Кондуктометрическое определение железа(III) раствором ЭДТА

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

Тема: Кондуктометрическое определение железа (III) раствором ЭДТА

Специальность: 02.00.02-«Аналитическая химия»

Тошкент-2011

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В РАБОТЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. кондуктометрическое определение различных соединений

(Литературный обзор)

1.1 Прямая кондуктометрия

1.2 Косвенная кондуктометрия-кондуктометрическое титрование

Глава 2. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Сущность кондуктометрического метода определения металлов

2.2 Методика проведения кондуктометрического титрования

2.3 Влияние природы, концентрации и pH фонового электролита на кондуктометрическое определение железа(III)

2.4 Влияние посторонних катионов и мешающих анионов на кондукторическое определение железа(III)

ВЫВОДЫ

Me - металл;

КТ - кондуктометрическое титрование;

КТТ - конечная точка титрования;

т.э. - точка эквивалентности;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

ТМ - тяжёлые металлы;

ТТМ - тяжёлые токсичные металлы;

ЭДТА - этилендиаминтетраацетат натрия;

ДМФА - диметилформамид;

Ci - концентрация ионов или молекул электроактивного вещества в растворе, мг/мл;

Cmin - предел обнаружения, чувствительность, мг/мл;

Cn - нижняя граница определяемых содержаний, мг/мл;

Cx - концентрация определяемого компонента в пробе, мг/мл;

n - число параллельных опытов, натуральный ряд чисел;

Р - доверительная вероятность;

S - стандартное отклонение;

Sr - относительное стандартное отклонение;

ДХ - доверительный интервал;

ч - электропроводность, См/м;

V - объём, мл;

Kt - катион;

ПАВ - поверхностно-активные вещества;

РЗЭ - редкоземельные элементы;

М - молярная концентрация раствора, моль/л;

ВВЕДЕНИЕ

В жизни растений и животных велика роль окислительных ферментов, содержащих железо. К их числу относятся широко распространённые в животных и растительных организмах каталаза, пероксидаза, цитохромоксидаза и такие ферменты, как вирдопероксидаза (открытая в лейкоцитах) и цитохромпероксидаза (содержится в дрожжах). В ряде случаев окислительно - восстановительные процессы в организме обусловлены изменением валентности железа, содержащегося в ферментах (Fe2+ превращается в Fe3+).

В то же время необходимость оценки действия железа в гигиеническом аспекте предполагает химический контроль не только за продукцией промышленного производства, но также и объектов окружающей среды, в особенности многих вид вод.

Поэтому интенсивное развитие науки, техники и промышленности на современном этапе выдвигает перед химиками-аналитиками задачи по созданию новых и совершенствованию существующих методов анализа с улучшенными метрологическими характеристиками и возможностью их использования в широком интервале определяемых концентраций железа в различных по природе промышленных и биологических материалах, а также других объектах.

Одним из направлений решения вышеуказанных задач является кондуктометрия, обладающая высокой правильностью, воспроизводимостью, экспрессностью, надёжностью, широкими диапазонами определяемых концентраций металлов и простотой аппаратурного и методического оформления.

Цель работы. Оптимизация условий и разработка экспрессных методик кондуктометрического определения железа в его индивидуальном состоянии, модельных бинарных, тройных и более сложных смесях, а также в различных природных объектах и промышленных материалах с улучшенными метрологическими характеристиками (правильность, воспроизводимость, селективность и др.)

Глава I. Кондуктометрическое определение различных соединений

(литературный обзор)

Кондуктометрические методы анализа основаны на измерении удельной и эквивалентной электропроводности исследуемых растворов [1]. Электрический ток при этом переносится через растворы электролитов ионами, находящимися в растворе, несущими положительные и отрицательные заряды. Измеряя электропроводность растворов, можно определять содержание различных веществ и соединений. Электропроводность растворов определяют с помощью кондуктометров различной конструкции, измеряя при этом электрическое сопротивление жидкости, находящейся между двумя электродами, опущенными в анализируемый раствор.

Как правило, кондуктометрические методы анализа бывают трёх видов: прямая кондуктометрия (основанная на непосредственном измерении электропроводности раствора исследуемого индивидуального вещества), кондуктометрическое титрование (основанное на измерении электропроводности раствора, изменяющейся при взаимодействии титранта с определяемым веществом) и хронокондуктометрическое титрование (основанное на определении содержания вещества по времени титрования).

