KOLORYMETRIA - OZNACZANIE Cr(VI) METODĄ

Instytut Ochrony Środowiska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. H. Cegielskiego w Gnieźnie
ĆWICZENIE
11
ANALIZA INSTRUMENTALNA
KOLORYMETRIA - OZNACZANIE Cr(VI) METODĄ
DIFENYLOKARBAZYDOWĄ
DZIAŁ: Kolorymetria
ZAGADNIENIA
Elektronowe widmo absorpcyjne; rodzaje przejść elektronowych w kompleksach metali delektronowych; szereg spektrochemiczny; Prawa absorpcji I; II;III; ograniczenia w stosowaniu prawa
Lamberta-Beera; schemat blokowy spektrofotometru UV-VIS; budowa poszczególnych części
spektrofotometru, analityczna długość fali; zastosowanie spektrofotometrii UV-VIS w analizie
jakościowej i ilościowej; metoda krzywej kalibracyjnej
LITERATURA
Walenty Szczepaniak – Metody instrumentalne w analizie chemicznej; PWN, W-wa 2002
I. WSTĘP I CEL ĆWICZENIA
Przykłady związków chromu na +6 stopniu utlenienia to: Tlenek chromu (VI) (tritlenek
chromu) CrO3 ; Dichromiany(VI) - sole kwasu dichromowego(VI) H2Cr2O7; K2Cr2O7 .
Jony chromianowe (VI) powstają w środowisku lekko zasadowym, a jony dichromianowe w
środowisku kwaśnym. Jony dichromianowe(VI) mogą przechodzić w jony chromianowe(VI)
i odwrotnie.
Chromiany mają silne właściwości utleniające, szczególnie w roztworach zakwaszonych.
Chrom ze stopnia utlenienia VI redukuje się do chromu III.
Tlenek chromu(VI) ma charakter kwasowy. Rozpuszcza się w wodzie tworząc kwas
chromowy(VI) – żółty lub pomarańczowy kwas dichromowy(VI). Oba nie istnieją w stanie
wolnym. Ich sole to chromiany (środowisko OH-) i dichromiany (środowisko H3O+)
Związki chromu(VI) są utleniaczami.
Chrom w środowisku może się pojawić głównie w wyniku zanieczyszczenia powietrza.
Związki chromu (VI) są bardziej toksyczne od związków chromu (III). Te pierwsze
występujące w powietrzu w wysokich stężeniach mogą powodować podrażnienie błon
śluzowych nosa (częste krwawienia), płuc, żołądka i jelit. Narażenie na chrom w pokarmie
może powodować chorobę wrzodową żołądka, uszkodzenia wątroby i nerek.
Prowadzić do zaburzeń płodności i podczas ciąży. Związki chromu (VI) są
Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka
Strona 1
Instytut Ochrony Środowiska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. H. Cegielskiego w Gnieźnie
rakotwórcze – powodują na ogół raka płuc u pracowników narażonych na kontakt z tymi
substancjami. Maksymalne dopuszczalne stężenia: Powietrze - chrom(II) i chrom(III) 500
μg/m3, chrom (VI) 1 μg /m3. Zalecana dzienna dawka w pożywieniu Cr3+wynosi 50 - 200 μg.
NAJWYŻSZE DOPUSZCZALNE WARTOŚCI Cr 6+ W ŚCIEKACH:
Chrom+6 0,5 mg Cr/l dotyczy przemysłu ciepłowniczego
Chrom+6 0,1 mg Cr/l dotyczy pozostałych rodzajów ścieków
Chrom+6 0,05 mg Cr/l dotyczy ścieków z przemysłu garbarskiego.
DOPUSZCZALNA ZAWARTOŚĆ Cr W GLEBACH W WARSTWIE 0-30 CM
Zawartość w glebach bardzo lekkich lekkich średnich ciężkich
Cr[mg/kg suchej masy]
30
50
75
100
ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 24 lipca 2006 r.w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzani
ścieków do wód lub do ziemi,oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego(Dz. U. z dnia 31 lipca 2006 r.)
METODA DIFENYLOKARBAZYDOWA:
Podstawą czułej kolorymetrycznej metody oznaczania chromu jest reakcja Cr(VI) z
difenylokarbazydem.
