Оптимизация фотометрического определения железа в воде

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимизация фотометрического определения железа в воде

Апакаева Анастасия Валериевна, Аль Ансари Светлана Васильевна, Смирнова Лариса Георгиевна и Смирнов+ Александр Константинович

Кафедра общей химии. Марийский государственный университет. пл. Ленина, 1.

г. Йошкар-Ола, 424000. Республика Марий Эл. Россия. Тел.: (8362) 42-55-94. E-mail: aksmi@yandex.ru

Аннотация

Результаты исследования показали, что ацетилацетон может быть рекомендован как фотореагент при определении железа в различных объектах, в том числе и в воде. Подобраны оптимальные условия количественного определения Fe(III) при использовании в качестве фотореагента ацетилацетона. Показано отсутствие мешающего влияния Cu(II) при использовании ацетилацетона как фотореагента. Выявлена более высокая чувствительность ацетилацетонатного метода определения Fe(III) по сравнению с регламентированным сульфосалицилатным методом.

Ключевые слова: анализ, экстракция, концентрирование.

фотореагент ацетилацетон железо медь

Введение

Железо является важнейшим микроэлементом, который необходим для нормальной жизнедеятельности организм. В организме человека содержится около 5 г железа. Ежедневное потребление железа составляет 10-20 мг.

Недостаточное потребление железа может привести к развитию анемии, нарушению работы мышечного аппарата, пищеварения, нервной системы. У растений наблюдается сбой в образовании хлорофилла.

Избыток железа приводит к нарушению функционирования внутренних органов, расстройству нервной, иммунной и пищевой систем. У растений прекращается рост, происходит отмирание листьев, затрудняется усвоение фосфора и марганца. Избыточная доза железа (200 мг и больше) может оказывать токсическое действие.

Железо в организме поступает как пищей, так и с водой. Содержание железа в воде больше 1-2 мг/дм3 значительно ухудшает ее органолептические свойства, придавая вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования.

ПДК железа в питьевой и природных водах составляет 0.3 мг/дм3 [1, 2]. Содержание ионов железа(II,III) является одним из важнейших показателей качества воды, контролируемого аналитическими лабораториями. В связи с этим очень важно, какой метод анализа будет применяться для контроля.

Экспериментальная часть

В качестве фотореагентов в известных методиках фотометрического определения железа в природных и питьевых водах рекомендуется использовать: сульфосалициловую кислоту, ортофенантролин, 2,2-дипиридил [3-5]. Поскольку содержание железа в воде незначительно, то непосредственному определению предшествует стадия концентрирования. В методиках, вошедших в ГОСТы, концентрирование предлагается проводить упариванием пробы в 2-3 раза в присутствии конц. HCl, для перевода в раствор железа, находящегося в твердой фазе и для разрушения железоорганических соединений.

Для концентрирования железа мы применили метод экстракции. Преимущество экстракции пред другими методами концентрирования связано с большей скоростью достижения межфазного равновесия и быстрым отделением одной фазы от другой.

Стандартные растворы Fe(III) готовили из NH4Fe(SO4)2·12H2O (ГОСТ 4205-68). Навеску квасцов растворяли в дистиллированной воде с добавлением HCl (с = 1.19 г/см3) для подавления гидролиза соли.

Органическими растворителями, которые мы использовали для экстракционного концентрирования были: толуол, тетрахлоруглерод, дихлорэтан, петролейный эфир, ацетилацетон. Из этих пяти растворителей в качестве разбавителя был выбран ацетилацетон (AcAc). Эксперимент показал, что остальные растворители при разных значениях pH, начиная с 1.0 и до 10.0, не экстрагируют.

При оценке степени извлечения железа из водного раствора ацетилацетоном выяснилось, что максимально она составляет 50% при двукратной экстрации. Дальнейшее увеличение числа экстракций результат не улучшило. Объем AcAc на степень извлечения практически не влияет. Вероятнее всего AcAc в данном случае играет двоякую роль, одновременно являясь органическим растворителем и экстраагентом, так как органическая фаза окрашивается в интенсивно оранжевый цвет, цвет ацетил-ацетонатного комплекса Fe(III), AcAc частично растворим в воде, комплексы Fe(III) с ацетилацетоном тоже. Этим объясняется низкая степень извлечения железа в органическую фазу. Как органическая фаза, так и водная интенсивно окрашены, что дает возможность использовать обе фазы для фотометрического определения железа в них. Предпочтительнее определение железа вести в водных растворах, поэтому следующий этап нашей работы был связан с подбором оптимальных условий фотометрирования ацетилацетонатных комплексов Fe(III) в воде.