кондуктометрический металл титрование электролит

1.1 Прямая кондуктометрия

В 1958 году авторы работы [2] предложили метод, позволяющий анализировать трёхкомпонентные смеси (HNO3-H2SO4-H2O) измерением только электропроводности раствора.

В работе вычислена удельная электропроводность водных растворов Ba(OH)2 для разных концентраций при температурах в области 18-30°С. Согласно полученным данным, зависимость удельной электропроводности в разбавленных растворах Ba(OH)2 от его концентрации подчиняется выражению ч=К*С0,98. Незначительное отклонение от линейности для зависимости удельной электропроводности от концентрации позволяет использовать формулу, которая с учётом температурной зависимости пригодна для содержания углерода при температуре 18-30°С. В кондуктометрическом определении углерода может быть использован кондуктометр ПЭК.

Авторами работы [3] показано, что критерием выбора числа аналитических сигналов является допустимая погрешность анализа. Ими рассмотрены способы построения градуировочных характеристик аналитических сигналов при кондуктометрических измерениях состава растворов, содержащих гидроксид, сульфид и карбонат натрия, а также продукты делигнификации древесины.

Авторы работы [4] в условиях восстановления N2O, NO и O2 аммиаком определили активность и электропроводность ванадийоксидного катализатора. Установлено, что до 300?С реакция между N2O и NH3 не протекает. Показано, что электропроводность катализатора под действием реакционной смеси, составленной из окислителя (NO, NO2 и O2) и восстановителя (NH3) представляет собой усреднённое значение электропроводностей, приобретённых катализатором под действием индивидуальных реагентов, составляющих эти смеси.

Методом кондуктометрии авторы работы [5] исследовали образование комплексов полиэтиленгликоля с солями - KCl, KBr и KJ при 299-331 К. Показано, что введение KCl повышает электропроводность в 2,5 раза, а KBr-6,25 раз, введение же KJ, напротив, понижает электропроводность в 0,05 раз.

В работе [6] изучена возможность определения свободных и этерифицированных карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты кондуктометрическим методом. Показаны преимущества и недостатки кондуктометрического метода определения степени этерификации в сравнении с потенциометрическим и другими электрохимическими вариантами.

1.2 Косвенная кондуктометрия - кондуктометрическое титрование

Как известно [7], для химического анализа большое значение имеет кондуктометрическое титрование, как метод объёмного анализа. Худякова и Крешков проводили кондуктометрическое титрование сильными основаниями смесей сильной и слабых кислот, при этом вычислены значения удельной электропроводности анализируемого раствора, на основании чего построены кривые теоретического кондуктометрического титрования. Кондуктометрическое титрование сильными основаниями позволяет анализировать смеси 0,1н. растворов сильных кислот со слабыми кислотами с pKA в интервале 4-10.

Разработаны простые, экспрессные и точные электрохимические методики титриметрического определения некоторых лекарственных препаратов, воздействующих на центральную нервную систему. Предложенные методики основаны на кондуктометрическом титровании этих веществ раствором NaOH, HgCl2 или AgNO3 и применены при анализе различных фармацевтических препаратов.

Глава 2. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Основными источниками информации об электрохимическом поведении исследуемого металла, реагента и его металлокомплекса служили кривые кондуктометрического титрования Fe3+, полученные при его определении раствором ЭДТА на различных по природе и концентрации фоновых электролитах.

2.1 Сущность кондуктометрического метода определения металлов

Электропроводность раствора при оптимизированных условиях пропорциональна его концентрации и зависит от характера используемого электролита, температуры и концентрации в нём растворённого вещества. Пользуясь методом кондуктометрического титрования, основанным на измерении электропроводности исследуемого раствора, с достаточной точностью можно построить кривые кондуктометрического титрования.

Точку эквивалентности (т.э.) фиксировали по резкому излому кривой (пересечению двух прямых) титрования, показывающему изменение электропроводности исследуемого раствора по мере прибавления титранта при титровании.