Reakcja przebiega w środowisku kwaśnym z wytworzeniem zabarwionego fiołkowo,
elektrododatniego kompleksu Cr
3+
z difenylokarbazonem. Za pomoc ą tej metody można
oznaczyć jony Cr 3+, po uprzednim utlenieniu ich do Cr(VI).
Utlenienie przeprowadza się w środowisku kwaśnym za pomocą KMnO 4. w obecności jonów
srebra. Nadmiar utleniacza rozkłada się azydkiem sodowym.
Metoda ta jest uznawana za specyficzną dla Cr(VI). Molowy współczynnik absorpcji ε dla
kompleksu wynosi 41 700 dm3/mol cm dla dł. fali λanal. = 546nm.
METODA KRZYWEJ KALIBRACYJNEJ – (metoda wzorca zewnętrznego, krzywa wzorcowa)
Opiera się na wyznaczeniu krzywej kalibracyjnej przedstawioną funkcja y = a•x +b
Y – wielkość mierzona (w tym przypadku Absorbancja)
x- stężenie analitu, stężenie substancji wzorcowej
a – nachylenie krzywej, współczynnik kierunkowy prostej
b – wyraz wolny, wielkość stała, wielkość ślepej próby
Przygotowujemy serię roztworów o wzrastających stężeniach tak jak podano powyżej w
opisie ćwiczenia i dla każdego roztworu mierzymy absorbancję A. Następnie wykreślamy
wykres zależności absorbancji od stężenia.
Mając wykreśloną powyższą zależność A=f(c) będącą krzywą kalibracyjną możemy
przystąpić do właściwego oznaczania badanej próbki mierząc jej absorbancję i na podstawie
krzywej
kalibracyjnej
odczytać
stężenie
badanej
próbki.
Celem ćwiczenia jest ilościowe oznaczenie Cr(VI) w roztworze próbki wody otrzymanej do
Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka
Strona 2
Instytut Ochrony Środowiska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. H. Cegielskiego w Gnieźnie
analizy. Oznaczenie zawartości chromu (VI) w analizowanej próbce na podstawie krzywej
wzorcowej metodą spektrofotometryczną (kolorymetryczną) w zakresie światła widzialnego
(VIS).
W ćwiczeniu student pracuje na spektrofotometrze Spekol 11, który jest spektrofotometrem
jednowiązkowym. Za pomocą tego typu spektrofotometru mierzymy absorbancję roztworów
w zakresie promieniowania 330–800 nm.
ZASADA WYKONYWANIA POMIAROW NA SPEKTROFOTOMETRZE
Spekol 11 (firmy Zeiss)
Pomiaru za pomocą spektrofotometru dokonujemy w następujący sposób. Po włączeniu
przyrządu (wciskamy przycisk zasilania włącznik/wyłącznik), wtedy migają trzy zielone
diody. Chcąc dokonać pomiaru absorbancji wybieramy z klawiatury przycisk „E”.
Umieszczamy kuwety w wózku przeznaczonym do wstawiania kuwet. Pierwsza kuweta (z
lewej strony wózka) zawiera odnośnik (ciecz wzorcową – najczęściej wodę destylowaną), a w
drugiej kuwecie umieszczamy badany roztwór. Ustawiamy przy pomocy śruby odpowiednią
długość fali. Przesuwamy w pole widzenia fotoogniwa (detektora) odnośnik i przyciskamy
przycisk do zerowania oznaczony literką „R”. W momencie, gdy na wyświetlaczu (ekranie)
pojawi się wartość „zero” przesuwamy w taki sposób wózek z kuwetami, aby w polu
widzenia detektora znalazła się kuweta z badanym roztworem i odczytujemy na ekranie
wartość absorbancji badanego roztworu.
Rys.1 Schemat budowy spektrofotometru SPEKOL 11 (firmy Zeiss)
[źródło: J.Szołkowska-Malińska, A. Matłoka;Ćwiczenia laboratoryjne z chemii fizycznej dla studentów studiów inżynierskich o kierunku
ochrona środowiska; Wyd. PWSZ w Gnieźnie (2010)]
Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka
Strona 3
Instytut Ochrony Środowiska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. H. Cegielskiego w Gnieźnie
II. SPRZĘT I ODCZYNNIKI:
- roztwór podstawowy Cr(VI) rozpuścić w wodzie destylowanej 0,0283g dwuchromianu
potasu wysuszonego w temp. 140 °C i rozcieńczyć wodą w kolbie miarowej do obj. 1 l (1ml
tego roztworu zawiera 0,01mg Cr(VI)).
