Ecology_lab_pract

избыток роданид-ионов составляет 0,13 моль/л. Такому избытку роданида соответствует преимущественное образование комплексного иона

Fe(CNS)4 .

Со временем раствор бледнеет вследствие восстановления ионов железа ионами роданида, особенно в присутствии некоторых катализаторов, поэтому фотометрировать его необходимо сразу же после приготовления. Область максимального поглощения света окрашенным раствором - 400 - 450 нм.

Чувствительность метода составляет 2,5 мкг железа в 50 мл конечного объема анализируемого раствора при толщине фотометрического слоя 5 см.

Измерение оптической плотности эталонов и исследуемых растворов всегда осуществляют по отношению к нулевому раствору сравнения. В качестве нулевого раствора можно использовать чистую воду или раствор "холостого" опыта, содержащий все добавляемые компоненты, кроме реагента. Нулевой раствор приготавливают следующим образом: к небольшому количеству дистиллированной воды добавляют реагент и все компоненты, кроме определяемого, в тех же количествах, что и при приготовлении серии растворов определяемого вещества. Затем раствор разбавляют водой до требуемого объема и перемешивают. Результаты фотометрических измерений заносят в форму табл.5.

Форма таблицы 5

Результаты фотометрирования растворов

Оборудование и реактивы

Фотоколориметр.

Стеклянные кюветы на 3,0 см, 2 шт. Цилиндры: на 10 мл, 1 шт.; на 25 мл, 1 шт. Мерные колбы на 50 мл, 8 шт.

Азотная кислота, разбавленная 1:1.

45

Роданид калия, 10%-ный раствор.

Стандартный раствор железа (III), содержащий 0,1 мг железа в 1 мл. Навеску 0,8640 г NH4Fe(SO4)2∙12H2O растворяют в мерной колбе на

1000 мл в воде, подкисленной 25 мл HNO3 конц.

Описание определения

Для построения калибровочного графика в мерные колбы на 50 мл добавьте пипеткой последовательно 0,5; 1,0; 2,0; 3,0 мл стандартного раствора железа (III), затем в каждую колбу прилейте по 2 мл азотной кислоты (1:1), по 10 мл роданида калия, воды до метки и перемешайте.

ния 2 мл азотной кислоты (1:1), 10 мл роданида калия, воды до метки и перемешайте. Наполните раствором кювету и измерьте оптическую плотность при тех же условиях, при которых был получен калибровочный график.

Зная оптическую плотность анализируемого раствора, найдите по графику концентрацию Fe3+ в мг/мл. Умножив ее на объем всего анализируемого раствора (50 мл), вычислите общее количество железа.

46

Б. Определение меди в виде аммиачного комплекса

а) Метод калибровочного графика

Оборудование и реактивы

Фотоколориметр.

Стеклянные кюветы на 2 см, 2 шт. Цилиндр на 10 мл, 1 шт.

Пипетка на 10 мл, 1 шт. Мерные колбы на 50 мл, 8 шт. Аммиак разбавленный 1:3.

Серная кислота концентрированная (ρ = 1,84).

Стандартный раствор Cu2+, содержащий 1 мг/мл, готовят: 3,9270 г х.ч. CuSO4∙5H2O растворяют в мерной колбе на 1000 мл в небольшом количестве воды, приливают 5 мл концентрированной серной кислоты и воды до метки.

Определение содержания ионов меди в природных водах представляет практический интерес. Соли меди широко применяют в сельском хозяйстве как ядохимикаты. Кроме того, ион Сu2+ входит в состав медных микроудобрений. После дождей и таяния снега медь может попадать в природные источники питьевой воды. Избыток меди в организме разрушает витамины С и А, способствует образованию токсичных продуктов окисления липидов.

Фотометрическое определение меди основано на образовании иона Cu2+ с аммиаком комплекса [Cu(NH3)4]2+, окрашенного в интенсивносиний цвет. Максимальное поглощение света окрашенным раствором λmax = 610 нм. Чувствительность метода составляет 0,01 мг меди в 25 мл конечного раствора при толщине фотометрического слоя 2 см.

Измерение оптической плотности эталонов и исследуемых растворов осуществляют по отношению к нулевому раствору сравнения.

Нулевой раствор приготавливают следующим образом: 10 мл разбавленного (1:3) аммиака NH4OH переносят в мерную колбу на 50 мл, добавляют 1 каплю концентрированной серной кислоты, разбавляют дистиллированной водой до метки и перемешивают.

Результаты фотометрических измерений заносят в форму, аналогичную форме табл.5 (см. с. 45).

47

Описание определения

Для построения калибровочного графика в пять мерных колб на 50 мл отмерьте пипеткой соответственно 1, 2, 3, 5 и 8 мл стандартного раствора Cu2+. В каждую из колб прибавьте по 10 мл разбавленного (1:3) NH4OH, дистиллированной воды до метки и перемешайте.

