Определение тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом
РЕФЕРАТ
по теме:
«Определение свинца в сплавах, минералах, в горных породах химическими и физико-химическими методами»
Выполнил: Давлеткулов Айнур
Группа: 4НАН-1ДБ-079
Проверила:
Москва 2011
Характеристика II аналитической группы катионов Ag+, Pb2+ и Hg22+
Во вторую аналитическую группу входят катионы Ag+, Pb2+ и Hg22+, образующие с хлороводородной кислотой и ее солями нерастворимые осадки хлоридов.
Катионы этой группы бесцветны. При взаимодействии с нитрат- и нитрит-ионами образуют растворимые соли. При взаимодействии с сульфат-, сульфид-, фосфат-, хромат-, карбонат-, бромид- и йодид-ионом образуют осадки, т.е. в воде растворимы нитраты и нитриты серебра, свинца и ртути, остальные соли этих металлов в воде не растворяются. При действии щелочей Ag+ и Hg2+ образуют гидроксиды, которые сразу разлагаются на воду и оксиды серебра и ртути; Pb2+ образует осадок гидроксида свинца. При действии восстановителей указанные катионы могут восстанавливаться до металла.
Групповым реактивом является соляная кислота, при действии которой выпадают белые осадки хлоридов:
Ag++Cl- =>AgCl
Pb2++2Cl- =>PbCl2
Hg22++2Cl- =>HgCl2
Все они нерастворимы в азотной кислоте. Растворимость хлоридов в воде различна. При 20°С растворимость AgCl составляет 1,3*10-5моль/л, PbCl2 – 1.6*10-5 моль/л. При повышении температуры растворимость PbCl2 заметно растет, растворимость других хлоридов практически не изменяется. Таким путем можно отделить хлорид свинца от других хлоридов этой группы.
AgCl растворим в аммиаке, при этом образуется комплексная соль:
AgCl+2NH4OH =>[Ag(NH3)2]Cl+2H2O
Если к раствору этого комплекса добавить HNO3, выпадает осадок AgCl. При добавлении раствора KI можно наблюдать образование желтоватого осадка AgI.
Белый осадок Hg2Cl2 при действии аммиака чернеет – выделяются металлическая ртуть и нерастворимый амидохлорид ртути:
Hg2Cl2+2NH4OH =>Hg↓+NH2HgCl+NH4Cl+2H2O
Выполнение реакции. В отдельные пробирки помещают по 4-5 капель растворов солей Ag+, Pb2+ и Hg22+ и добавляют по 4-5 капель раствора HCl. Образовавшиеся белые осадки отфильтровывают, делят пополам и переносят в чистые пробирки, добавляют в одни по 8-10 капель воды, в другие – по 4-5 капель раствора NH4OH. Пробы разбавляют водой, нагревают до кипения и убеждаются, что PbCl2 растворился. В других пробирках AgCl растворился в аммиаке, а белый осадок HgCl2 почернел.
Частные реакции катионов свинца Pb2+
Реакция с хроматом калия. При этом образуется желтый осадок хромата свинца, растворимый в концентрированной щелочи, в HNO3. В отличие от хромата серебра нерастворим в NH4OH.
Выполнение реакции. В пробирку помещают 2-3 капли раствора соли свинца, добавляют 2-3 капли раствора K2CrO4 и наблюдают образование желтого осадка. Осадок отделяют, делят на три части, переносят в разные пробирки и проводят реакции со щелочью, HNO3, NH4OH.
Реакция с иодидом калия. При комнатной температуре образуется желтый осадок PbI2:
Pb2++2KI =>PbI2↓+2K+
Эта соль довольно хорошо растворима в воде, при 25°С растворимость составляет 1,3*10-3моль/л. При охлаждении горячего раствора PbI2 выпадает в форме красивых золотисто-желтых кристаллов.
Выполнение реакции. В пробирку помещают 4-5 капель раствора соли свинца, добавляют 1-2 капли уксусной кислоты, 2-3 капли воды и нагревают до кипения, добавляя по капле воду, пока осадок не растворится. Содержимое пробирки медленно охлаждают, наблюдая образование кристаллов.
Реакция с дитизоном (дифенилтиокарбазоном):
| |||
| |||
-N=N-C-NH-NH-
S
Этот реактив в виде раствора в хлороформе образует с ионами Pb2+ ярко окрашенное комплексное соединение кирпично-красного цвета. Реакция высокочувствительна. Катионы Ag+ мешают определению Pb2+.
Выполнение реакции. В пробирку помещают 4-5 капель раствора соли свинца, добавляют 2-3 капли раствора дитизона в хлороформе, взбалтывают и наблюдают окрашивание хлороформного слоя в красный цвет.
Гравиметрия (весовой анализ) — метод количественного анализа в аналитической химии, который основан на изменении массы определяемого компонента, выделенном в виде веществ определённого состава.