- difenylokarbazyd – (świeżo przygotowany) – 0,25% roztwór w acetonie. Rozpuścić 0,25g
odczynnika w 100 ml acetonu z dodatkiem 1 ml H 2SO4 (1+9)
- r. H2SO4 o stężeniu 0,05 mol/l
- spektrofotometr SPEKOL 11(firmy Zeiss)
- kuwety szklane o grubości 1cm
- kolbki miarowe poj. 50 ml 12szt.
- pipeta wielomiarowa poj. 5ml 2szt.
- pipeta wielomiarowa poj. 1ml
- tryskawka
III. METODYKA:
1). Przygotować roztwory wzorcowe Cr(VI): do sześciu kolbek miarowych poj. 50 ml
odmierzając pipeta podstawowego roztworu Cr(VI) 0,0 ml (ślepa próba); 1,0 ml; 2,0 ml;
2,5ml; 3,0ml; 4,0ml. Do każdej kolbki dodać 1ml roztworu difenylokarbazydu, dopełnić
roztwór do kreski kwasem siarkowym 0,05 mol/l i wymieszać.
Tak przygotowane roztwory wzorcowe zawierają:
0,0; 0,2; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8 µg/ml Cr(VI)
2). zmierzyć absorbancję A roztworów wzorcowych przy dł. fali λanal. = 546nm, stosując ślepą
próbę jako odnośnik.
3). Z otrzymanego do analizy roztworu Cr(VI) o nieznanym stężeniu pobrać do kolbek o poj.
50ml 12 równych prób (np. 2,5 ml), następnie dodać 1ml roztwór difenylokarbazydu i
dopełnić roztwór do kreski kwasem siarkowym o stężeniu 0,05 mol/l i wymieszać .
4). w warunkach podanych dla roztworów wzorcowych zmierzyć absorbancję prób badanych
i wzorcowych dwa razy.
5).Wyniki zestawić w tabeli
A. Krzywa wzorcowa
C Cr(VI)
Abs.
µg/ml
I serii pomiarów
0,2
0,4
0,5
0,6
0,8
Abs.
II serii pomiarów
B. Wyniki analizowanej próbki
Numer
Abs.
Abs.
badanej
I serii pomiarów II serii pomiarów
próbki
I
II
Abs. Średnia
λanal. = 546nm
Abs. Średnia
λanal. = 546nm
C Cr(VI)
µg/ml
Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka
Strona 4
Instytut Ochrony Środowiska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. H. Cegielskiego w Gnieźnie
II
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
OPRACOWANIE WYNIKÓW:
1). Wykreślić krzywą kalibracyjną jako zależność absorbancji od stężenia chromu A = f(c) na
papierze milimetrowym lub zrobić w programie komputerowym Excel; wykreślić krzywą
regresji liniowej dla równania prostej y=a·x+b
2). Obliczyć wartość Absorbancji dla 12 wyników; 8 wyników; 4 wyników próbki badanej.
3). Następnie z wartości średniej absorbancji dla badanej próbki stosując metodę krzywej
wzorcowej obliczyć zawartość Cr(VI) w analizowanej próbce µg/ml.
4). Dla powyższych wartości z krzywej wzorcowej odczytać stężenie
5). Obliczyć odchylenie standardowe S (zwane średnim błędem kwadratowym, błędem
standardowym) z wartości absorbancji dla 12 wyników, 8 wyników i 4 wyników Zestawiają:
Zawartość Cr(VI) w wodzie; Cśr dla 12 wyników Cśr12 Cr(VI)± S = ……………… [µg/ml]
Zawartość Cr(VI) w wodzie; Cśr dla 8 wyników Cśr8 Cr(VI)± S = ……………….. [µg/ml]
Zawartość Cr(VI) w wodzie; Cśr dla 4 wyników Cśr4 Cr(VI)± S = ……………….. [µg/ml]
S
 (x
i
 x śred ) 2
n 1
IV. WNIOSKI
Sformułować wnioski na podstawie wyników z przeprowadzonego doświadczenia i porównać
z dopuszczalnymi normami zawartości chromu(VI) w wodach powierzchniowych (jeziorach),
ściekach przemysłowych na podstawie źródeł zawartych w literaturze. Jak ilość oznaczen
wpływa na wartość odchylenia standardowego?
Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka
Strona 5