Атомно-абсорбційне визначення міді, цинку та марганцю в соках та водах.

Мета роботи: 1. Ознайомитися з основними складовими час­тинами методу атомно-абсорбціонної спектроскопії.

2. Проаналізувати фруктові соки, або столові і мінеральні води на домішки важких металів.

1. Загальні відомості

Метод грунтується на вимірюванні абсорбції світла вільними атомами міді (цинку, марганцю), які утворюються при введе­­­нні

досліджуванного розчину в полум'я суміші ацетилену з повітрям або пропану з повітрям при довжині хвилі 324,7 нм (213,9 нм; 279,5 нм).

2. Апаратура, реактиви, розчини

Атомно-абсорбційний спектрофотометр;

Лампа з порожнистим мідним (цинковим, марганцевим) катодом;

Ацетилен за ДСТУ 5457-75; Компресор повітряний;

Мідь металева;

Цинк металевий;

Марганець;

Кислота азотна, хч, за ДСТУ 4461-77;

Стандартні розчини з вмістом міді, цинку, марганцю 1 г/л;

Кислота азотна з масовою часткою 1,5 %;

Піпетки на 1,0; 5,0; 10,0 мл;

Мірні колби на 100 мл;

Скляні стаканчики.

Стандартні розчини для атомно-абсорбційних визначень го­ту­ють, розчинюючи метали або їх солі відомого складу в кис­ло­тах або воді. Із концентрованих стандартних розчинів (1 г/л) готують менш концентровані, розводячи аліквоти азотною кислотою з масовою часткою 1,5 %. Цем зберігаємо стандартні розчини довший час, бо підкислення до рН = 1 запобігає гідро­лізові іонів металів.

Ґрадуювальні розчини

Розчин А: 10 мл розчину, що містить 1 г/л міді (або цинку чи марганцю), переносять у мірну колбу на 100 мл, доводять до мітки дистильованою водою з масовою часткою HNO₃ 1,5 %, ретельно премішують. Масова концентрація розчину А − 0,1 мг/мл міді (або цинку чи марганцю).

Розчин Б: 1 мл розчину, що містить 1 г/л міді (або цинку чи марганцю), переносять у мірну колбу на 100 мл, доводять до мітки дистильованою водою з масовою часткою HNO₃ 1,5 %, ретельно перемішують. Масова концентрація розчину Б − 0,01 мг/мл міді (або цинку чи марганцю).

Щоб побудувати ґрадуювальний ґрафік, у 5 мірних колб міст­кі­стю 100 мл вносять відповідно 1,3; 3,0; 5,0; 7,0; 10,0 мл розчину Б, доводять до мітки розчином HNO₃ з масовою часткою 1,5 %, ретельно перемішують. Масові концентрації цих розчинів відповідно 1^.10^‑4; 3^.10^-4; 5^.10^-4; 7^.10^-4; 10^.10^-4 г/л міді (або цинку чи марганцю).

Щоб приготувати розчин з масовою концентрацією іонів мета­лу 30^.10^-4 г/л, 3 мл розчину А переносять в мірну колбу місткістю 100 мл, доводять до мітки розчином HNO₃ з масовою часткою 1,5 %, ретельно перемішують.

Увімкнувши лампу з порожнистим мідним (або цинковим чи мар­ган­це­вим) катодом на монохроматорі атомно-абсорбційного спек­трометра виводять аналітичну лінію міді (цинку, марганцю) 324,7 нм (213,9 нм; 279,5 нм). Вимірюють світлопоглинання стан­дарт­них розчинів.

Досліджуванні розчини упарюють зі 100 мл до 10 мл.

Метод ґрадуювального ґрафіка

Вважають, що прилад ґрадуйовано, якщо для нього вста­нов­ле­но функціональний зв'язок між концентрацією аналізованого еле­мен­та у стандартних розчинах і показаннями приладу. Прилад ґра­дую­­ють після прогрівання спектрофотометра про­тя­гом 30 хв. Стан­дарт­ні розчини вживають у порядку зросту концентрацій, вводять їх у полум'я і фіксують показання приладу. Ці операції виконують з усіма приготовленими розчинами, по три рази з кож­ним, і обчи­слю­ють середнє арифметичне трьох вимірювань. Ре­ко­мендуємо ґрадую­вальні вимірювання здійснювати на початку, в середині і в кінці ана­лізу. За одержаними даними будують ґра­ду­ю­вальний ґрафік: по осі абсцис відкладають концентрації стандартних розчинів, с_і, а по осі ординат – відповідні показання приладу, А_і.

Щоб визначити невідому концентрацію, с_х, розчин вводять у атомізатор і після 10-15 с реєструють показання приладу А_х. Його відкладають на осі ординат ґраду­ювального ґрафіка, і на осі абсцис знаходять відповідне зна­чен­ня концентрації, с_х, яку визначають. Ґрадуювальний ґрафік має проходити через початок координат і, щоб відлік за ним був точнішим, під кутом, близьким до 45 ^о.

Звичайно, визначаючи концентрації досліджуваного елемента, врахову­ємо, що розчин упарювали, концентруючи його в 10 разів.

СПЕКТРОФОТОМЕТРІЯ

Спектрофотометричні методи аналізу базуються на законі Бугера, який виражають рівнянням

,(1)

де I_0,l та I_l − інтенсивність регулярного світлового потоку, що падає на зразок і проходить наскрізь відповідно; [I_0,l] = [ I_l] = лм;

A_l − світлопоглинання, сигнал, що вимірюють непрямим спо­собом через відношення фотострумів, пропорційних відпо­від­но інтенсив­но­сті світлових потоків (безрозмірна величина); с − концентрація речовини, що поглинає світло, [с] = моль/л, г/л; l − товщина шару, що поглинає світло (внут­рішній розмір кювети в напрямкі по­ши­рен­ня світла), [l] = см; e_l − коефіцієнт поглинання, градуювальна характеристика, яка зале­жить від природи речовини, що поглинає світло і змінює значення при зміні довжини хвилі випромінювання, зміні середовища (роз­чин­ника, агрегатного стану тощо).

Якщо одиниця вимірювання [c] = моль/л, то e_l − молярний коефіцієнт по­гли­нання (МКП) і одиниця вимірювання [e_l] = л/(моль·см). Застосовують і питомий коефіцієнт поглинання k, з одиницею вимірювання [k] = л/(г·см).

Закон Бугера справджується, якщо:

- промінь монохроматичний і плоско паралельний;

- частинки, що поглинають світло, не взаємодіють між собою і з іншими речовинами, що присутні в системі.

Порушення цих умов, а також різні види взаємодії світла з об’єктами зумовлюють різноманітність причин відхилення від закону Бугера. Їх поділяють на дві групи: інструментальні та фізико-хімічні.

У спектрофотометричному аналізі сигнал вимірюють за умов, ко­ли інструментальні впливи на світлопоглинання постійні й їх мож­на врахувати або виключити, а фізико-хімічні – малі і ними можна знехтувати.