Как известно, при кондуктометрических определениях образующиеся комплексы должны отличаться высокой устойчивостью, отвечать определённому составу с известным координационным числом. Поскольку в ряде случаев комплексообразование обуславливает изменение концентрации ионов водорода в растворе, то значительное влияние при титровании оказывает pH среды. В тех случаях, когда возникает необходимость проводить титрование только при определённых значениях pH, то добавляют буферные растворы. В результате комплексообразования в исследуемом растворе одни ионы заменяются другими. При добавлении же буферных растворов вводятся новые по природе и содержанию ионы, подвижность которых в титруемом растворе влияет на характер кондуктометрических кривых и результаты титрования.

2.2 Методика проведения кондуктометрического титрования

Для приготовления стандартного раствора ЭДТА применяли её двунатриевую соль, которая кристаллизуется с двумя молекулами воды - Na2C10H14O8N2 * 2H2O. Препарат предварительно высушили при 80?С. Её 0,1М раствор готовили растворением навески в бидистиллированной воде, концентрацию его устанавливали по стандартному раствору хлорида цинка.

Стандартные растворы катионов: железа, кадмия, висмута, цинка, кобальта, кальция и анионов: нитрат-, хлорид-, и ацетатионов с концентрацией 0,01М готовили растворением соответствующих навесок в бидистиллированной воде.

Буферные растворы:

1) CH3COOLi (1,0М) + HCl (1,0М), pH=1,45;

2) C6H4(COO)2HK (калий фталевокислый),(0,1М), pH=3,20;

3) KH2PO4 (0,1М) + Na2HPO4 (0,1М), pH=6,45;

4) Na2B4O7*10H2O (0,1М) + HCl(0,1М), pH=7,95;

5) Na2B4O7*10H2O (0,1М) + NaOH (0,1М), pH=10,25;

6) Ca(OH)2,(насыщ.), pH=12,20

готовили в соответствии с приёмами и процедурами, известными в литературе.

Методика выполнения определения Fe3+ сводится к следующему: аликвотную часть (50 мл) 0,03М раствора соли железа(III) поместили в электролитическую ячейку, добавили 3,0 мл ацетатной буферной смеси (pH=1,45), опустили электрод в исследуемый раствор и титровали 0,05М раствором ЭДТА при постоянном перемешивании.

Контроль pH буферных растворов (смесей) осуществляли с помощью универсального иономера ЭВ-74.

2.3 Влияние природы, концентрации и pH фонового электролита на кондуктометрическое определение железа (III)

Основным фактором, влияющим на образование устойчивого комплекса, является природа, концентрация фонового электролита и pH среды, поэтому при оптимизации условий определения железа(III) раствором ЭДТА нами было изучено его электрохимическое поведение на различных по природе и концентрациям фонах.

В качестве фоновых электролитов были использованы смеси:

ацетата лития и хлористоводородной кислоты (pH=1,45);

гидроортофосфата натрия и дигидроортофосфата калия (pH=6,45);

тетрабората натрия и хлористоводородной кислоты (pH=7,95);

тетрабората натрия и гидроксида натрия (pH=10,25);

и растворы -

калия фталевокислого (pH=3,20),

гидроксида кальция (pH=12,20),

оказывающие существенное влияние на форму кривой и результаты кондуктометрического титрования Fe3+ раствором ЭДТА. Как видно из приведённых данных, диапазон кислот и оснований довольно широк и pH

среды колеблется от 1,45 до 12,20, что свидетельствует о значительно большом пределе использования фоновых электролитов с широкими кислотно-основными свойствами. Некоторые из полученных нами данных приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты влияния природы фонового электролита на кондуктометрическое титрование 9,33 мг/50 мл железа раствором ЭДТА

Из данных таблицы видно, что наилучшие результаты достигаются при использовании ацетатного буферного раствора (pH=1,45), поэтому все последующие операции по определению железа(III) раствором ЭДТА проводили на этом фоновом электролите.

2.4 Влияние посторонних катионов и мешающих анионов на кондуктометрическое определение железа(III)

Для установления возможности определения железа(III) раствором ЭДТА в реальных объектах необходимо располагать данными о количественных соотношениях и взаимовлияниях посторонних сопутствующих ему элементов, присутствующих в анализируемой пробе, так как от этих факторов во многом зависят правильность и воспроизводимость полученных результатов.

Поэтому представляло интерес проверить возможность определения железа(III) в модельных бинарных, тройных и более сложных смесях, состоящих из числа тех катионов, комплексообразующих соединений и мешающих анионов, которые часто и широко сопутствуют ему в природе.

