Методическая разработка Занимательная химия (стр. 3 )

Разделение двух катионов возможно, если .

Рисунок 1. Схема хроматограммы

Значения Rf некоторых катионов приведены в табл. 2.

Таблица 2. Значения Rf некоторых катионов

Растворитель (подвижная фаза)	Катион	Rf
Ацетон 87 об% HCl 8 об% H2O 5 об%	Ni2+	0,13
Co2+	0,54
Cu2+	0,77
Cd2+	1,00
Fe3+	1,00

Коэффициент движения каждого иона – постоянная величина, не зависящая от концентрации анализируемого раствора, температуры, присутствия других катионов и природы аниона. Однако величина Rf зависит от состава и свойств подвижной фазы и сорта хроматографической бумаги. Чем больше величина Rf, тем быстрее и дальше продвигается катион по бумаге, соответственно, различие в скоростях передвижения и является основой разделения компонентов смеси.

Работа №3. Определение железа и меди в пищевых продуктах методом бумажной распределительной

хроматографии

Железо и медь входят в число десяти жизненноважных элементов (Fe, Cu, Mg, Co, Zn, Mn, Mo, Na, K, Ca). Содержание их в организме ничтожно, тем не менее они необходимы.

Железо сосредотачивается в эритроцитах, в мышечном белке. Главный накопитель железа – печень. Здесь у взрослого человека может быть запасено до 1 г железа. В организме взрослого человека содержится до 3,5 г этого элемента. Недостаток железа приводит к заболеваниям крови – малокровию.

Медь входит в состав фермента тирозиназы, который катализирует окисление аминокислоты тирозина, в результате образуется черный пигмент меланин, вызывающий пигментацию кожи. С патологическим обменом меди связано сравнительно редкое, но очень тяжелое заболевание – красная волчанка. Содержание меди в организме человека в 60 раз меньше, чем железа. Следует отметить, что с изменением баланса железа изменяется и баланс меди. Так, у доноров, многократно сдающих кровь, замечено повышение содержания меди. Основными источниками поступления железа и меди в организм являются продукты питания.

Один из простых и эффективных методов обнаружения и определения железа и меди – бумажная распределительная хроматография.

Реактивы и оборудование

1. Раствор хлорида железа.

2. Раствор K4[Fe(CN)6] – 5%–ный, Na2S, реактив Чугаева.

3. Хроматографические колонки.

4. Хроматографическая смесь: ацетон (87%) – вода (5%) – соляная кислота (8%).

5. Капилляры или пипетки.

6. Бинт, марля.

7. Ступки с пестиками, чашки фарфоровые.

8. Линейки, карандаши.

9. Ножницы.

10. Объекты анализа: гречневая и другие крупы, готовые соки овощей и фруктов, овощи, фрукты, зеленые пряные растения – укроп, кинза, петрушка, печень, цитрусовые, шоколад, конфеты.

Подготовка объекта:

1. 2-3 г мелко нарезанного сокосодержащего подукта (овощи, фрукты, зелень, цитрусовые и др.) помещают в фарфоровую чашку, растирают до однородной массы и отжимают сок (2-3 капли).

2. Для анализа сухих твердых продуктов получают водные вытяжки. Пробу (2–3 г) заливают 0,5–1 мл воды, перемешивают или растирают пестиком и отстаивают с уклоном на несколько минут до отделения жидкости. Для ускорения центрифугируют.

Крупы размалывают в ступке, 1 г размолотой массы переносят в пробирку, вводят 2-3 мл воды и кипятят 1 мин. После охлаждения и отстаивания для анализа применяют водную вытяжку. Для очищения и ускорения получения вытяжки можно отцентрифугировать. Возможно концентрирование вытяжки упариванием до 1 мл.

Выполнение работы. Исследуемые пробы наносят на полоску хроматографической бумаги, по аналогии работы №3 и хроматографируют.

Время хроматографирования обычно составляет 1,5 – 2 часа. Процесс прекращают после того, как растворитель пройдет от линии старта не менее, чем на 10 см. Затем бумажную полоску вынимают, отмечают положение фронта растворителя и высушивают. Измеряют (см. рис. 1) расстояние между стартовой линией и фронтом растворителя (lf).

Место обнаружения зон катионов рассчитывают по величине Rf (табл.4) и экспериментально найденной lf : li = Rf . lf.

Проявление хроматограммы. Высушенную полоску хроматографической бумаги, на которой установлены зоны продвижения железа и меди от старта, обрабатывают 2%-ным раствором K4[Fe(CN)6] (желательно хроматограмму проявлять горизонтально). При наличии железа проявляется синяя зона Fe4[Fe(CN)6] и буро-коричневая зона Cu2[Fe(CN)6], подтверждающие присутствие меди.