Измерив оптическую плотность всех растворов, постройте калибровочный график. При этом по оси абсцисс отложите известные кон-

центрации ионов Cu2+ (т.е. 0,02; 0,04; 0,06; 0,1; 0,16 мг меди в 1 мл), а по оси ординат - соответствующие им оптические плотности растворов.

Для определения меди в исследуемый раствор, налитый в колбу на 50 мл, добавьте 20 мл NH4OH (1:3), дистиллированной воды до метки и перемешайте. Наполните раствором кювету и измерьте оптическую плотность раствора при тех же условиях, при каких был получен калибровочный график.

Зная оптическую плотность, найдите по графику концентрацию иона Cu2+ в мг на 1 мл раствора. Умножив ее на объем всего анализируемого раствора (50 мл), вычислите общее количество меди.

б) Метод стандартных добавок

Определение концентрации примеси этим методом основано на сравнении оптических плотностей исследуемого раствора и того же раствора с известной добавкой определяемого вещества. Метод незаменим, если требуется устранить мешающее влияние посторонних примесей и создать одинаковые условия фотометрирования исследуемого и стандартного растворов.

Неизвестную концентрацию определяемой примеси находят расчетным путем:

мого раствора; Ax a - оптическая плотность исследуемого раствора с добавкой.

48

Описание определения

Отберите три аликвотные части анализируемого раствора по 25 мл в колбы на 50 мл для приготовления раствора с добавкой. К первой аликвотной части добавьте точно отмеренное количество стандартного раствора меди. Наибольшая точность определения меди достигается при Ах+а = 2Ах = 0,5, поэтому в эту аликвотную часть добавьте 5 мл стандартного раствора меди, 10 мл NH4OH и воды до метки. Ко второй аликвотной части добавьте 10 мл NH4OH и воды до метки. В третью колбу добавьте только NH4OH и воду до метки (нулевой раствор). Нулевым раствором может быть и дистиллированная вода.

Растворы фотометрируйте с синим светофильтром в кюветах толщиной 2 см относительно нулевого раствора.

Расчет неизвестной концентрации проведите по формуле (1).

В. Определение висмута в виде тиокарбамидного комплекса

Катионы висмута образуют с тиокарбамидом (тиомочевиной) комплексные катионы, окрашивающие раствор в желтый цвет:

Bi3+ + 3(NH2)2CS = [Bi(NH2)2CS)3]3+.

Максимальное поглощение света окрашенным раствором находится в синей области спектра вблизи 430 нм.

Чувствительность метода составляет 2 мкг/мл в 50 мл конечного раствора при толщине фотометрического слоя 5 см.

Измерение оптических плотностей эталонов и исследуемых растворов осуществляют по отношению к нулевому раствору сравнения.

Нулевой раствор приготавливают следующим образом: 15 мл 1 н HNO3, 10 мл 8%-ного раствора тиокарбамида переносят в мерную колбу на 50 мл и добавляют дистиллированной воды до метки.

Результат фотометрических измерений заносят в форму, аналогичную форме табл.5 (см. с. 45).

49

Оборудование и реактивы

Фотоколориметр.

Стеклянные кюветы на 3 см, 2 шт. Цилиндр на 20 мл, 1 шт.

Пипетка на 10 мл, 1 шт. Мерные колбы на 50 мл, 7 шт. Азотная кислота, 1 н. Тиомочевина, 10%-ный раствор.

Стандартный раствор висмута 0,1 мг Bi3+ в 1 мл готовят, растворяя

0,2321 г соли Bi(NO3)3∙5H2O в 100 мл HNO3 (1:3) в мерной колбе на

1000 мл и добавляя дистиллированную воду до метки.

Описание определения

Для построения калибровочного графика в четыре мерные колбы на 50 мл отмерьте пипеткой соответственно 1, 2, 3 и 5 мл стандартного раствора Bi3+. В каждую колбу добавьте по 15 мл 1 н HNO3, 10 мл 10%-ного раствора тиомочевины, дистиллированной воды до метки и перемешайте.

Измерив оптическую плотность всех растворов, постройте калибровочный график. При этом по оси абсцисс отложите известные концентрации ионов Bi3+ (т.е. 0,02; 0,04; 0,06; 0,10 мг висмута в 1 мл), а по оси ординат - соответствующие им оптические плотности растворов.

Для определения висмута в исследуемом растворе, приготовленном в колбе на 50 мл, добавьте 15 мл 1 н HNO3, 10 мл 10%-ного раствора тиомочевины, дистиллированной воды до метки и перемешайте. Наполните раствором кювету и измерьте оптическую плотность раствора при тех же условиях, при каких был получен калибровочный график.

Зная оптическую плотность, найдите по графику концентрацию иона Bi3+ в мг на 1 мл раствора. Умножив ее на объем всего анализируемого раствора (50 мл), вычислите общее количество висмута.

50

Г. Определение титана и ванадия при их совместном присутствии

Определение титана и ванадия при их совместном присутствии ос-

новано на различии спектров поглощения пероксидных комплексов ти-

тана [TiO(H2O2)]2+ и ванадия [VO(H2O2)]3+.