Располагая качественными и полуколичественными характеристиками анализируемых объектов, важно было определить предельно допустимые концентрации посторонних сопутствующих компонентов, не оказывающих существенного мешающего влияния на определение железа(III).

В таблице 4 приведены результаты, полученные при установлении предельно допустимых концентраций различных посторонних ионов, оказывающих мешающее влияние на форму кривых и результаты определения железа в бинарных смесях при их различных соотношениях, правильность которых устанавливали методом “введено-найдено”.

Таблица 4

Результаты влияния посторонних сопутствующих катионов и мешающих анионов на правильность и воспроизводимость кондуктометрического определения железа раствором ЭДТА

(СFe(III)=1,92мг/50мл; Х-сопутствующий компонент, n=3, P=0,95)

Из данных таблицы видно, что железо с допустимой погрешностью определяется в присутствии 10-30-кратных количеств кадмия(II), висмута(III), цинка(II), кобальта(II), кальция(II), а также нитрат-, ацетат-, хлорид ионов.

При таких оптимизированных условиях титрования первыми в реакцию комплексообразования вступает железо(III). Реакция протекает количественно, которая в т.э. имеет кислую среду. При таких условиях указанные катионы практически с ЭДТА не взаимодействуют.

ВЫВОДЫ

Обосновано использование различных по природе и концентрации фоновых электролитов (буферных смесей) и оптимизированы условия при кондуктометрическом определении железа (III) раствором ЭДТА.

Установлена корреляция между природой, концентрацией, рН фонового электролита и формой кривых, полученных при кондуктометрическом титровании железа(III) раствором ЭДТА.

Показано, что характер и степень взаимовлияния железа(III) и сопутствующих посторонних металлов зависят от их природы и концентраций. Установлены предельно допустимые концентрации Cd2+, Bi3+, Zn2+, Co2+, Ca2+, NO3-, CH3COO-, Cl- при кондуктометрическом определении железа (III) раствором ЭДТА.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ciszkowska Malgorzata, Guillaume Melissa D.,Kotlyar Igor. Electroanalytical studies of coil-to-helix transition of anionik polysaccharides: comparison of voltammetric and conductometrik results. The Pittsburg: PITTCON,2000: Book. Abstr. 2000, S.66-68.

2. Murugendrappa M.V., Khasim Sued, Prasad M.V. Conduktivity and DSC studies of poly(etilenglycol) and its salt complexes. Ambika. Indian J Eng and Mater Sci 2000, V.7,№5-6, S.456-458.

3. Lobbus M., Sonnteld J.,Van leeuwen H.P., Vogelsberger W., Lyklema J.J. An improved method for calculating zeta-potentials from measurements of the elektrokinetic sonic amplitude. Colloid and Interfase Sci. 2000.V.229,№1, S.174-183.

4. Zemann Andreas J. Conduktivity detektion in capillary elektrophoresis. TRAC: Trends Anal. Chem. 2001. V. 20. №6-7 S.346-354.

5. El - Ashry S.M., Shehata J.A., El - Sherbeny M.A., El - Sherbeny D.T., Belal F. Conduktometric determination of some drugs acting on the central nervous system. Chem. anal. 2000. V.45,№6, S.859-866.

6. Erbil C., Ozdemir S., Uyanik N. Determination of the monomer reactivity ratios for copolymerization of itaconic acid and acrylamide by conductometric titration method. Polymer. 2000. V.41. №4 S.1391-1394.

7. Parker C.R. Water analysis by atomic absorption spektroscopy. Anal. Сhem., 1972, S.50-76.

Список прочитанной литературы

Spektrophotometric Determination of Total Gossypol in cottonseeds and cottonseed meals American Chemical Society Anal. Chem. 1984, 56, 30-32 3200

Voltamperometric determination of Traces of Nicel(II)with a Medium Exchange Flow System and a Chemically Modified Carbon Paste Electrode Containing Dimethylyoxime American Chemical Society Anal. Chem. 1988, 60, 151-155 3500

Elemental Analisis of Estuarine Sediments by Lithium Metaborate fusion and Direct Current Plazma Emission Spectrometry American Chemical Society Anal. Chem. 1984, 56, 33-37 3200

Размещено на Allbest.ru