Ecology_lab_pract

Оборудование и реактивы

Оборудование то же. Технические весы. Хлорид калия, 1 н. Ацетат натрия, 1 н.

Мерный цилиндр на 100 мл. Колбы конические на 100 мл.

Установка для фильтрования (колба, воронка, фильтровальная бумага).

Приготовление солевой вытяжки из почвы. Образец почвы рас-

сыпают тонким слоем на листе бумаги, мелкими порциями из разных мест отбирают 20 г и взвешивают на технических весах. Переносят навески почвы в три конические колбы и прибавляют:

-в первую 50 мл дистиллированной воды - для определения активной кислотности;

-во вторую 50 мл 1 н раствора KCl - для определения обменной кислотности;

-в третью 50 мл 1 н раствора CH3COONa - для определения гидролитической кислотности.

Каждую колбу закрывают пробкой, взбалтывают в течение нескольких минут и оставляют выстаиваться на сутки. Для определения pH пригодна только отстоявшаяся, совершенно прозрачная вытяжка. Поэтому перед измерением pH раствор над почвой целесообразно отфильтровать. Прозрачный раствор вытяжки (фильтрат) переливают в стакан на 100 мл, опускают электроды и измеряют pH на иономере.

По полученному значению pH почвы рассчитывают нормы внесения известняка, гашеной извести, золы на земельный участок в 500 м2.

65

Работа № 8

Ионоселективное определение примесей различных ионов в природной и питьевой воде

А. Определение хлорид-ионов

В последнее время в потенциометрии широко применяются так называемые ионоселективные электроды, позволяющие избирательно измерять активную концентрацию определяемых ионов в растворе в присутствии посторонних ионов, мешающих определению.

Помимо высокой избирательности ионоселективные электроды отличаются большой чувствительностью (10–4 - 10–5 моль/л, а в некоторых случаях и 10–7 моль/л). С их помощью проводят экспрессные определения, автоматический непрерывный химико-аналитический контроль производства и т.п. Ионоселективные электроды обеспечивают избирательное определение многих типов ионов. В табл.9 приведены основные характеристики ионоселективных электродов.

Ионометрический анализ природной и питьевой воды на содержание ионов основан на измерении величины равновесного потенциала ионоселективного мембранного электрода, погруженного в раствор анализируемого иона. Потенциал измеряют относительно электрода сравнения, снабженного солевым мостиком, заполненного 1 М раствором нитрата калия, с помощью иономера (рис.5).

При потенциометрических измерениях, проводимых для определения концентраций отдельных веществ методом прямой потенциометрии или методом потенциометрического титрования, монтируют ячейку, состоящую из индикаторного электрода и электрода сравнения. Как правило, она представляет собой обычный химический стакан. Раствор в ячейке перемешивают при помощи механической или магнитной мешалки.

Концентрацию анализируемого иона находят по калибровочному графику, который строят в координатах Е - (–lgC) (рис.6).

Работы поставлены при участии ст. преподавателя С.Б. Утенковой.

66

Таблица 9

Основные характеристики ионоселективных электродов

67

Рис.5. Внешний вид иономера

68

Оборудование и реактивы

Иономер.

Ионоселективный электрод на Сl–. Электрод сравнения хлоридсеребряный. Пипетки мерные на 10 мл.

Стаканы стеклянные на 100 и 250 мл. Бумага фильтровальная.

Хлорид калия.

Нитрат калия, 1 М раствор.

Описание определения

По точной навеске готовят серию стандартных растворов хлорида калия (10–1 - 10–5 М) с постоянной ионной силой, создаваемой 1 М раствором нитрата калия. Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации хлорида калия и строят градуировочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой.

Измеряют значения равновесных потенциалов анализируемых растворов. Определяют концентрацию хлорид-ионов в питьевой и природной воде, пользуясь построенным калибровочным графиком.

Концентрацию хлорид-ионов вычисляют в граммах по формуле

X(г) = С(моль/л)∙МСl–.

