uv-vis.docx

Kaja Fac                                                                                                                                     środa, 6.04.2011r.
Paulina Krzemińska

Ćwiczenie III:
Spektrofotometria UV-Vis

I.                   Analiza jakościowa

Naszym zadaniem było przygotowanie sześciu roztworów, trzech z jonami Fe3+ (początkowe stężenie to 10 ppm) i trzech z jonami Co2+ (początkowe stężenie to 50 ppm) do analizy w spektrofotometrze UV-Vis. Najpierw przygotowałyśmy dwa roztwory A oraz B, które zamierały:

A)    3,97[g] KSCN rozpuszczone w 16[g] H2O.

B)     20,23[g] KSCN rozpuszczone w 44[g] acetonu i 40[g] H2O.

W kolejnych próbkach zawarte było:

1.       1[ml] Fe3+, 4[ml] roztworu A,

2.       1[ml] Fe3+, 4[ml] roztworu B,

3.       1[ml] Fe3+, 4[ml] roztworu B oraz szczypta kwasu askorbinowego,

4.       1[ml] Co2+, 4[ml] roztworu A,

5.       1[ml] Co2+, 4[ml] roztworu B,

6.       1[ml] Co2+, 4[ml] roztworu B oraz szczypta kwasu askorbinowego.

Po sporządzeniu roztworów okazało się, że 4 z nich są barwne, ale dwa są zabarwione niemal identycznie. Poniżej przedstawiamy wykresy zależności absorbancji od długości fali, wykonane na podstawie wyników otrzymanych ze spektrofotometru:

Dzięki tym wykresom mogłyśmy jednoznacznie stwierdzić, że do oznaczania Fe3+ najlepiej jest zastosować roztwór, który zawiera mieszaninę wody i acetonu, natomiast do oznaczania Co2+ również mieszaninę wody i acetonu, jednak z dodatkiem kwasu askorbinowego.

Aceton powoduje obniżenie przenikalności elektrycznej wody, co za tym idzie zmniejsza dysocjację kompleksu i powoduje zwiększenie jego trwałości (w czystej wodzie kompleksy żelaza z rodankami są bardzo nietrwałe i już po kilku godzinach intensywność zabarwienia spada nawet o połowę).

Jeśli chodzi natomiast o kompleks kobaltu z rodankami, to w czystej wodzie ów kompleks dysocjuje praktycznie całkowicie, lecz jeśli dodamy do niego acetonu w stosunku 1:1, to efekt jest taki sam jak w przypadku żelaza (mamy obniżenie przenikalności elektrycznej ośrodka i zwiększoną trwałość niebieskich kompleksów kobaltu). Dodatek kwasu askorbinowego powoduje zupełne wytłumienie ewentualnego zanieczyszczenia żelazem poprzez jego redukcję do Fe2+.

Na przedstawionych wykresach otrzymałyśmy cztery różne maksima odpowiednio dla λmax wynoszących:

a)      λmax1 = 476 [nm],

b)      λmax2 = 472 [nm],

c)      λmax5 = 623 [nm],

d)      λmax6 = 622 [nm].

Dwie ostatnie wartości możemy uśrednić, ponieważ bardzo podobna intensywność tych próbek oraz nieznaczna różnica pomiędzy maksimami intensywności dla tych długości fal są spowodowane dodaniem do jednej z nich kwasu askorbinowego, który zredukował minimalne ilości żelaza na III stopniu utlenienia zawartego w próbce.

Wartości λmax, które podałyśmy powyżej, są bardzo zbliżone do literaturowych długości fal dla żelaza (495 [nm]) i kobaltu (620 [nm]). Nieznaczna różnica dla żelaza może być spowodowana addytywnością absorbancji, a dokładniej nieznacznymi zanieczyszczeniami kobaltem.

Stężenie żelaza w naszej próbce wyliczyłyśmy w następujący sposób:

10ppm=mFe3+V∙d∙100%

10ppm=mFe3+1∙1∙100%

mFe3+=10-7

x=mFe3+V∙d∙100%=10-75∙1∙100%=2∙10-6=2ppm

cmol=x∙dMmol∙100%=2∙10-6∙155,845=3,58∙10-8moll

Stężenie kobaltu w naszej próbce obliczyłyśmy podobnie:

50ppm=mCo2+V∙d∙100%

50ppm=mCo2+1∙1∙100%

mCo2+=5∙10-7

x=mCo2+V∙d∙100%=5∙10-75∙1∙100%=10-5=10ppm

cmol=x∙dMmol∙100%=10-5∙158,933=1,70∙10-7moll

Obliczyłyśmy stężenie rodanków w roztworze A i B w następujący sposób:

cA=3,973,97+16,00∙100%=19,88%

cB=20,2320,23+44,00+40,00∙100%=19,41%

Jak widać stężenie rodanków w naszych roztworach było 4 rzędy wielkości większe, niż stężenie kationów kobaltu i żelaza. Gwarantuje to niemal całkowite przejście tych jonów do kompleksów.

Dzięki obliczonym stężeniom możemy wyznaczyć molowy współczynnik absorpcji według wzoru:

ε=Ac∙b

Gdzie:

A – absorbancji,
c – stężenie molowe jonu,
b – grubość warstwy absorbującej.

Do obliczeń dla kobaltu przyjęłyśmy wartość intensywności dla λmax6, ponieważ mamy wtedy wytłumienie wpływu żelaza.

ελ1=0,374173,58∙10-8∙1=10451676dm3mol∙cm

ελ2=0,764073,58∙10-8∙1=21342737dm3mol∙cm

ελ6=0,369331,70∙10-7∙1=2172529dm3mol∙cm

II.               Analiza ilościowa

Następnym etapem doświadczenia było przygotowanie roztworów żelaza i kobaltu o różnych stężeniach, które posłużą nam do wyznaczenia krzywej kalibracyjnej, a następnie do określenia stężenia próbki kobaltu z zanieczyszczeniami żelaza.

Dla żelaza uzyskałyśmy następujące wykresy zależności absorbancji od długości fali:

Stężenia powyższych próbek przedstawiamy w poniższej tabeli:

Na podstawie powyższego wykresu możemy wyznaczyć krzywą kalibracyjną:

Na podstawie powyższej krzywej kalibracyjnej oraz równania prostej, wygenerowanej przez program Excel obliczyłyśmy stężenie żelaza w analizowanej próbce. Wynosi ona: 1,187 [ppm].

Dla kobaltu uzyskałyśmy następujące wykresy zależności absorbancji od długości fali:

Stężenia powyższych próbek umieściłyśmy w poniższej tabeli:

Na podstawie powyższego wykresu możemy wyznaczyć krzywą kalibracyjną:

Na podstawie powyższej krzywej kalibracyjnej oraz równania prostej, wygenerowanej przez program Excel obliczyłyśmy stężenie kobaltu w analizowanej próbce. Wynosi ona: 5,934 [ppm].

III.           Obliczenia

Skład procentowy stopu obliczyłyśmy poniżej:

mCo=cCo∙V∙d100%=5,934∙10-6∙5∙1100=2,967∙10-7g

mFe...