Определение фторида в водах

 

Цель работы: Определение фторид-ионов с помощью фторидного ионоселективного электрода.

 

Определение фторид-иона важно при анализе питьевой воды. Контроль содержания фторида успешно может быть осуществлен с использованием фторидного ионоселективного электрода. Этот электрод можно использовать для контроля содержания фторида в различных природных, сточных и морских водах, почвах и растительных материалах, в воздухе и сбросовых газах, что важно при решении проблем окружающей среды.

Электрод обнаруживает основную электродную функцию по отношению к фторид-иону в широких пределах измерения его активности. Электродный потенциал незначительно меняется во времени, на изменение активности фторид-ионов в растворе электрод реагирует достаточно быстро: при концентрации 10^-3М – в течении 2-3 с, в более разбавленных растворах – несколько медленнее. Электрод на основе LaF₃ обладает уникальной селективностью. Определению не мешают даже 1000-кратные избытки Cl^-, Br^-, NO₃^-, SO₃^2-, SO₄^2- и др. Все же различные ионы, присутствующие в растворе, могут влиять на величину электродного потенциала вследствии изменения ионной силы раствора или образования комплексных фторидов (например с ионами алюминия, хрома, бериллия).

Рабочий интервал рН при определении фторида находится в области рН 4,5…12 для 10^-1 - 10^-3М фторида, а для меньших концентраций фторида – в области рН 4,5…8. Положительный дрейф потенциала обусловлен протонизацией фторида с образованием HF и HF₂. В щелочных растворах происходит отрицательное отклонение потенциала, вследствии замещения ионов фторида в кристаллической решетке LaF₃ ионами гидроксила, так как величины их ионных радиусов близки. Эти помехи можно устранить, используя специальные буферные смеси, например буфер регулирования общей ионной силы (БРОИС) с рН 5,0…5,5, содержащий 0,25 М CH₃COONa; 1,0 М NaCl и 10^-3М цитрата натрия (для маскировки железа и алюминия).

Определение фторида возможно в присутствии ограниченного количества силикат-иона. Механизм мешающего влияния его точно не установлен, однако отклонение калибровочной кривой при добавлении значительных количеств селикат иона в сторону более отрицательных значений потенциалов свидетельствует о том, что его причиной не является образование комплекса. Возможно, здесь играют роль адсорбционные процессы на поверхности электрода.

В настоящей работе изучают следующие характеристики фторид-селективного электрода: находят область прямолинейной зависимости э.д.с. электродной системы от величины pF; определяют угловой коэффициент наклона градуировочного графика и сравнивают его с теоретическим, равным предлогарифмическому коэффициенту в уравнении Нернста ; определяют коэффициент селективности к хлорид-, бромид-, иодид- и селикат-ионам (выборочно, согласно указаниям преподавателя) исследуют влияние на электродную функцию рН в области значений рН 2…10; определяют малые количества фторида в контрольном растворе. Определение проводят по методу градуировочного графика в растворах с постоянной ионной силой.

Электрод фторидный ЭF-VI рассчитан для работы в качестве индикаторного в паре с вспомогательным хлор-серебрянным электродом в комплексе высокоомным измерительным преобразователем типа рН-340, рН-121, И-135 и др. В качестве мембраны в электроде используют тонкую пластинку монокристалла фторида лантана с добавкой солей европия.

Фторидный электрод имеет форму цилиндра и состоит из корпуса, ионоселективной мембраны и внутреннего контактного хлорсеребрянного электрода. Внутренняя поверхность электрода заполнена 10^-1М по NaF и NaClраствором, в который погружен хлор-серебрянный электрод, со штекером для подключения к измерительному прибору.

 

Аппаратура и реактивы

 

Лабораторный рН-метр, милливольтметр рН-340 (ЭВ-74);

Электрод сравнения – хлоридсеребрянный;

Индикаторный электрод – стеклянный;

Буферные растворы с различными значениями рН.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Включают измерительный прибор рН-121, рН 340, ЭВ-74 в сеть (220 В) и выжидают 20-25 мин.

2. Снимают зависимость потенциала фторидного электрода от концентрации фторида в интервале 10^-1…10^-5 М. Готовят в колбах вместимостью 50 мл 10^-2,10^-3,10^-4,10^-5 М растворы NaF последовательным разбавлением исходного 10 М раствора, создавая в каждой колбе постоянную концентрацию сильного электролита – 0,1М. Растворы готовят согласно таблице 1.

