Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КНЯЗЕВА Т.В
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим работам по спецкурсу «Физико-химические методы анализа. Пламенная фотометрия и атомная абсорбция» для студентов открытого факультета
Ростов-на-Дону
2011
Методические указания предназначены для слушателей открытого факультета по специализации «Техно-химический контроль качества пищевых продуктов и фармпрепаратов», являются практическим приложением к курсу «Физико-химические методы анализа. Фотометрия пламени и атомно-абсорбционный анализ». Представляют собой изложение методик выполнения некоторых практических работ, что способствует лучшему усвоению теоретического материала. Отдельно приведены темы для самостоятельног изучения и контрольные вопросы для подготовки к зачету.
Методы фотометрии пламени и атомной абсорции – наиболее современные методы анализа, позволяющие количественно определять как жизненно важные макро- (Na,K, Mg, Ca и P) и микроэлементы (Cu, Zn, Fe, Sn, V, Se, Cr, Mo, Mn, Co и Ni) пищевых продуктов, так и элементы-токсиканты ( Cd, Hg, B, Pb, Sb, As).
Практическая работа 1
Пламенно-фотометрическое определение натрия и калия в минеральных водах
Определению натрия в водах мешает калий, если его концентрация
превышает концентрацию натрия, вследствие смещения ионизационных равновесий в пламени. Мешающее влияние может оказывать кальций, если соотношение Са : Na составляет более 10:1, из-за возможного наложения молекулярной полосы CaO – 605 нм на атомную (резонансную) линию натрия с длиной 589 нм.
Влияние калия наиболее эффективно снижается путем добавления в анализируемый раствор ионизационного буфера – раствора хлорида лития. Литий легко ионизируется в пламени и снижает ионизацию атомов натрия и калия.
Эмиссионное излучение кальция уменьшается при использовании спектрохимического буфера – раствора нитрата алюминия, связывающего кальций в труднолетучее соединение CaAl2O4. .
Цель работы: изучение метода определения калия и натрия в водах и способа устранения мешающего влияния калия и кальция на результаты определения натрия.
Приборы и реактивы :
1. Пламенный фотометр «Flapho 4”
2. Источник возбуждения спектра: пламя пропан-воздух
3. Мерные колбы вместимостью 25 мл – 5-7 шт.
4. Основной стандартный раствор, содержащий по 100 мг / дм 3 Na+ и K+
5. Спектрохимический буферный раствор, содержащий хлорид лития (1,3%) и нитрат алюминия (20%).
Анализируемые объекты: минеральные воды различного состава и назначения.
Подготовка проб воды к анализу.
Негазированные воды не требуют специальной подготовки к анализу, кроме необходимого разбавления.
Газированные воды подвергают дегазированию следующим образом: 100 мл анализируемой воды отбирают с помощью мерной колбы, переносят в коническую и подвергают кипячению в течение 20-25 мин до прекращения выделения углекислого газа. Затем охлаждают раствор пробы, прибавляют 1 к. азотной кислоты концентр. для растворения выпавших солей и переносят количественно в мерную колбу на 100 мл, доводят до метки дистил. водой, перемешивают.
Выполнение работы. В мерные колбы приливают мерной пипеткой на 10 мл по 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 и 10,0 мл основного раствора калия и натрия, затем добавляют в каждую по 5 мл буферного раствора, доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают.
Приготовленные стандартные растворы содержат 8,0; 16,0; 24,0; 32,0; 40,0 мг/л Na+, K+.
Подготавливают прибор к измерениям в соответствии с инструкцией: устанавливают нужный светофильтр - для определения калия по атомной линии с длиной 766,5 нм (темное стекло) и определения натрия по линии 589 нм (оранжево-красное). Распыляя раствор с максимальной концентрацией и изменяя усиление аналитического сигнала, устанавливают стрелку микроамперметра на отсчет 100. Распыляют в атомизатор дистиллированную воду и выводят стрелку микроамперметра на нулевое деление. Добиваются воспроизводимости крайних значений рабочего диапазона шкалы микроамперметра. Затем фотометрируют стандартные растворы и строят градуировочный график в координатах: "концентрация натрия или калия в мг/дм3 (абсцисса) - показания микроамперметра в условных единицах (ордината)".
По градуировочному графику определяют содержание натрия и калия в анализируемом (фотометрируемом) растворе.
Предварительно аликвотная часть (Vал) анализируемого образца воды выбирается таким образом, чтобы результаты фотометрирования разбавленного раствора пробы находились в пределах интервала прямопропорциональной зависимости градуировочного графика.
