Лабораторная работа № 6.3

Определение Са²⁺ и Mg²⁺ с использованием фотометрического индикаторного титрования

 

Цель работы – определить массу (г) компонентов в одной из предложенных проб, используя метод фотометрического индикаторного титрования раствором ЭДТА:

§ Проба А – раствор, содержащий Са²⁺;

§ Проба Б – раствор, содержащий Са²⁺ и Mg²⁺.

Сущность работы. Фотометрическое титрование Са²⁺ раствором этилендиаминтетраацетата натрия (ЭДТА) с индикатором мурексидом основано на различии спектров поглощения мурексида и его комплекса с кальцием.

Комплексное соединение кальция с мурексидом в щелочной среде окрашено в красный цвет. При добавлении раствора ЭДТА образуется более прочное бесцветное соединение кальция с ЭДТА:

CaInd + Na₂H₂Y Û Na₂CaY + H₂Ind,

и раствор приобретает фиолетовую окраску, присущую свободному индикатору.

Раздельное определение Са²⁺ и Mg²⁺ в смеси основано на титровании раствором ЭДТА при разном значении рН среды. При рН = 8–10 (аммиачный буферный раствор) с индикатором эриохромом черным Т оттитровывается сумма ионов. При рН» 12 (раствор NaOH) в присутствии индикатора мурексида титруется только Са²⁺. Разность объемов титранта соответствует объему ЭДТА, затраченному на титрование Mg²⁺.

Поскольку в обоих случаях окрашены и титруемые соединения (комплексы ионов металлов с металлоиндикаторами), и продукты реакции (свободные формы индикаторов), то необходимо предварительно выбрать рабочие значения длин волн для проведения титрования. Для этого получают кривые поглощения А – λ, нм и выбирают такой светофильтр, при котором наблюдается максимальная разность поглощения исходных веществ и продуктов реакций.

Кривые индикаторного фотометрического титрования являются логарифмическими, поэтому к. т. т. находят как точку перегиба графика.

Оборудование, посуда, реактивы: фотоэлектроколориметр ФЭК-56 М с титровальным приспособлением ТПР; кювета; мерные колбы вместимостью 50, 0 мл, мерные пипетки вместимостью 5, 00 и 10, 00 мл; мерные цилиндры (5 и 10 мл); 0, 01 М стандартный раствор ЭДТА; 20%-ный раствор NaOH; бюретка; воронка. При анализе пробы А дополнительно: 0, 1%-ный свежеприготовленный раствор мурексида. При анализе пробы Б дополнительно: аммиачный буферный раствор (рН = 8–9); 0, 05%-ный раствор мурексида; 0, 05%-ный раствор эриохрома черного Т.

Выполнение работы

Проба А. Раствор, содержащий Са²⁺

1. Подготовка пробы к анализу. В мерную колбу вместимостью 50, 0 мл получают анализируемый раствор и доводят объем до метки.

2. Выбор светофильтра для определения кальция Са²⁺. ~ 5 мл анализируемого раствора переносят в мерную колбу (50, 0 мл), добавляют 1 мл раствора NaOH и пипеткой вносят 2, 00 мл раствора мурексида. Полученный раствор разбавляют дистиллированной водой до метки и фотометрируют с разными светофильтрами (№ 3–9).

После этого готовят раствор, содержащий свободную форму индикатора. Для этого в мерную колбу (50, 0 мл) переносят 1 мл раствора NaOH и пипеткой вносят 2, 00 мл раствора мурексида. Добавляют ~ 5 мл 0, 01 М раствора ЭДТА и доводят до метки дистиллированной водой. Полученный раствор также фотометрируют с разными светофильтрами. Результаты измерений заносят в таблицу:

Номер светофильтра	λ max, нм	Светопоглощение растворов:	| А 1 – А 2|
CaInd (А 1)	H2Ind (А 2)

В качестве рабочего выбирают такой светофильтр, при котором наблюдается максимальная разность поглощения окрашенных растворов | А ₁ – А ₂|.

3. Определение Са²⁺. Пипеткой берут 10, 00 мл анализируемого раствора и помещают его в кювету, добавляют 1 мл раствора NaOH и пипеткой вносят 2 мл раствора мурексида, разбавляют водой до метки на кювете. Устанавливают выбранный светофильтр. Помещают кювету с титруемым раствором в кюветное отделение прибора на пути правого светового потока так, чтобы стержень кюветодержателя был направлен вправо. Титруют при перемешивании 0, 01 М стандартным раствором ЭДТА, приливая его порциями по 0, 2 мл из бюретки, и после добавления каждой порции записывают значение А (постоянное значение достигается в течение 30–60 с). Показания снимают с красной шкалы левого барабана, при этом значение А на правом барабане должно быть равно нулю.

В начале титрования светопоглощение меняется незначительно, затем наблюдается резкий скачок, после чего А снова изменяется незначительно.

Строят график зависимости А = f (V) в виде логарифмической кривой титрования. Графически находят точку перегиба кривой, соответствующую эквивалентному объему ЭДТА. Используя эти данные, рассчитывают массу Са²⁺ в анализируемом растворе (г).