3. В пять стаканчиков наливают по 10…15 мл приготовленных растворов от 10^-1 до 10^-6М NaF и, используя рН 121, рН 340, ЭВ-74, измеряют ЭДС в гальваническом элементе:

Ag | AgCl | 0,1 M | |Измерительный |Насыщенный |AgCl |Ag | | NaF и NaCl |LaF₃ | раствор NaF |раствор KCl | |

Измерение ЭДС проводят последовательно, переходя от меньших к большим концентрациям. При замене растворов и по окончании измерений чувствительность прибора загрубляют, нажимая на клавишу «0,t». Для замены измерительного раствора опускают подставку со стаканчиком, тщательно промывают электроды дистиллированной водой. Осторожно удаляют с электродов избыток влаги фильтровальной бумагой, подводят под электроды стаканчик с новым раствором и поднимают подставку до полного погружения чувствительной части электрода.

Таблица 1

 

№ п/п	С, М	Способ приготовления
	10-1	Используют 0,1 М NaF
	10-2	5 мл раствора (1)+ 4,5 мл 1М KNO3, разбавляют водой до объема 50 мл
	10-3	5 мл раствора (2)+ 4,5 мл 1М KNO3, разбавляют водой до объема 50 мл
	10-4	5 мл раствора (3)+ 4,5 мл 1М KNO3, разбавляют водой до объема 50 мл
	10-5	5 мл раствора (4)+ 4,5 мл 1М KNO3, разбавляют водой до объема 50 мл
	10-6	5 мл раствора (5)+ 4,5 мл 1М KNO3, разбавляют водой до объема 50 мл

 

4. Результаты измерений оформляют в таблицу по нижеприведенной форме:

 

К пункту 3	К пункту 8
№ раствора	рХ	э.д.с., мВ	№ раствора	рХ	э.д.с., мВ

 

где Х и Х¹ основной и посторонний ионы соответственно.

5. Строят градировочный график в координатах э.д.с. – рХ и находят область прямолинейной зависимости.

6. Определяют угловой коэффициент наклона градировочного графика и сравнивают его с теоретическим значением (59 мв при 25ºС для однозарядного иона при десятикратном изменении активности).

7. По градировочному графику определяют предел обнаружения фторид-ионов, используя способ, описанный в разделе 3.4.

8. Определяют коэффициент селективности по отношению к силикат-иону. Для этой цели готовят серию стандартных растворов NaF: 5*10^-2; 1*10^-2; 5*10^-3; 1*10^-3; 1*10^-4; 1*10^-5М, используя в качестве фонового электролита 0,1 М раствор Na₂SiO₃.

Строят градуировочный график и находят отклонение от прямолинейной зависимости. Рассчитывают коэффициент селективности по формуле:

, (4)

где и - концентрации основного и постороннего ионов соответственно, отвечающие точке перегиба на графике.

Находят предельную концентрацию постороннего иона, не влияющую на величину электродного потенциала.

9. Исследуют влияние рН раствора на фторидную функцию мембранного электрода в интервале рН 2…10. Для этой цели помещают в стакан 10 мл 10^-2 М раствора NaF и снимают показания э.д.с. (4…5 измерений), прибавляя каждый раз несколько капель 0,1 М или 0,5 М HCl и измеряя рН раствора. Стеклянный электрод для измерения рН подключают нажатием клавиши «изм. 1/изм. 2».

То же самое выполняют для щелочной области, используя 0,1 М раствор NaOH. Строят графическую зависимость э.д.с. – рН раствора и находят область стабильных сокращений потенциала.

10. Получают от преподавателя контрольный раствор и определяют содержание фторида, используя градировочный график.

 

Контрольные вопросы

 

1. Какой электрод является измерительным?
2. Какой электрод является электродом сравнения?
3. Устройство и принцип работы фторидного ионоселективного электрода.
4. Принципы определения рН веществ с помощью градировочного графика.
5. Каковы общие свойства мембран, используемых для приготовления ионоселективных электродов?

 

Литература

 

1. Методическое пособие по физико-химическим методам анализа. Орел ГТУ, 2001.

2. Цитович И.К. Курс аналитической химии. – М.: Высшая школа, 1994.

3. Васильев В.П. Аналитическая химия, ч.2. Физико-химические методы анализа. М.: Высшая школа, 1994.

4. Дорохова Е.П., Прохорова Г.В. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа/ Под ред. О.М. Петрухина. – М.: Химия, 1987.

5. Практикум по физико-химическим методам анализа/ Под ред. О.М. Петрухина. – М.: Химия, 1987.

 

Лабораторная работа №3

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: