گزارشکار آزمایشگاه شیمی تجزیه دستگاهی

 

آزمایش اول

نام آزمایش : اندازه گیری آهن (II) بصورت کمپلکس با ارتوفنانترولین

تاریخ انجام آزمایش: 22/01/87

مواد و وسایل مورد نیاز:

1-      محلول استاندارد اصلی (Stock Solution) آهن (100 ppm)

2-      محلول ارتوفنانترولین (0.2%)

3-      محلول هیدروکسیل آمین(10%)

4-      بافرکننده سدیم استات (10%)

5-      دستگاه اسپکتروفتومتری (uv/vis)

مقدمه:

یک روش حساس و استاندارد برای تعیین آهن در آب آشامیدنی یا صنعتی براساس تشکیل کمپلکس آهن (II) با ارتوفنانترولین (رنگ قرمز مایل به نارنجی) استوار است . ارتوفنانترولین یک بازضعیف است ودر محلول اسیدی به فرم یون فنانترولیم (PhH⁺) در می آید . واکنش تشکیل کمپلکس را می توان بصورت زیر نشان داد :       

                                                                                                           

                                                                                         

Fe(Ph) Fe²⁺ + 3PhH⁺

لیگاند ارتوفنانترولین از ناحیه دو اتم نبتروژن خود با آهن پیوند کووالانسی تشکیل می دهد. ثابت تعادل این واکنش در 25C برابر 2.5×10⁶ می باشد و کمپلکس در محدود? pH= 2-9 بصورت کمی تشکیل می شود. برای جلوگیری از رسوب کردن نمک های مختلف آهن مانند فسفات ها ، pH در حدود 3.5 تنظیم می شود. به هر حال نیاز به کنترل دقیق pH نیست. برای تجزیه آهن توسط ارتوفنانترولین اضافی یک واکنشگرکاهنده به محلول می افزایند تا آهن را در حالت +2 نگه دارد. هیدروکسیل آمین هیدروکلراید یا هیدروکینون برای این منظور مناسب هستند. رنگ این کمپلکس پس از تشکیل برای مدت طولانی ثابت می ماند. آزمایش را می توان در طول موج 512 nm  انجام داد (ε =1.1×10⁴ ).

روش کار:

1-   برای تهیه سه استاندارد مورد مورد نیاز مقادیر مناسب از محلول 100 ppm آهن را در ظرف های 50 ml می ریزیم. به هر یک از چهار بالن 2ml محلول هیدروکسیل آمین هیدروکلراید، 5ml از محلول ارتوفنانترولین و مقدار کافی محلول استات(حدود 10ml) برای تنظیم pH اضافه کنید. اندکی محلول ها را بهم زده وبگذارید که برای 5 دقیقه باقی بمانند، سپس آنها را با آب مقطر به حجم برسانید.

2-      10ml از محلول مجهول را در یک ظرف 50ml بریزید و دقیقاً شبیه استانداردها روی آن عمل کنید.

3-      سل های دستگاه uv/vis را کاملاً تمیز کرده و آنها را از آب مقطر پر کنید و دستگاه را با آنها کالیبره کنید.

4-      .λ_max را با استفاده از رقیقترین محلول تعیین کنید.

5-      جذب محلول های استاندارد و مجهول را نسبت به شاهد بخوانید.

6-      یک منحنی کالیبراسیون مناسب رسم کنید و با استفاده از جذب محلول، غلظت محاسبه شده مجهول را به مسئول آزمایشگاه گزارش کنید.

نتایج و محاسبات:

   èN₁V₁ = N₂V₂ è 100 ×V₁ = 50×1 è V₁ = 0.5mlبرای استاندارد اول                                             V =2.5ml برای استاندارد سوم ،V= 1.5     برای استاندارد دوم  

الان از محلول 100ppm آهن مقدارهای به دست آمده از محاسبات را بر داشته و هر سه استاندارد را می سازیم وبعد از درست کردن محلول ها جذب آنها را با دستگاه می خوانیم وجذب های خوانده شده را به صورت نموداری رسم می کنیم. در این ترکیب جذب انتقال بار صورت می گیرد و لیگاند به عنوان دهند? جفت الکترون عمل می کند و دلیل رنگی بودن این کمپلکس آن است که در ناحیه مرئی (uv ) از خود جذب نشان می دهد.

بعد از ساختن محلول ها مقدار جذب آنها و جذب نمون? مجهولی را که می خواهیم غلظت آن را به دست آوریم، با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری می خوانیم که این مقدار های به دست آمده و نمودار کالیبراسیون آن به صورت زیر می باشند:

 

 

 

 

سئوالات:

1-      جذب کمپلکس آهن- ارتوفنانترولین در ناحیه uv/vis از چه نوعی است ؟ توضیح دهید.