Результаты измерений заносят в форму табл.10.

Форма таблицы 10

Результаты ионометрического определения ионов в воде

Б. Определение фторид-ионов

Селективность электродов на твердых мембранах связана с возможностью переноса через мембрану только определяемого иона.

Мембрану фторселективного электрода изготавливают из фторида лантана, в который с целью снижения электрического сопротивления вводят ионы Eu2+. Такой электрод имеет высокую селективность по отношению к ионам фтора, причем зависимость потенциала от логарифма концентрации линейна. Зависимость потенциала такого мембранного электрода (индикаторный электрод) от активности фторид-ионов описывается уравнением Нернста:

Для учета общей константы K' проводят градуировку ионоселективного электрода, т.е. устанавливают зависимость ЭДС от активности (или концентрации при постоянной ионной силе) фторид-ионов.

При анализе природных и производственных объектов следует помнить, что F–-ион в кислых растворах или в присутствии ионов Fe3+ и Al3+ находится в виде слабодиссоциирующей кислоты HF и фторидных комплексов указанных металлов. Поэтому в растворе доводят рН до значения 5 - 7, а также добавляют цитрат натрия, который образует с ионами железа и алюминия более прочные комплексы.

70

Оборудование и реактивы

Иономер.

Индикаторный электрод - ионоселективный электрод на F–-ион. Перед работой выдерживают электрод в 0,001 М NaF в течение суток. Перед измерением промывают и оставляют на 10 - 20 минут в дистиллированной воде, затем осушают фильтровальной бумагой.

Электрод сравнения - хлоридсеребряный. Стаканы полиэтиленовые емкостью от 50 мл. Колбы мерные на 100 мл, 6 шт.; на 1000 мл, 1 шт. Цилиндры на 50, 100, 1000 мл.

Пипетки мерные на 10 и 25 мл.

Стандартный раствор фторида натрия 0,1 М (навеску 4,200 г растворяют в мерной колбе емкостью 1000 мл).

Фоновый раствор - сульфат натрия 1 М (навеску 142 г Na2SO4 или 322 г Na2SO4 10H2O (технические весы) растворяют в мерной колбе емкостью 1000 мл).

Азотная кислота, 0,01 М раствор (готовят разбавлением 0,7 мл концентрированной HNO3 до объема 1000 мл).

Аммиак, 0,01 М водный раствор (готовят разбавлением 0,75 мл концентрированного NH3 до объема 1000 мл).

Бидистиллированная вода.

Описание определения

Необходимо изучить инструкцию по работе на иономере.

Для калибровки индикаторного фторселективного электрода (ИЭ) надо построить график зависимости φ и.э. от концентрации фторид-иона CF-. При построении графика в стандартные и анализируемые растворы

вводят одинаковый избыток фонового электролита. В этом случае можно полагать, что во всех растворах ионная сила постоянна и одинакова и

поэтому φ и.э = const + 0,059lg CF-.

Из основного стандартного раствора с концентрацией фторид-иона 10–1 М приготовьте последовательным разбавлением его раствором 1 М Na2SO4 шесть растворов с концентрацией NaF (M): 10–1, 10–2, 10–3, 10–4, 10–5, 10–6. Для этого отберите пипеткой 10 мл 10–1 М раствора NaF в мерную колбу на 100 мл и доведите фоновым раствором (1 М Na2SO4) объем до метки. Из полученного раствора 10–2 M Na2SO4

71

последовательным разбавлением фоновым раствором приготовьте остальные растворы.

При определении концентрации фторид-иона в анализируемом растворе необходимо приготовить раствор с той же ионной силой. Для этого 5 мл исследуемого раствора разведите 1 М Na2SO4 в колбе на 50 мл. Индикаторной бумагой проверьте рН и доведите его 0,01 М HNO3 или NН4OH до значения 5,0 - 5,5.