Рис. 1. Электронные спектры поглощения растворов 1 - CFe3+ = 7·10-5 M, l = 5 см; 2 - CFe3+ : CAcAc = 1:3, CFe3+ = 7·10-5 M, l = 5 см (l - толщина поглощающего слоя)

Ацетон предварительно перегоняли при 139 oС в вакууме водоструйного насоса. Чистоту AcAc определяли по показателю преломления.

Для достижения максимальной чувствительности и точности определения, измерение светопоглощения проводят при оптимальной длине волны. В качестве оптимальной длины волны нами была выбрана длина волны 440 нм, так как полоса поглощения ацетилацетоната Fe(III) практически свободна от наложения полос поглощения исходных веществ и имеет большой коэффициент поглощения (рис. 1).

Фотометрические реакции проводят в условиях, обеспечивающих полноту превращения определяемого вещества. Важнейшими из них являются: pH раствора, концентрация реагентов, их соотношение, время реакции. При изменении pH фотометрируемое соединение может разрушиться, могут идти окислительно-восстановительные процессы и пр.

Результаты и их обсуждение

Рис. 2. Изучение влияния pH на процесс комплексообразования l = 5 см, л = 440 нм, CFe3+ = 7·10-5 ,СAcAc = 2.1·10-4

Для нахождения оптимального значения pH образования фотометрируемого соединения, мы построили кривую зависимость оптической плотности от pH (рис. 2).

На ней четко регистрируются две горизонтальные площадки с постоянной оптической плотностью, соответствующие оптимальным условиям существования комплексных частиц Fe(III) с AcAc. Анализ этой зависимости позволил установить, что в системе Fe(III) - AcAc - H2O в интервале pH от 1.0 до 2.5 про-исходит образование ацетилацетоната Fe(III) с мольным соотношением компонентов 1:1, устойчивого в пределах pH 2.5-3.2. Увеличение pH приводит к координации еще двух частиц лиганда и образованию в конечном итоге трисацетилацетоната Fe(III). Область кислотности, обеспечивающая стабильность состояния трискомплекса составляет 4.5-8.0 ед. pH. Ацетилацетонаты Fe(III) обладают значительной устойчивостью: lgв1 = 11.53; lgв3 = 29.71 (расчет констант устойчивости проводили методом Россотти по кривой зависимости A = f(pH)).

Отсюда можно сделать вывод: оптимальным интервалом pH, в котором следует проводить определение Fe(III), в виде ацетилацетонатного комплекса, скорее всего, является интервал pH = 4.5-8.0. Он в отличие от первого интервала pH шире и следовательно поддерживать постоянным значение pH в реакционной смеси легче.

Количество фотореагента, необходимого для полного связывания Fe(III) в комплексное соединение находили из серий насыщения Fe(III) AcAc снятых при pH ~3.0 и pH ~7.0. Анализ кривых показал, что в системе Fe(III) - AcAc - H2O образуются координационные частицы с соотношением Ме:L = 1:1 и 1:3. Следовательно, количество AcAc, необходимое для полного связывания Fe(III) в наиболее устойчивое комплексное соединение, должно превышать количество Fe(III) как минимум в три раза.

Что касается времени, то, как показал эксперимент, фотометрирование можно проводить в любое время после сливания растворов реагентов, так как при выбранных оптимальных условиях, оптическая плотность фотометрируемого соединения не изменяется во времени.

Рис. 3. Градуировочный график для определения содержания железа(III) l = 5 см, л = 440 нм, pH = 7.0

В подобранных нами оптимальных условиях фотометрирования был построен градуировочный график для определения Fe(III) (рис. 3).

Наиболее распространенным фотометрическим методом определения железа является сульфосалицилатный метод. Преимущество использования для определения Fe(III) предлагаемого нами в качестве фотореагента ацетилацетона в том, что реакция Fe(III) с ним более чувствительна, а, следовательно, и метод определения тоже более чувствительный о чем говорит больший угол наклона линейного градуировочного графика (tgб градуировочного графика, полученного нами при использовании в качестве фотореагента сульфосалициловой кисло-ты, составляет 0.2435).

В ряде методов количественного определения железа в различных объектах, в том числе и в воде, в качестве мешающего определению компонента указывается медь. В случае использования ацетилацетона как фотореагента в подобранных оптимальных условиях фотометрирования ацетилацетонатов Fe(III), медь не мешает определению железа, так как на длине волны 440 нм ацетилацетонаты Cu(II) не поглощают, хотя и образуются почти в тех же интервалах pH.

Выводы

Ацетилацетон можно использовать как фотореагент при определения железа(III).

Литература

1. Сан ПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М.: Минздрав России. 2002. 104с.

2. ГН 2.1.5.1315-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового пользования.

3. ГОСТ 4011-72 Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа.

4. ПНД Ф 14.1:2.50-96 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации общего железа в природных и сточных водах фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой.

5. Государственный контроль качества воды. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ИПК Издательство стандартов. 2003. С.381-388.

Размещено на Allbest.ru