Проба Б. Раствор, содержащий Са²⁺ и Mg²⁺

1. Подготовка пробы к анализу. В мерную колбу вместимостью 100, 0 мл получают анализируемый раствор и доводят объем до метки. Затем отбирают аликвоту 10, 00 мл, переносят ее в другую мерную колбу (100, 0 мл) и доводят объем до метки. Последний раствор используют для анализа.

2. Выбор светофильтра для титрования суммы Са²⁺ и Mg²⁺. ~ 5 мл анализируемого раствора переносят в мерную колбу (50, 0 мл), прибавляют 5–10 мл аммиачного буфера и пипеткой вносят 0, 5 мл раствора индикатора эриохрома черного Т. Полученный раствор разбавляют дистиллированной водой до метки и фотометрируют с разными светофильтрами (№ 3–9).

Для этого помещают кювету с раствором в кюветное отделение прибора на пути правого светового потока так, чтобы стержень кюветодержателя был направлен вправо. Показания светопоглощения снимают с красной шкалы левого барабана, при этом значение А на правом барабане должно быть равно нулю.

После этого готовят раствор, содержащий свободную форму индикатора в тех же условиях. Для этого в мерную колбу (50, 0 мл) переносят 5–10 мл аммиачного буфера и пипеткой – 0, 5 мл индикатора эриохрома черного Т, добавляют ~ 5 мл 0, 01 М раствора ЭДТА и доводят до метки дистиллированной водой. Полученный раствор также фотометрируют с разными светофильтрами. Результаты измерений заносят в таблицу.

Номер светофильтра	λ max, нм	Светопоглощение растворов:	| А 1 – А 2|
(Ca, Mg)Ind (А 1)	H2Ind (А 2)

В качестве рабочего выбирают такой светофильтр, при котором наблюдается максимальная разность поглощения окрашенных растворов |А₁ – А₂|.

3. Титрование суммы Са²⁺ и Mg²⁺. Пипеткой переносят 10, 00 мл анализируемого раствора в кювету, добавляют 5–10 мл аммиачного буферного раствора, пипеткой вносят 0, 5 мл индикатора эриохрома черного Т и доводят до метки на кювете дистиллированной водой. Устанавливают выбранный светофильтр и титруют раствором ЭДТА, приливая его порциями по 0, 20 мл из бюретки и измеряя А в ходе титрования. Если объем титранта превышает 4, 5 мл и скачок на кривой титрования отсутствует, то необходимо уменьшить аликвоту и повторить измерения.

В начале титрования светопоглощение меняется незначительно, затем наблюдается резкий скачок, после чего А снова изменяется незначительно.

Строят график зависимости А = f (V) в виде логарифмической кривой титрования. Графически находят точку перегиба кривой, соответствующую объему ЭДТА (V ₁), затраченному на титрование суммы Са²⁺ и Mg²⁺.

4. Выбор светофильтра для определения кальция Са²⁺. ~ 5 мл анализируемого раствора переносят в мерную колбу (50, 0 мл), добавляют 1 мл раствора NaOH и пипеткой вносят 2, 00 мл раствора мурексида. Полученный раствор разбавляют дистиллированной водой до метки и фотометрируют с разными светофильтрами (№ 3–9).

После этого готовят раствор, содержащий свободную форму индикатора. Для этого в мерную колбу (50, 0 мл) переносят 1 мл раствора NaOH и пипеткой вносят 2, 00 мл раствора мурексида. Добавляют ~ 5 мл 0, 01 М раствора ЭДТА и доводят до метки дистиллированной водой. Полученный раствор также фотометрируют с разными светофильтрами. Результаты измерений заносят в таблицу:

Номер светофильтра	λ max, нм	Светопоглощение растворов:	| А 1 – А 2|
CaInd (А 1)	H2Ind (А 2)

В качестве рабочего выбирают такой светофильтр, при котором наблюдается максимальная разность поглощения окрашенных растворов | А ₁ – А ₂|.

5. Определение Са²⁺. Пипеткой берут 10, 00 мл анализируемого раствора и помещают его в кювету, добавляют 1 мл раствора NaOH и пипеткой вносят 2 мл раствора мурексида, разбавляют водой до метки на кювете. Устанавливают выбранный светофильтр. Титруют при перемешивании раствором ЭДТА, измеряя А раствора после добавления каждой порции титранта, как описано выше. Строят кривую титрования, по ней находят объем ЭДТА, затраченный на титрование кальция (V ₂).

6. Расчет результатов анализа. Используя объем титранта V ₂, рассчитывают массу Са²⁺ в пробе (г) с учетом всех предварительных разбавлений.

Находят разность объемов D V = V ₁ – V ₂, которая равна объему раствора ЭДТА, пошедшего на титрование Mg²⁺. Используя объем титранта D V, рассчитывают массу Mg²⁺ в пробе (г) с учетом всех предварительных разбавлений.

Если аликвоты раствора, взятые для титрования Са²⁺ и суммы ионов, были разными, то расчет необходимо провести через количество моль титранта.