Кондуктометрическое определение железа



Рассмотрены методики кондуктометрического определения железа раствором аскорбиновой кислоты на различных по кислотно-основным свойствам фоновых электролитах и буферных смесях. Полученные экспериментальные результаты обработанные методами математической статистики, позволили определить железо(III) раствором аскорбиновый кислоты.

Кондуктометрические методы анализа по сравнению с другими методами анализа имеют следующие преимущества: они дают возможность: без больших затруднений проводить определение не только в прозрачных, но и в окрашенных и мутных растворах, а также в присутствии окислителей и восстановителей, проводить исследование не только водных, но и неводных и смешанных водно-органических средах, сравнительно легко осуществлять автоматизацию процессов титрования; во многих случаях избежать отделения примесей, обычно мешающих определению другими методами; производить дифференцированное титрование смесей электролитов, что невозможно осуществить другими методами [1].

Железо и его соединения получили широкое применение в различных отраслях техники и народного хозяйства, что обусловлено всё возрастающей ролью и масштабов его производства. Широкое применение железа в промышленности, фармацевтике и медицине, а также непосредственный контакт с ним человека определили интерес учёного мира к изучению его биологического действия [2].

Поэтому интенсивное развитие науки, техники и промышленности на современном этапе выдвигает перед химиками-аналитиками задачи по созданию новых и совершенствованию существующих методов анализа с улучшенными метрологическими характеристиками и возможностью их использования в широком интервале определяемых концентраций железа в различных по природе промышленных и биологических материалах, а также других объектах.

Одним из направлений решения вышеуказанных задач является кондуктометрия, обладающая высокой правильностью, воспроизводимостью, экспрессностью, надёжностью, широкими диапазонами определяемых концентраций металлов и простотой аппаратурного и методического оформления.

В связи с этим представляло интерес определение макро — и микрограммовых количеств железа в различных по природе модельных смесях, реальных объектах и природных материалах.

Экспериментальная часть

Методика определения железа(III). При выполнении эксперимента был использован 0,1 М раствор железа(III) для приготовления, которого брали его хлоридную соль, растворяли в воде и доводили его объем до метки бидистиллятом в мерной колбе (100 мл).

Для определения железа(III) использовали 0,1 М раствор аскорбиновый кислоты. После проведения такой предварительной подготовительной операции приступили к реализации кондуктометрической методики определения железа раствором аскорбиновой кислоты.

0,1 н. раствор аскорбиновой кислоты готовили растворением 8,85 г его в 1 л бидистиллированной воды, к которому добавлено 0,1 г комплексона (III) 0,4 мл муравьиной кислоты [3].

Используемая аппаратура, металлы, реагенты и растворы. Для титрования железа(III) раствором аскорбиновой кислоты с целью установления значений рН среды — были применены иономер универсальный ЭВ-74 и рН-метр рН/мV/ТЕМР MeterP25 EcoMet корейского производства. В работе были использованы кондуктометр КЭЛ — 1 М 2, ячейка С_1–0,1009, емкостью 20,0 мл, магнитная мешалка марки М М 3 М-5065 и микробюретка первого класса точности.

Все применяемые реактивы имели квалификации «ос.ч»., «х.ч». и «ч.д.а».. Стандартные растворы железа и других применяемых в работе металлов с концентрацией 1,0 мг/дм³ готовили растворением их азотнокислых солей в бидистиллированной воде. Рабочие же растворы используемых металлов получали последовательным разбавлением их исходных крепких растворов перед началом проведения эксперимента.

Результаты иобсуждение

Кондуктометрическом титровании происходит изменение общей концентрации электролитов и соответственно электропроводность анализируемого раствора. На основе полученных при титровании данных строят график, где по оси абсцисс откладывают число миллилитров пошедшего рабочего титрующего раствора реагента, а ординат — электропроводность всей исследуемой системы. Анализируемый раствор титруют равными порциями титранта, отмечая каждый раз его электропроводность. Полученные результаты наносят на график в виде точек и затем соединяют их линиями. Тем самым получают две кривые, пересечение (экстраполяция) которых, соответствует конечной точке титрования. Возможен и другой способ определения точки эквивалентности, где прибор для измерения электропроводности исследуемого раствора соединяют с регистрирующим аппаратом (самописцем) с целью получения более воспроизводимой и непрерывной записи кривой титрования при определении концентрации компонента в анализируемой пробе в процессе проведении кондуктометрического титрования [4].

При подготовке анализируемого раствора в него вводят различные по природе и концентрации фоновых электролитов или буферных смесей, обуславливающих высокую электропроводность исследуемой системы, гашение миграционных токов, лучший массоперенос (транспорт) и другие факторы, влияющие на ход, результаты и другие физико-химические параметры кондуктометрического титрования 5,6.

Проведенные исследования показали, что характер и форма кривых кондуктометрического титрования железа с помощью аскорбиновый кислоты в анализируемых растворах, содержащих различные по природе и концентрации буферные смеси или фоновые электролиты сильно зависят от рН среды.

Полученные при выполнении эксперимента значения рН среды характерны для реакций комплексообразования железа с аскорбиновой кислотой, протекающих практически количественно, быстро и полно. Если значение этого параметра будет ниже оптимальной величины, то обратимость реакции усилится, а если выше — то она будет протекать еще полнее.