ج- جذب انتقال بار: برای هدف های تجزیه ای گونه هایی که جذب انتقال بار نشان می دهند از اهمیّت ویژه ای برخوردارند، زیرا ضرایب جذب مولی بسیار بزرگی دارند. بنابراین، این کمپلکس ها وسیله ای بسیار حساس برای آشکارسازی و تعیین گونه های جاذب در اختیار می گذارند. در اکثر کمپلکس های انتقال بار شامل یک یون فلز، فلز به عنوان الکترون پذیر عمل می کند. یک استثنا کمپلکس o – فنانتولین با آهن (II) یا مس (I) است که د ر آن لیگاند به عنوان الکترون پذیر ویون فلز به عنوان الکترون دهنده عمل می کنند، مثال هایی دیگر از این نوع کمپلکس ها شناخته شده اند.  

2-      چرا در ناحیه vis به جای لامپ های تنگستن قدیمی از لامپ تنگستن- هالوژن استفاده می شود؟

ج- متداولترین منبع تابش مرئی و زیرقرمز یک لامپ رشته تنگستنی است. توزیع انرژی این منبع خیلی نزدیک به جسم سیاه است و بنابراین به دما بستگی دارد. و به دو دلیل از لامپ های تنگستن هالوژن اسفاده می کنند: a – این لامپ ها حاوی مقدار کمی ید در داخل یک پوشش کوارتزی است که رشت? تنگستنی را در بر دارد. لامپ تنگستن- هالوژن بیش از دو برابر طول عمر لامپ معمولی است.این طول عمر اضافی از واکنش ید با گاز تنگستن که به وسیل? تصعید به دست می آید و معمولاً طول عمر رشته را محدود می کند، ناشی می شود؛ محصول WI₂ فرّار است. هنگامی که مولکول های این ترکیب به رشته برخورد می کنند، تجزیه روی می دهد و باعث رسوب کردن مجدد تنگستن می شود.  b –  و گستره خروجی را کاملاً به فرابنفش گسترش می دهند.  

3-      ناحیه uv در خلاء چیست؟ توضیح دهید.

ج- انتقال ^*σ→σ در اینجا، یک الکترون در اوربیتال پیوندی σی یک مولکول با جذب تابش به اوربیتال ضد پیوندی مربوط برانگیخته می شود در این حال گفته می شود که مولکول در حالت برانگیخته σ^*و σ قرار دارد. انرژی لازم برای القای گذار σ^*→σ نسبت به سایر گذارهای ممکن زیاد است که متناظر با فرکانس های تابشی در ناحیه فرابنفش در خلأ است. 

 

آزمایش دوّم

نام آزمایش: تعیین اسپکتروفتومتری pK یک سناساگر (Methyl Red)

تاریخ انجام آزمایش: 29/01/87

مواد و وسایل مورد نیاز:

1-      محلول اصلی قرمزمتیل (0.2% در 60%اتانول- آب)

2-      سدیم استات 0.04M و استیک اسید 0.02M (یا استیک اسید 0.1M وسود 0.5M در صورتیکه pH در اختیار دارید)

3-      هیدروکلریک اسید 0.1M و0.01

مقدمه:

ثابت تفکیک شناساگرهای اسید- باز توسط مطالعات اسپکتروفتومتری، بسادگی قابل اندازه گیری است. این روش توسط تعیین ثابت تفکیک اسیدی قرمزمتیل (MR) تشریح می شود. شکل اسیدی وشکل بازی قرمزمتیل در زیر نشان داده شده است.

 

هر دو فرم بازی واسیدی جذبهای قوی در ناحیه Vis دارند، فاصله تغییر رنگ از pH=4 تا pH=6 را می توان براحتی با سیستم بافری استات بدست آورد. تعیین pK شامل سه مرحله است:

الف – تعیین λ_maxهای HMRو MR^-

ب – بررسی تبعیت از قانون بیر برای HMRو MR^- در λ_maxهای AوB(λ_Aوλ_B)، به این ترتیب چهار منحنی کالیبراسیون رسم می شود و شیب آنها تعیین می گردد.

ج – تعیین مقادیر نسبی HMRوMR^- موجود در محلول به عنوان تابعی از pH.

با بکار گیری غلظت یکسانی از شناساگر در هر یک از اندازه گیریها، در مقادیر مختلف pH و اندازهگیری جذب برای هر محلول درλ_A و λ_B، مقادیر نسبی HMRوMR در محلول را می توان به کمک دو معادله زیر محاسبه نمود:

A_A= d_A.HMR[HMR] + d_A.MR [MR^-]

 

A_A= d_B.HMR [HMR] + d_B.MR [MR^-]

ضرایب d از منحنی های رسم شده در بخش b بدست می آیند(شیب منحنی کالیبراسیون). با حل همزمان این دو معادله نسبت MR^-/HMR را می توان بدست آورد و سپس pK را به کمک معادلات قبلی محاسبه کرد.

