора дифенилкарбазида, вновь перемешать и через 10 -15 минут измерить оптические плотности полученного раствора последовательно с каждым из светофильтров, имеющихся в приборе.
В качестве раствора сравнения использовать холостую пробу. В мерную колбу налить 50 - 70 мл дистиллированной воды; 1 мл серной кислоты, разбавленной 1:1; 0,3 мл фосфорной кислоты и довести до метки дистиллированной водой. Раствор перемешать и добавить 2 мл раствора дифенилкарбазида. Таким образом в холостой пробе содержатся все ингредиенты, кроме хрома.
Построить график зависимости оптической плотности от диапазонов длин волн l, пропускаемых каждым светофильтром, и выбрать спектральный интервал (и светофильтр), для которого оптическая плотность максимальна.
2.Выбрать оптимальное количество фотометрического реагента- дифенилкарбазида. Для этого в мерных колбах на 100 мл приготовить пять растворов с одинаковым содержанием хрома (таким же, как в пункте 1), добавив ко всем по 1 мл серной кислоты (1:1) и 0,3 мл фосфорной кислоты. После того, как растворы будут доведены до метки дистиллированной водой, добавить к первому из них - 0,4 мл; ко второму - 1 мл; к третьему - 1,5 мл; к четвертому - 2 и к пятому - 3 мл раствора дифенилкарбазида. Через 10 - 15 минут измерить оптические плотности приготовленных растворов с выбранным светофильтром относительно холостой пробы.
Графически определить оптимальное количество дифенилкарбазида.
3. Выбрать оптимальную толщину кюветы. При выбранных выше условиях рассчитать толщину кюветы, соответствующую оптимально измеряемому интервалу оптических плотностей и заданному диапазону концентраций.
4. Построить градуировочный график. В мерные колбы на 100 мл поместить 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 8,0 и 10,0 мл рабочего раствора II, содержащего хром (или такие же количества рабочего раствора 1), разбавить из на глаз дистиллированной водой, затем добавить 1 мл серной кислоты (1:1); 0,3 мл фосфорной и довести до метки дистиллиро-ванной водой. Рассчитать концентрацию хрома в приготовленных градуировочных растворах в мг/л. После тщательного перемешивания прилить установленное количество (см. пункт 2) раствора дифенилкарбазида.
Через 10 - 15 минут измерить оптическую плотность в кюветах выбранной толщины (см. пункт 3) с подобранным светофильтром (пункт 1) относительно холостой пробы, приготовленной также как и рабочая проба, но не содержащей хрома.
Построить градуировочный график в координатах оптическая плотность - концентрация хрома в мг/л. Вычислить величины молярных коэффициентов поглощения emax растворов всех концентраций при выбранной длине волны и оценить соблюдение основного закона светопоглощения с точки зрения постоянства величин молярных коэффициентов поглощения и прямолинейности градуировочного графика в выбранном диапазоне концентраций.
Рассчитать среднее арифметическое значение молярных коэффициентов поглощения 
и определить нижнюю границу определяемых содержаний хрома(VI) по рассматриваемой методике в выбранных условиях.
5. Определить концентрацию хрома(VI) в контрольных пробах. В мерную колбу на 100 мл отобрать такой объем контрольной пробы, чтобы в нем содержалось от 0,001 до 0,01 мг хрома (или от 0,01 до 0,1 мг). Пробу разбавить дистиллированной водой, добавить реагенты в той же последовательности, что и при приготовлении градуировочных растворов и через 10 - 15 минут измерить оптическую плотность в тех же условиях, что и при построении градуировочного графика.
Концентрацию хрома(VI) в контрольной пробе С в мг/л рассчитать по формуле: 
, (3.1)
где Х - концентрация хрома, найденная по градуировочному графику мг/л; 100 - объем, до которого разбавлена проба, мл; V - объем пробы, взятый для определения. Сравнив полученную концентрацию с истинным содержанием хрома в контрольной пробе, оценить точность определения.
6. Определить содержание хрома(III) в пробе. Содержание хрома(III) определяют по разности между общим содержанием обеих форм хрома и содержанием хрома(VI). Для определения суммарного содержания обеих форм хрома 100 мл неразбавленной, разбавленной или сконцентрированной пробы, содержащей 0,001 - 0,01 (или 0,01 -0,1) мг хрома поместить в термостойкий стакан, добавить 0,3 мл водного раствора серной кислоты, 5 - 10 мл раствора персульфата аммония и кипятить 20 - 25 минут. Весь персульфат при этом должен разложиться, т.к. даже следы его мешают последующему фотометрическому определению хрома с дифенилкарбазидом.