Приготавливают окрашенный раствор смеси катионов титана и ванадия и измеряют ее оптическую плотность при 619 нм, когда

зируемом растворе. Одновременно по кривой 3 находят по этой концентрации оптическую плотность

(Ax400) раствора ванадия при λ = 400 нм, оставив только долю (ATi400 = A400Ti+V – AV400), и по кривой 1 определяют концентрацию Ti в исследуемой смеси.

51

Оборудование и реактивы

Фотоколориметр или спектрофотометр. Кюветы на 2 см, 3 - 4 шт.

Пипетки на 10 мл, на 2 мл по 2 шт. Колбы мерные на 50 мл, 12 шт. Пероксид водорода, 3%-ный раствор. Серная кислота, 5%-ный раствор.

Стандартный раствор ванадия - 0,2 мг V (V) в 1 мл - готовят растворением 0,4593 г NH4VO3 в 100 мл H2SO4 (1:1) и разбавлением водой до 1 л.

Стандартный раствор титана - 0,2 мг Ti (IV) в 1 мл - готовят растворением 0,8183 г TiOSO4 2H2O в 100 мл H2SO4 (1:1) и разбавлением водой до 1 л.

Описание определения

Для построения калибровочных графиков в четыре мерные колбы на 50 мл добавьте соответственно 0,2; 0,4; 0,8; 1,2 мл стандартного раствора ванадия, по 20 мл воды, по 5 мл 5%-ной H2SO4, по 3 мл 3%-ной H2O2. Содержимое колб разбавьте водой до метки. Растворы фотометрируйте относительно воды при λ = 619 нм и λ = 400 нм.

Для построения калибровочного графика для титана в четыре мерные колбы на 50 мл добавьте соответственно 0,2; 0,4; 0,8; 1,2 мл стандартного раствора титана, по 20 мл воды, по 5 мл 5%-ной H2SO4, по 3 мл 3%-ной H2O2. Содержимое колб разбавьте водой до метки. Растворы фотометрируйте относительно воды при λ = 400 нм.

Анализируемую пробу воды, содержащую ванадий и титан, перенесите в мерную колбу на 50 мл, добавьте 5 мл 5%-ной H2SO4, 3 мл 3%-ной H2O2 и воды до метки. Фотометрируйте относительно воды при

λ = 400 нм и λ = 619 нм.

Определение концентрации титана и ванадия проведите, как описано в начале работы.

52

Работа № 6

Спектрофотометрическое определение примесей нефти и нефтепродуктов в природной воде

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-х годов в океан ежегодно поступало около 6 млн т нефти, что составляло 0,23% всей мировой ее добычи.

Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод и т.п. обуславливают присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Большие массы нефти и нефтепродуктов поступают в море по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн т/г. С промышленными стоками в природные воды попадает дополнительно

0,5 млн т/г.

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость темнокоричневого цвета, обладающую слабой флуоресценцией.

Основные компоненты нефти - углеводороды - подразделяют на четыре класса:

а) парафины (алканы) (до 50% по массе от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых состоят из прямой или разветвленной цепи атомов углерода, соединенных между собой одинарными связями. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде;

б) циклопарафины (30 - 60% по массе от общего состава) - насыщенные циклические соединения с пятью - шестью атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Они очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению;

в) ароматические углеводороды (арены) (20 - 40% по массе от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола. В нефти присутствуют в основном бензол, толуол, ксилол, пирен и его производные, а также нафталин;

53

г) олефины (алкены) (до 10% по массе от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с прямой или разветвленной углеродной цепью, содержащей одну или две двойные связи.

Выделяют пять типов воздействия нефти на водные экосистемы:

1)непосредственное отравление живых организмов с летальным исходом;

2)нарушение физиологической активности у гидробионтов;

3)прямое обволакивание нефтепродуктами живого организма;

4)возникновение болезней, вызванных попаданием в организм углеводородов;

5)негативные изменения в среде обитания.

Попадая в водоемы, нефть и нефтепродукты растекаются по поверхности воды, образуя пленку различной толщины. По внешнему виду пленки можно определить ее толщину (табл.6)

Таблица 6

Внешний вид пленки нефти на поверхности воды в зависимости от ее толщины и количества нефти

Нефтяная пленка изменяет спектральный состав и интенсивность попадающего в воду света. Пропускание света тонкими пленками нефти на длине волны 280 нм составляет 1 - 15%, а на длине волны 400 нм - 60 - 70%. Пленка толщиной 30 - 40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение.

При естественном перемешивании воды пленки нефти разрушаются с образованием устойчивых эмульсий в толще воды, которые частично растворяются или оседают на дно. Аэробные бактерии, деятельность которых обуславливает естественное самоочищение водоемов, окисляют компоненты нефти до нетоксичных соединений, а в конечном счете до углекислого газа и воды. Большинство мета-

54