Используется уравнение химической реакции типа: aX + bR = XaRb для получения осадка XaRb
При выполнении весовых определений определяемый компонент смеси, или составную часть (элемент, ион) вещества количественно связывают в такое химическое соединение, в виде которого она может быть выделена и взвешена (так называемая гравиметрическая форма, ранее она именовалась «весовая форма»). Состав этого соединения должен быть строго определённым, то есть точно выражаться химической формулой, и оно не должно содержать каких-либо посторонних примесей.
В гравиметрии используются различные неорганические и органические химические соединения. Так, например, 1,2,3-Бензотриазол применяется для гравиметрического определения металлов: меди, серебра, цинка и др.
Вершины своего развития весовой анализ достиг в 1950-е годы, когда ещё не было широкого применения спектральных и хроматографических методов.
В настоящее время он остаётся своеобразным эталоном, методической базой при разработке и аттестации других методов.
В гравиметрии есть три метода: отгонка, осаждение и выделение.
Гравиметрические методы применяют редко. Основное их достоинство — исключается построение калибровочных графиков (построение графика при анализе многокомпонентных смесей затруднительно, из-за невозможности приготовления стандартной смеси, точно моделирующей пробу, не зная заранее состава пробы). Гравиметрические методы применяют в качестве арбитражных при определении магния, натрия, кремнекислоты, сульфат-ионов, суммарного содержания нефтепродуктов, жиров.
ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА
7.1 Определение свинца при содержании бария в концентратах до 0,5 %.
Навеску пробы свинцового концентрата массой 0,2000—0,5000 г (таблица I) помещают в коническую колбу вместимостью 250 см\ смачивают водой, приливают 15 см3 соляной кислоты и нагревают в течение 10 мин.
рибавляют 5 см3 азотной кислоты и продолжают нагревать до прекращения бурного выделения оксидов азота и уменьшения объема раствора до 2 3 см3. Приливают 10—15 см* раствора серной кислоты, разбавленной 1:1, и нагревают до выделения паров серной кислоты.
Если раствор приобретает темную окраску из-за присутствия органических веществ, прибавляют небольшими порциями (0,02— 0,05 г) азотнокислый аммоний или осторожно, по каплям, азотную кислоту до их разрушения. Раствор охлаждают, стенки колбы обмывают небольшим количеством волы и повторяют выпаривание до обильного выделения паров серной кислоты. К остатку после охлаждения приливают 80—100 см3 воды, кипятят 5—10 мин до растворения растворимых сульфатов.
Раствор охлаждают в проточной воде в течение 1—2 ч <ири проведении арбитражных анализов оставляют на ночь), затем фильтруют через тампон из фильтробумажной массы или плотный фильтр с небольшим количеством фильтробумажной массы.
Колбу и осадок на фильтре промывают раствором серной кислоты 2:100 до отрицательной реакции промывных вод на железо с раствором роданистого аммония, затем четыре-иять раз водой.
Осадок с фильтром (тампоном) помешают в колбу, в которой проводилось осаждение, приливают 40—50 см3 буферного раствора; фильтр тщательно разрыхляют стеклянной палочкой. Приливают воду до объема 100—120 см3, нагревают до кипения и кипятят 1 — 2 мин, затем выдерживают при 70—90*С в течение 1 ч.
димо, водой до объема 150 см3, прибавляют одну-две капли раствора индикатора ксиленолового оранжевого и титруют свинец раствором трилона Б до перехода окраски из малмно-фиолетовой в желтую.
7.2 Определение свинца при содержании бария в концентратах более 0,5 %.
Навеску свинцового концентрата (таблица I) помешают в коническую колбу вместимостью 500 см3, смачивают водой, прибавляют 2 t сернокислого калия, 15—20 см3 соляной кислоты и раствор выпаривают досуха, не прокдливар остатка.
Приливают 100 см3 воды, нагревают и кипятят 3—5 мин до просветления раствора.
Если раствор окрашивается в желтый цвет или мутнеет из-за выделения гидроксида железа, прибавляют 3—5 мгсернокислого гид* роксиламина или аскорбиновой кислоты и нагревают до исчезновения желтой окраски и посвстления раствора.
Содержимое колбы охлаждают в проточной воде в течение I ч (при выполнении арбитражных анализов оставляют на ночь). Раствор фильтруют через тампон из фильтробумажной массы или плотный фильтр, содержащий фильтробумажную массу. Колбу и осадок на фильтре промывают пять-шесть раз водой Далее анализ продолжают, как описано в 7.1.