Если выпал осадок, его отфильтровать, раствор выпарить примерно до 50 мл, охладить, перенести в мерную колбу на 100 мл и обработать реагентами, как при определении хрома(VI). После измерения оптической плотности общую концентрацию всех форм хрома в фотометрируемом растворе найти по градуировочному графику, а концентрацию их в исходной пробе рассчитать по уравнению (3.1)
Концентрация хрома(III) равна разности между общей концентрацией всех форм хрома и концентрацией хрома(III).
7. Сравнить чувствительность и точность определения хрома(VI) на приборах с разной монохроматичностью потока излучения: на разных фотоэлектроколориметрах;
на фотоэлектроколориметре и спектрофотометре (сравнивая результаты, полученные в Заданиях 1 и2). Сделать заключение о целесообразности использования приборов различных типов.
Задание 2
Задание 2 в целом аналогично Заданию 1, но измерения оптической плотности в Задании 2 производятся на спектрофотометре.
Произвести оптимизацию определения хрома(VI) с дифенилкарбазидом на спектрофотометре, выполнив пункты 1 и 2 Задания 1. Для выбора оптимальной длины волны lmax построить спектр поглощения окрашенного соединения, измеряя оптические плотности одного из градуировочных растворов (см. пункт 1) в области 400 - 600 нм с интервалом 10 нм. Установив область длин волн расположения полосы поглощения, измерить в этой области оптические плотности раствора через 2 нм для уточнения положения максимума полосы. Построить спектр и выбрать lmax полосы поглощения.
Выполнить пункты 4 - 7 Задания 1, производя измерение оптической плотности на спектрофотометре при выбранных условиях: длине волны lmax и выбранном содержании фотометрического реагента.
Задание 3
Растворы бихромата калия сами по себе тоже имеют окраску, а следовательно поглощают электромагнитное излучение в видимой области спектра. Однако интенсивность окраски не слишком высока, поэтому поглощение самого бихромат-иона обычно не используется в аналитических целях, т.к. не обеспечивает требуемой чувствительности определения.
В Задании 3 требуется подобрать оптимальные условия фотометрического определения хрома по поглощения бихромат-иона, количественно охарактеризовать чувствительность определения и найти концентрацию хрома в контрольной пробе.
Измерения могут производиться на фотоэлектроколориметре или спектрофотометре.
Ход работы
1. Выбрать оптимальный интервал длин волн (или оптимальную длину волны lmax при работе на спектрофотометре) для определения хрома по поглощению бихромат-иона. Для этого измерить оптические плотности основного стандартного раствора хрома с концентрацией 1 г/л со всеми имеющимися в приборе светофильтрами (или с шагом 10 нм в области длин волн 400 - 600 нм, а затем с шагом 1 нм в области максимума полосы поглощения). Измерения производить относительно раствора сравнения, в качестве которого использовать дистиллированную воду.
Построить график зависимости оптической плотности от диапазонов длин волн l, пропускаемых каждым светофильтром, и выбрать спектральный интервал (и светофильтр), для которого оптическая плотность максимальна. (При работе на спектрофотометре построить спектр поглощения и установить lmax).
2. Выбрать оптимальную толщину кюветы. При выбранной длине волны рассчитать толщину кюветы, соответствующую оптимально измеряемому интервалу оптических плотностей и заданному диапазону концентраций.
3. Построить градуировочный график. Для этого из основного стандартного раствора хрома с концентрацией 1 г/л приготовить градуировочные растворы с концентрациями 50, 100, 200, 400 и 800 мг/л. Растворы готовить в мерной колбе на 25 мл, разбавляя основной стандартный раствор хрома дистиллированной водой.
При выбранных выше условиях измерить оптические плотности градуировочных растворов. Построить график в координатах: оптическая плотность - концентрация хрома, мг/л.
Вычислить величины молярных коэффициентов поглощения emax растворов всех концентраций при выбранной длине волны и оценить соблюдение основного закона светопоглощения с точки зрения постоянства величин молярных коэффициентов поглощения и прямолинейности градуировочного графика в выбранном диапазоне концентраций.
Рассчитать среднее арифметическое значение молярных коэффициентов поглощения и определить нижнюю границу определяемых содержаний хрома(VI) по рассматриваемой методике в выбранных условиях.
4. Определить концентрацию хрома в контрольной пробе с использованием различных количественных методов. При выбранной длине волны измерить оптические плотности контрольных проб относительно дистиллированной воды, а затем определить концентрацию в них хрома(VI):
а) по градуировочному графику;
б) по закону Бугера-Ламберта-Бера;
в) путем сравнения с одним стандартным раствором.
г) Определить концентрацию хрома в контрольной пробе методом добавок. Для этого измерить оптическую плотность контрольной пробы при выбранной длине волны. Затем к определенному объему контрольной пробы прибавить некоторый известный объем основного стандартного раствора хрома и измерить оптическую плотнос