Задание

1. Нарисуйте вид хроматограммы и напишите уравнения реакций, протекающих в окрашенной зоне.

2. Установите присутствие железа и меди в анализируемом объекте (по появлению окрашенных зон).

3. Сделайте заключение о полуколичественном их содержании в данном объекте по площади и интенсивности соответствующих зон (табл. 3)

Таблица 3. Данные для полуколичественного определения содержания элемента по интенсивности зоны хроматограммы

Окраска зоны	Содержание железа	Окраска зоны	Содержание меди
синяя	много	буро-коричневая	достаточно
темно-голубая	среднее	коричневая	среднее
слабо-голубая	незначительное	кремовая	незначительное
бесцветная	отсутствует	бесцветная	отсутствует

4. Расположив хроматограммы по возрастанию или убыванию интенсивности зон, сделайте вывод об относительном изменении содержания меди и железа в пищевых продуктах, проанализированных на занятии. Расположите их в ряд по возрастанию содержания микроэлементов.

ТИТРОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

В титрометрическом анализе количество вещества определяют по точному объему раствора известной концентрации (стандартного раствора, титранта), затраченного на реакцию с определяемым веществом.

Точность титриметрических определений несколько меньше, чем гравиметрических, однако разница невелика и компенсируется быстротой анализа. Вместо многих длительных операций гравиметрического анализа (осаждение, фильтрование, прокаливание, взвешивание), при титриметрическом определении проводят всего одну операцию – титрование.

Титрование это процесс прибавления к исследуемому раствору при непрерывном перемешивании из бюретки раствора титранта до окончания реакции, т. е. до точки эквивалентности (ТЭ).

Различают следующие способы титрования.

1. Прямое – при титровании титрант прибавляют непосредственно к раствору анализируемого вещества, т. е. для анализа достаточно одного титранта.

2. Обратное – к раствору анализируемого вещества прибавляют заведомый избыток раствора известной концентрации (первый титрант), затем остаток оттитровывают вторым титрантом. Следовательно, для проведения анализа данным способом необходимо наличие двух титрантов.

Пример. Определение Cl–-ионов методом Фольгарда. Применяют два титранта: раствор AgNO3 (основной) и раствор NH4SCN (вспомогательный).

К анализируемому раствору добавляют избыток раствора AgNO3

Cl– + AgNO3 ® AgCl¯ + NO3– + AgNO3(ост.)

(до титрования).

Затем остаток AgNO3 титруют раствором NH4SCN в присутствии солей Fe3+ (индикатор):

AgNO3 + NH4SCN ® AgSCN¯ + NH4NO3

Fe3+ + 3SCN– ® Fe(SCN)3 –– в Т. Э.

3. Титрование заместителя – рабочим (стандартным) раствором титруют продукт реакции определяемого вещества с каким-либо реактивом.

Пример. Определение свободного хлора в воде или отбеливателях. К анализируемому раствору добавляют KI (избыток). Выделившийся эквивалентный хлору йод оттитровывают стандартным раствором Na2S2O3 в присутствии крахмала:

Cl2 + 2KI ® 2KCl + I2 (до титрования)

I2 + 2Na2S2O3 ® 2NaI + Na2S4O6 (при титровании)

В точке эквивалентности nэ(Cl2) = nэ(I2) = nэ(Na2S2O3)

Классификация титриметрических методов.

В зависимости от того, какая реакция находится в основе титрования, различают следующие методы титриметрического анализа:

1. методы кислотно-основного титрования;

2. методы окислительно-восстановительного титрования, основанные на окислительно-восстановительных реакциях. При помощи окислителей определяют вещества–восстановители и наоборот. Наиболее распространены методы перманганатометрии, йодометрии и дихроматометрии;

3. методы осаждения и комплексообразования, основанные на реакциях осаждения ионов или на связывании их в комплексные соединения.

Требования к реакциям. Для того, чтобы реакция могла применяться в титриметрическом методе, она должна удовлетворять следующим требованиям.

1. концентрация титранта должна быть известна;

2. реакция должна протекать достаточно быстро и быть практически необратимой. Точно должна фиксироваться точка эквивалентности, при медленно идущих реакциях это практически невозможно;

3. титрант с титруемым должны реагировать в определенном и постоянном соотношении, т. е реакция должна описываться химическим уравнением;

4. посторонние вещества, находящиеся в растворе, не должны мешать основной реакции. Титрант должен расходоватся исключительно на реакцию с определяемым веществом;

5. окончание реакции должен быть резко выражен внешним признаком – появлением или изменением окраски, образованием осадка, т. е. ТЭ или КТТ должна четко фиксироваться.

Важнейшие этапы титриметрических определений

Важнейшими этапами титриметрических определений являются:

1. Расчет и взятие навески;