• При содержании в свинцовом концентрате органических веществ раствор перед титрованием может быть малопрозрачным, а фильтробумажная масса окрашенной в темный цвет, что мешает распознать нию конца титрования. В этом случае раствор перед титрованием разбавляют до 200—300 см3, добавляют индикатор и титруют раствором трилона Б, как указано в 7.1. Допускается также фильтровать раствор через тампон из ваты в колбу вместимостью 500 см3; тампон и колбу, в которой проводилось растворение сульфата свинца, промывают горячей водой до отрицательной реакции на свинец (проба с раствором сернистого натрия) Фильтрат охлаждают, добавляют индикатор и титруют свинец, как указано в 7.1.
8 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
8.1 Массовую долю свинца X, %, вычисляют по формуле
х= V• Т 100
где V — объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование свинца, см3;
7”— титр раствора трилона Б по свинцу, г/см3;
m — масса навески концентрата, г.
Спектрофотометрия (абсорбционная) — физико-химический метод исследования растворов и твёрдых веществ, основанный на изучении спектров поглощения в ультрафиолетовой (200—400 нм), видимой (400—760 нм) и инфракрасной (>760 нм) областях спектра. Основная зависимость, изучаемая в спектрофотометрии зависимость интенсивности поглощения падающего света от длины волны. Спектрофотометрия широко применяется при изучении строения и состава различных соединений (комплексов, красителей, аналитических реагентов и др.), для качественного и количественного определения веществ (определения следов элементов в металлах, сплавах, технических объектах). Приборы спектрофотометрии — спектрофометры
Зако́н Бугера — Ламберта — Бера — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.
Закон выражается следующей формулой:
,
где 
— интенсивность входящего пучка, 
— толщина слоя вещества, через которое проходит свет, 
— показатель поглощения (не путать с безразмерным показателем поглощения 
, который связан с формулой 
, где 
— длина волны).
Показатель поглощения характеризует свойства вещества и зависит от длины волны λ поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества.
[править]История открытия закона
Закон Бугера — Ламберта — Бера экспериментально открыт французским учёным Пьером Бугером в 1729 году, подробно рассмотрен немецким учёным И. Г. Ламбертом в 1760 году и в отношении концентрации C проверен на опыте немецким учёным А. Бером в 1852 году.
Атомно-абсорбционные спектрометры (ААС) - приборы, предназначенные для проведения количественного элементного анализа (до 70 элементов) по атомным спектрам поглощения, в первую очередь для определения содержания металлов в растворах их солей: в природных и сточных водах, в растворах-минерализатах консистентных продуктов, технологических и прочих растворах.
Основные области применения атомно-абсорбционных спектрометров (ААС) — контроль объектов окружающей среды (воды, воздуха, почв), анализ пищевых продуктов и сырья для их изготовления, медицина, геология, металлургия, химическая промышленность, научные исследования.
Принцип действия
Принцип действия атомно-абсорбционного спектрометра основан на измерении величины поглощения луча света, проходящего через атомный пар исследуемой пробы. Для превращения исследуемого вещества в атомный пар используется атомизатор. В качестве источника света используется различные узкополосные источники света. Для достижения наилучшего результата необходимо соблюдать правила, сформулированные Уолшем:
длина волны, соответствующая максимальному поглощению атомных паров, должна быть равна длине волны максимальной интенсивности излучения источника
полуширина линии поглощения атомных паров должна быть по крайне мере в два раза больше полуширины линии испускания источника
После прохождения через атомные пары исследуемой пробы луч света поступает на монохроматор, а затем на приёмник, который и регистрирует интенсивность излучения.
Определение тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом
Методика предназначена для выполнения измерений массовой концентрации металлов (марганца, меди, железа, цинка, молибдена) в пробах природных и сточных вод атомно-абсорбционным методом с электротермической атомизацией с использованием атомно-абсорбционного спектрометра "МГА-915".
Таблица 1
Диапазон измеряемых концентраций в пробах воды без разбавления:
| Элемент | Концентрация |
| Цинк | 0,1 - 8,0 мг/дм3 |
| Хром | 0,001 - 0,1 мг/дм3 |
| Марганец | 0,0003 - 0,050 мг/дм3 |
| Медь | 0,0005 - 0,070 мг/дм3 |
| Железо | 0,005 - 0,060 мг/дм3 |
Объем дозируемой в атомизатор пробы - от 5 до 40 мм3.
При анализе проб воды с массовой концентрацией металлов, превышающей верхнюю границу диапазона, допускается разбавление пробы бидистиллированной (деионизованной) водой, но не более чем в 100 раз. (Zn, Cr), не более чем в 1000 раз (Mn, Cu, Fe)
Метод измерения
Метод измерения основан на резонансном поглощении света свободными атомами металлов, возникающем при пропускании света через слой атомного пара в графитовой печи атомно-абсорбционного спектрометра "МГА-915". Содержание металлов определяется величиной интегрального аналитического сигнала и рассчитывается по предварительно установленной градуировочной зависимости.