Нами установлено, что при оптимизированной слабощелочной среде (рН 8,25) достаточно хорошо определятся железо(III), образующий наиболее устойчивый комплекс с аскорбиновой кислотой, где конечная точка титрования наблюдается при молярном соотношении компонентов реакции, равном 1:1. Некоторые из полученных результатов приведены в рис. 1 и в таблице 1.

Рис. 1. Результатыкондуктометрическоготитрования 5,6 мгжелезарастворомаскорбиновыйкислотывприсутствииразличныхрНсреды (1,81–13,86) буфернойсмесиБриттона- Робинсона

Однако следует заметить, что при переходе от нейтральных в слабощелочную среду комплексообразование железа(III) и аскорбиновой кислоты улучшается, а при переходе к слабо кислой, ухудшается образование его основных комплексов, что значительно изменяет условия кондуктометрического титрования, соответственно ухудшается вид кривых, а результаты определения становятся менее точными.

Результаты табл. 1 показывают, что найденные концентрации железа(III) при кондуктометрическом титровании раствором аскорбиновой кислоты находятся в строгом соответствии с введенными его количествами. Нами также установлено, что из всех выбранных рН сред наилучшим оказалась слабощелочная среда — буфера, где при определении железа раствором аскорбиновым кислотам относительное стандартное отклонение (Sr) не более 0,019.

Таблица 1

Результаты кондуктометрического титрования 5,6 мг железа(III) раствором аскорбиновой кислоты вприсутствии различных количеств буферной смеси Бриттона- Робинсона (Р = 0,95; ± ΔХ, n-5)

Объем буферной смеси, мл	pH среды	Найдено железа(III), мг	Воспроиз-водимость (S)	Относительное стандартное отклонение (Sr)
2,0	8,25	5,51±0,12	0,08	0,014
3,2		5,54±0,17	0,11	0,019
3,6		5,61±0,11	0,09	0,016
4,0		5,65±0,08	0,07	0,012
4,4		5,63±0,09	0,06	0,011
4,8		5,58±0,08	0,05	0,009
5,2		5,61±0,14	0,09	0,016

При кондуктометрическом титровании железа(III), раствором аскорбиновой кислоты образованы высокоустойчивые комплексы в соответствии с теоретическими предпосылками и соответствующие кривые титрования имеют наилучшие по форме изломы в точки эквивалентности при рН 7,71–8,83.

Для выявления правильности и воспроизводимости кондуктометрического титрования железа раствором аскорбиновой кислоты нами проведено титрование его различных количеств с параллельным повторением каждого определения, (не менее четырех раз) результаты которого приведены в табл. 2.

Как видно из данных таблиц, при титровании миллиграммовых содержаний железа раствором аскорбиновой кислоты получаются достаточно правильные и воспроизводимые результаты, причем во всех случаях найденные количества соответствуют его введенным концентрациям с относительным стандартным отклонением (S_r), не превышающим 0,169, что свидетельствует о высокой точности разработанной нами кондуктометрической методики.

Таблица 2

Результаты кондуктометрического титрования различных количеств железа(III) стандартным раствором аскорбиновой кислоты (Р = 0,95; ± ΔХ; V_общ=20,0 мл)

Введено железа(III), мг	Найдено Железа(III), мг	Число параллельных определений (n)	Воспроиз-водимость (S)	Относительное стандартное отклонение (Sr)
0,56	0,53±0,11	5	0,09	0,169
1,12	1,15±0,09	5	0,11	0,073
2,24	2,25±0,09	4	0,16	0,064
2,80	2,79±0,08	5	0,17	0,061
3,92	3,96±0,08	5	0,18	0,045
5,60	5,62±0,07	5	0,22	0,039
9,52	9,54±0,06	5	0,25	0,026

С целью изучения степени селективности найдено мешающее влияние следующих катионов, результаты которых показывают, что определению железа(III) мешают Th(IV), Sc(III) и U(IV) в любых соотношениях, не мешают Na⁺, K⁺ (1:500), Mn²⁺(1:100), Cd²⁺, (1:50), Bi³⁺(1:2,5), Zn²⁺, Тi⁴⁺(1:1), Ni²⁺,Al³⁺(1:5) соотношениях. Это свидетельствует о высокой избирательности разработанной методики определения железа(III) с аскорбиновой кислотой.

Литература:

1. Худякова Т. А., Крешков А. П. Кондуктометрический метод анализа. — М.: Высшая школа, 1975. — 207 с.
2. Петров Ю. М., Старикова О. Б., Куртякова З. Н. Железо в морской воде. Океанология,1976, № 5, С.832–854.
3. Коростелев П. П. Приготовление растворов. М. Наука, 1964, с. 194–195.
4. Худякова Т. А., Крешков А. П. Теория и практика кондуктометрического и хронокондуктометрического анализа. — М.: Химия, 1976. — 304 с.
5. Мешкова Л. А. Теоретические основы кондуктометрического анализа солей металлов. — Горький: Наука и техника, 1972. — 236 с.
6. Золотов Ю. А., Дорохова Е. Н., Фадеева В. И., Алов Н. В., Гармаш А. В., Барбалат Ю. А. Основы аналитической химии. В 2 кн., Кн. 2. Методы химического анализа. — М.: Высшая школа, 2002. — 494 с.