Измерьте потенциал фторселективного электрода в этом растворе. По градуировочному графику определите значение pX = –lgCF–

влюбом анализируемом растворе.

Виономере с ионоселективным электродом градуировочный график строится микропроцессором автоматически на основе измеренных значений ЭДС электродной системы стандартных растворов NaF. Также автоматически выдается значение pX = –lgCF– в анализируемом раство-

ре, исходя из ранее построенного градуировочного графика. Определите содержание фторид-иона в контрольных задачах, про-

верьте результат у преподавателя и вычислите относительную погрешность измерений.

В. Определение примесей железа

Содержание железа в поверхностных водах суши составляет десятые доли миллиграмма в одном литре, вблизи болот - единицы миллиграммов в одном литре. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах, в которых железо находится в виде комплексов с солями гуминовых кислот - гуматами. Наибольшие концентрации железа (до нескольких десятков и сотен миллиграммов в одном литре) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями рН.

Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоемах.

Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Обычно в водоемах с высокой биологической продуктивностью в период летней и зимней стагнации заметно увеличение концентрации железа в придонных слоях воды. Осенне-весеннее перемешивание водных масс (гомотермия) сопровождается окислением Fe (II) в Fе (III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)3.

72

Поскольку соединения железа в воде могут существовать в различных формах как в растворе, так и во взвешенных частицах, более точные результаты могут быть получены только при определении суммарного железа во всех его формах, так называемого общего железа.

Перевод железа в растворимую форму, пригодную для анализа, проводят, добавляя к пробе определенное количество до рН 1 - 2 сильной кислоты (HNO3, HCl, H2SO4).

В кислой среде (рН < 5) ионы железа (III) образуют с комплексоном ЭДТА прочный комплекс (рКнест = 25,1):

Fe3+ + H2Y2‾  FeY ‾ + 2H+.

При титровании с ионоселективным и хлоридсеребряным электродами скачок потенциала в точке эквивалентности связан с практическим исчезновением окисленной формы окислительно-восстановительной системы Fe3+/Fe2+.

Для получения устойчивых значений потенциалов титруемый раствор должен содержать сопряженную форму окислительно-

восстановительной пары: Fe2+-ионы, образующие прочный комплекс

с H2Y2–.

Оборудование и реактивы

Иономер.

Электрод ионоселективный на железо (III). Электрод сравнения хлоридсеребряный. Вода бидистиллированная.

Пипетки на 10 мл.

Стаканы стеклянные на 100, 250 мл. Бумага фильтровальная.

Соль Мора, 1%-ный раствор. Ацетат натрия, 10%-ный раствор. ЭДТА 0,05 М раствор.

73

Описание определения

В стакан емкостью 100 мл пипеткой перенесите аликвотную часть (25 мл) анализируемого раствора, разбавьте ее 50 мл воды, опустите мешалку и установите стакан на площадке магнитной мешалки. Добавьте 10%-ный раствор ацетата аммония до момента, пока раствор не окрасится в желто-оранжевый цвет вследствие гидролиза соли железа. Добавьте 5 - 10 капель 1%-ного раствора соли Мора. В раствор поместите ионоселективный электрод и хлоридсеребряный электрод сравнения, заполненный насыщенным раствором хлорида калия.

Схема ГЭ будет иметь следующий вид:

После включения магнитной мешалки начните титрование, прибавляя по 2 мл 0,05 М раствора ЭДТА и измеряя ЭДС. Вблизи точки эквивалентности титрант прибавляйте по 1 мл.

Результаты титрования запишите в форму табл.11 и постройте графики в координатах E-V и (ΔЕ/ΔV - V).

где N - нормальная концентрация; V - объем раствора ЭДТА; ЭFe - эквивалент железа; n - число аликвотных частей.

Г. Определение нитрат-ионов

Ионометрический анализ природной и питьевой воды на содержание нитрат-ионов основан на измерении величины равновесного потенциала ионоселективного мембранного электрода, погруженного в рас-

74