Полученное по градуировочному графику значение концентрации натрия и калия пересчитывается на содержание в анализируемом образце воды по формуле:
С (Na, K)обр. = Сгр.(Na, K)· 25: Vал (мг/дм3)
Для большинства природных вод (в том числе минеральных) характерно значительно меньшее содержание калия по сравнению с содержанием натрия. Поэтому, если величина сигнала эмиссии калия (отклонение стрелки микрогальванометра) меньш 5 у.е., для определения калия используют метод добавок.
Для этого измеряют величину сигнала эмиссии калия в разбавленном растворе пробы воды (Ix), а затем приготавливают два раствора с той же аликвотной частью раствора пробы, что и предыдущий, но с добавлением 2,0 и 4,0 мл основного стандартного раствора Na+ , K+.
Полученные результаты фотометрирования растворов с добавками (Ix + доб 1 и Ix + доб2) и без (Ix) используют для расчета концентрации калия в фотометрируемом растворе по формуле:
Сх(К+) = С(К+)доб· ( Ix/ Ix + доб - Ix)
для добавок 1 и 2. Полученные значения пересчитывают на содержание калия в анализируемой пробе.
Полученные результаты определения натрия и калия в образце анализируемой воды сравнивают с сертифицированным содержанием.
Практическая работа 2
Пламенно-фотометрическое определение кальция в присутствии алюминия
Пламенно-фотометрическому определению кальция мешает алюминий, в присутствии которого проявляется эффект «гашения» излучения вследствие образования труднолетучего соединения:
CaO +AL2O3 Þ CaAL2O4
Введение значительного количества соли лантана связывает мешающий элемент и освобождает определяемый:
CaO + AL2O3 + изб. La2O3 Þ CaO + LaALO3
Определение кальция проводится по молекулярным полосам CaO и CaOH с максимумами 605 и 625 нм.
Цель работы: изучение метода определения кальция и способа устранения эффекта «гашения» излучения кальция добавлением солей лантана.
Приборы и реактивы :
6. Пламенный фотометр «Flapho 4”
7. Источник возбуждения спектра : пламя пропан-воздух
8. Мерные колбы вместимостью 25 мл – 15 шт.
9. Основной стандартный раствор, содержащий 880 мг / дм 3 Ca2+
10. Стандартный 0,025 М раствор нитрата алюминия
11. Спектрохимический буферный раствор хлорида лантана, 1% по La
Выполнение работы.
1) В мерные колбы приливают мерной пипеткой на 10 мл по 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 и 12,0 мл основного раствора кальция, по 5 мл раствора соли лантана в каждую колбу, затем доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают.
Приготовленные стандартные растворы содержат 70,4; 140,8; 211,2; 281,6; 352,0 мг/л Ca2+.
Подготавливают прибор к измерениям в соответствии с инструкцией: устанавливают нужный светофильтр - для определения кальция. Распыляя раствор с максимальной концентрацией и изменяя усиление аналитического сигнала, устанавливают стрелку микроамперметра на отсчет 100. Распыляют в атомизатор дистиллированную воду и выводят стрелку микроамперметра на нулевое деление. Добиваются воспроизводимости крайних значений рабочего диапазона шкалы микроамперметра. Затем фотометрируют стандартные растворы и строят градуировочный график в координатах: "концентрация кальция в мг/дм3 (абсцисса) - показания микроамперметра в условных единицах (ордината)".
2) Для изучения влияния алюминия на величину эмиссионного сигнала кальция готовят 2-ю серию растворов, содержащих те же концентрации кальция, что и в предыдущей серии, но с добавлением по 2,0 мл раствора нитрата алюминия в каждой пробе. Молярное соотношение AL:Ca <2:1.
При фотометрировании растворов наблюдается эффект «гашения» излучения молекулярной полосы кальция алюминием.
3)Для изучения влияния «освобождающей добавки» на результаты определения кальция в присутствии алюминия готовят еще серию растворов: 3-ю – с добавлением 2,0 мл раствора нитрата алюминия и 5 мл раствора соли лантана в каждой колбе.
Фотометрируют приготовленную серию растворов и строят градуировочный график, полное совпадение которого с первым будет служить доказательством того, что влияние алюминия на результаты определения кальция устранено.
По градуировочному графику определяют содержание кальция в анализируемом (фотометрируемом) растворе.
Предварительно аликвотная часть (Vал) анализируемого образца воды выбирается таким образом, чтобы результаты фотометрирования разбавленного раствора пробы находились в пределах интервала прямопропорциональной зависимости градуировочного графика.
