Vase, kaadmiumi ja tsingi määramine klassikalise polarograafilise analüüsi meetodil (0)

TTÜ keemiainstituut
Analüütilise keemia õppetool
Instrumentaalanalüüs
Vase, kaadmiumi ja tsingi määramine klassikalise polarograafilise analüüsi meetodil
Töö teostaja :
Õpilaskood:
Õpperühm:
Õppejõud: Aini Vaarmann
Töö eesmärk:
Cu2+,Cd2+ ja Zn2+ ioonide määramine uuritavas lahuses:
1) kvalitatiivselt
2)kvantitatiivselt
Analüüsipraktikast on teada, et vase, kaadmiumi ja tsingi määramine nende koosesinemisel uuritavas lahuses on küllalt keeruline analüütiline ülesanne. Polarograafiline meetod võimaldab seda ülesannet lahendada nii kvalitatiivselt kui kvantitatiivselt.
Vase, kaadmiumi ja tsingi ioonid moodustavad ammoniakaalses keskkonnas kompleksioonid [Cu(NH3)4]2+, [Cd(NH3)4]2+, [Zn(NH3)4]2+. Nende ioonide poollainepotentsiaalid erinevad üksteisest foonil 1 M NH4OH + 1 M NH4Cl piisavalt, et saada ühel ja samal polarogrammil kõigi kolme depolarisaatori polarograafilised lained.
Ioon
Poollainepotentsiaal
Hg anoodi suhtes, V
[Cu(NH3)4]2+
- 0,040;- 0,300
[Cd(NH3)4]2+
- 0,610
[Zn(NH3)4]2
- 1,160
Töövahendid:

• universaalpolarograaf OH-105 (Radelkis)
  
• elavhõbetilkelektrood (katood)
  
• elektrolüüser suurepinnalise elavhõbeelektroodiga (anood)
  
• 3 mõõtepipetti, 5 ml
  
• 4 mõõtekolbi, 50 ml
  
• fooni lahus: 1 M NH4OH + 1 M NH4Cl
  
• Na2SO3x7H2O, tahke
  
• 0,5 % želatiini lahus
  
• metallide standardlahused: 1mg Cu2+/ml, 1mg Cd2+/ml, 1mg Zn2+/ml
  

Töö käik:

Teha etaloon lahused .
Lahus
C (Cu2+), mg/ml
C (Cd2+), mg/ml
C (Zn2+), mg/ml
1
0,02
0,02
0,02
2
0
0,04
0
4
0
0,06
0
5
0
0
0,04
6
0,04
0
0
Seitsmendasse kolvis on kontrolllahus. Kolvid täidetakse peaaegu mõõtjooneni foonilahusega. Igasse kolbi lisatakse 0,3-0,5 g naatriumsulfitit lahustunud hapniku redutseerimiseks ja 0,5 ml 0,5% želatiini lahust maksimumide tekke vältimiseks. Seejärel täidetakse kolvid foonilahusega mõõtjooneni, loksutatakse ja jäetakse seisma.
Elektrolüüser täidetakse polarografeeritava lahusega, eelnevaltloputatakse elektrolüüserit ja elavhõbetilkelektroodi antud lahusega vähemalt kaks korda. Lahuse pind peab olema 10-15 mm kõrgemal tilkelektroodi otsast. Elavhõbetilkelektroodi elavhõbeda reservuaartõstetakse statiivil üles.
Seejärel saadakse pinge-voolutugevuse kõver ehk normaalpolarogramm, mille astmeid nimetatakse polarograafilisteks laineteks.
Voolutugevuse järsk suurenemine iseloomustab olukorda, kus tilkelektroodi potentsiaal saavutab väärtuse, mille juures uuritavas lahuses sisalduvad ioonid hakkavad redutseeruma tilkelektroodil.
Elektroodil kulgeva protsessi kiirust iseloomustab difusioonivoolu tugevus, mis sõltub ioonide kontsentratsioonist lahuses. Tasakaalu olukorras on difusiooni piirvoolu tugevuse ja depolarisaatori kontsentratsiooni vahel lineaarne seos:
Id = k c, kus

• Id – difusiooni piirvoolu tugevus
  
• k – Ilkovitši konstant
  
• c – depolarisaatori kontsentratsioon
  

Lineaarne seos difusiooni piirvoolu tugevuse ja depolarisaatori kontsentratsiooni vahel on aluseks kvantitatiivsele polarograafilisele analüüsile.
Polarograafilise laine asend pingetelje suhtes sõltub depolarisaatori keemilisest iseloomust. Laine asend määratakse poollainepotentsiaali abil, mis iseloomustab elektroodi potentsiaali, mille juures
voolutugevuse kasv on saavutanud poole difusiooni piirvoolu tugevusest.
Määrates poollainepotentsiaali ja mõõtes polarograafilise laine kõrguse, viiakse läbi nii kvalitatiivne kui kvantitatiivne analüüs.
Kvalitatiivne analüüs. Määratakse vase, tsingi ja kaadmiumi poollainepotentsiaalid. Selleks tõmmatakse normaalpolarogrammil polarograafilise laine keskelt joon risti abstsissteljega ning võrreldakse leitud potentsiaali väärtust tabeli andmetega , selgitades, kas uuritavas lahuses on vase, tsingi või kaadmiumi ioone.
Teoreetilistes alustes antud väärtused
Katseliselt saadud väärtused
Ioon
Poollainepotentsiaal, V
Poollainepotentsiaal, V
Cu2+
0,04 – 0,300
0,380
Cd2+
0,610
0,690
Zn2+
1,160
1,250
Katselised tulemused erinevad veidi teoreetilistest , kuid saab kindel olla, et kontroll-lahuses on ainult Cd2+ ioonid.
Kvantitatiivne analüüs. Polarograafiliste lainete kõrguste määramiseks mõõdetakse diferentsiaalkõveral piikide kõrgused ning koostatakse kaliibrimiskõver koordinaatides polarograafilise laine kõrgus cm-s ning analüüsitava iooni kontsentratsioon mg/ml-s. Graafikult leitakse uuritavas lahuses olevate metalliioonide.
Cd 2+ kontsentratsioon, mg/ml
Laine kõrgus, ühikut
0,02
104
0,04
201
0,06
340
Kontroll-lahus
264
Sirge võrrand y = 5900x - 21
x=(y+21)/5900 => CCd=(264+21)/5900=0,0483 mg/ml
Järeldus
Kvalitatiivne analüüs näitas, et uuritavas lahuses oli kaadmium ioonid ja kaliibrimiskõvera järgi tema kontsentratsioon oli 0,048 mg/ml