روشکار:

1-            5ml از محلول استاندارد شناساگر و 5ml محلول 0.1M اسید کلریدریک را به هم اضافه کرده و در یک بالن 50ml به حجم برسانید. pH این محلول حدود 2 است(محلولA). طیف این محلول را ثبت کنید و λ_max را بدست آورید(حدود 520nm بدست می آید).

2-                       5ml از محلول استاندارد شناساگر و 12.5 ml از محلول سدیم استات 0.04M رادر یک بالن 50ml به هم اضافه کنید و به حجم برسانید. pH این محلول حدود 8 است (محلولB).   از استیک اسید و سود نیز می توانید استفاده کنید و pH را با pH متر تنظیم نمائید.

3-            با استفاده از محلول A (در بالنهای 25ml) و با استفاده از محلول هیدروکلریک اسید 0.01M بعنوان رقیق کننده محلول های 10 ، 20 و 30ppm شناساگر را بسازید(دانسیته محلول را در یک فرض کنید).

4-            بااستفاده از محلول B (در بالنهای 25ml) و با استفاده از محلول سدیم استات 0.01M بعنوان رقیق کننده، محلول های 10،20و 30ppm شناساگر را بسازید(دانسیته محلول را یک بگیرید).

5-            جذب هر یک از شش محلول را در مقابل آب در طول موج های λ_Aوλ_B اندازه گیری کنید و نسبت به غلظت نسبی شناساگر رسم کنید. به این ترتیب چهار منحنی کالیبراسیون خواهید داشت که مقادیر d را می توانید از شیب آنها بدست آورید.

6-                       محلولهای زیر را درچهار بالن 50ml تهیه کنید:

 

 

7-            مقادیر pH هر یک از محلول ها را باpHمتر تعیین کنید (مقادیر نوعی در جدول آمده اند) و جذب هر یک از محلول ها را در طول موج های λ_A و λ_B اندازه گیری کنید. با استفاده از جذب های بدست آمده و مقادی d محاسبه شده، مقادیر نسبی HMR وMR را به صورت تابعی pH محاسبه نموده و pK شناساگر را بدست آورید.

 

 

نتایج و محاسبات در آزمایشگاه:

 

50ml→0.1MHCl5ml + متیل رد 5ml =  محلول A

50ml→ 0.04Macetate sodium2.5ml  + متیل رد 5ml  = محلول B

در این محلولها λ_max را بدست می آوریم. بعد از به دست آوردن λ_maxهای این محلول ها از محلولA در بالن های 25ml سه محلول 10،20و30ppm را بدست می آوریم و با اسید کلریدریک 0.1M  به حجم می رسانیم چون می خواهیم که شناساگر به فرم اسیدی باشد. وهمچنین از محلول B در بالنهای 25ml سه محلول 10،10و30ppm را بدست می آوریم وبا سدیم استات 0.01M  به حجم می رسانیم ودر اینجا میخواهیم که شناساگر به فرم بازی باشد.

 ودر نهایت دو محلول 1و2رابه صورت زیر درست می کنیم:

محلول A را به طریق زیر درست می کنیم:

50ml→آب مقطر+0.02M اسید استیک 25ml+0.01M سدیم استات 12.5ml+ متیل رد1ml

محلول B را به طریق زیر به دست می آوریم:

50ml→آب مقطر +0.02Mاسیداستیک 2.5ml+0.01Mسدیم استات12.5ml+ متیل رد 1ml

در محیط اسیدی λ_max برابر 520nm و در محیط بازی λ_max برابر 460nm  می باشد.

 

 

مقادیر جذب در محلول های AوB و همچنین محلولهای مجهول را در جداول زیر می بینید:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

سئوالات:

1-      چه فرمی از شناساگر در محلول A وجود دارد. چرا؟

فرم شناساگر در این محلول به صورت اسیدی می باشد . چون به مقدار زیادی استیک اسید را در این محلول داریم.

2-      چه فرمی از شناساگر در محلول B وجود دارد. چرا؟

فرم شناساگر در این محلول به صورت بازی می باشد. چون به مقدار زیادی سدیم استات را در این محلول داریم.

3-      اگر دو طیف بدست آمده برای محلول های A و B را روی هم منطبق کنید در یک طول

موج(حدود460 nm )یکدیگر را قطع می کنند که به آن نقطه ایزوبستیک  (Isobestic Point)

می گویند. این نقطه چه خصوصیاتی دارد و چه استفاده هایی از آن می شود؟