Полученное по градуировочному графику значение концентрации кальция пересчитывается на содержание в анализируемом образце воды по формуле:
С (Ca2+)обр. = Сгр.(Ca)· 25: Vал (мг/дм3)
Полученные результаты определения кальция в образце анализируемой воды сравнивают с сертифицированным содержанием.
Практическая работа 3
Атомно-абсорбционное определение кобальта в лекарственном препарате в12
Цианокобаламин (витамин В12) соответствует брутто-формуле C63H88CoN14O14P (М.в. –1355,4 г/моль). В растворе для инъекций содержится 500 мкг В12 в 1 мл, раствор приготовлен на 0,9%-ном водном растворе NaCL. Количественное определение витамина В12 можно определять по содержанию кобальта в растворе.
Цель работы: изучение экспрессного и селективного атомно-абсорбционного метода определения металлов в растворах, а также количественное определение содержания витамина В12 в растворе для инъекций.
Приборы и реактивы :
1. Атомно-абсорбционный спектрофотометр AAS-1N
2. Источник возбуждения спектра: пламя ацетилен - воздух
3. Мерные колбы вместимостью 25 мл – 5 шт.
4. Основной стандартный раствор, содержащий 99,7 мг / дм 3 Co2+
5. Хлористый натрий, водный раствор, 10%
6. Дистиллированная вода для разбавления.
Выполнение работы.
1) В мерные колбы приливают мерной пипеткой на 10 мл по 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 и 10,0 мл основного раствора кобальта, прибавляют 2,0 мл раствора NaCL, затем доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают.
Приготовленные стандартные растворы содержат 7,98; 15,6; 23,9; 31,2 и 39,9 мг/л Cо2+.
2) Подготавливают спектрофотометр к измерениям в соответствии с инструкцией: устанавливают нужную лампу с полым катодом - для определения кобальта, регулируют рабочий ток, ширину щели монохроматора и степень усиления и напряжение ФЭУ, угол поворота горелки и ее высоту.
Длина волны аналитической линии анализируемого элемента Со 240,7 нм (выделяется монохроматором).
3) Фотометрируют стандартные растворы и анализируемую пробу, распыляя между измерениями дистиллированную воду и контролируя положение нулевой точки прибора.
4) Строят градуировочный график в координатах «показания прибора (атомное поглощение A ) – концентрация (С, мг/л).
По графику определяют концентрацию кобальта в анализируемом растворе.
Используя полученное значение концентрации кобальта, рассчитывают содержание витамина В12 в растворе для инъекций.
ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
1. Электротермические атомизаторы. Графитовые и металлические печи, их преимущества и недостатки.
2. Получение аэрозолей и испарение капель в пламени, виды распылителей.
3. Особенности пробоподготовки различных объектов (в том числе, пищевых продуктов и лекарственных препаратов) к атомно-абсорбционному анализу. 4.Интенсификация и рациональные схемы пробоподгтовки.
5. Атомно-абсорбционное определение тяжелых металлов с использованием экстракционного концентрирования.
6.Техника гидрирования в ААС. Определение летучих элементов, уменьшение матричного влияния, повышение чувствительности анализа
ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
1. Дать общую характеристику метода фотометрии пламени. Какие основные приемы работы используются в методе фотометрии пламени? Какие достоинства и недостатки имеет этот метод анализа?
2. Составить схему основных физико-химических процессов, происходящих в пламени.
3. Какие основные приемы работы используются в методе фотометрии пламени? Достоинства и недостатки метода?
4. Составить схему основных физико-химических процессов, происходящих в пламени.
5. Назвать способы получения поглощающего слоя атомов в атомно-абсорбционном методе.
6. Какой атомизатор (пламенный или непламенный) предпочтительнее использовать при анализе органических растворителей, масел и т.д.?
7. Объяснить разницу в назначении пламени в методе фотометрии пламени и атомно-абсорбционном методе.
8. Какие элементы можно определять методом фотометрии пламени и какие – атомно-абсорбционным методом?
9. Для чего в атомно-абсорбционном спектрометре может использоваться источник сплошного света?
10. Назвать известные газоразрядные источники излучения.
11. Перечислить основные способы получения монохроматического излучения.
12. Указать назначение основных узлов атомно-абсорбционного спектрофотометра.
13. Что такое модулятор, какова его простейшая конструкция? Указать его расположение в атомно-абсорбционном спектрофотометре и пламенном фотометре.
14. В чем заключается отличие пламенного фотометра от атомно-абсорционного спектрофотометра?
Устройство, характеристики и назначение «лампы с полым катодом»
