Методические указания
к подготовке и оформлению лабораторных работ
по ФХМА для студентов курса ФПТЛ (V семестр)
2. Лабораторные работы по электрохимическим методам анализа (электрохимия)
5. Определение содержания натрия в таблетках терпингидрата методом прямой потенциометрии.
6. Определение содержания хлороводородной и борной кислот при их совместном присутствии методом потенциометрического титрования.
7. Определение содержания иода и иодида калия в фармацевтических препаратах методом биамперометрического титрования.
8. Определение хлороводородной кислоты в таблетках ацидина-пепсина методом кулонометрического титрования.
2.1. Литература 1. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн. Кн.2 : Физико-химические методы анализа. / В.П.Васильев. – М.: Дрофа, 2005. – 383 с.
2. Васильев В.П. Аналитическая химия. Сборник вопросов, упражнений и задач. / В.П.Васильев, Л.А.Кочергина, Т.Д.Орлова. – М.: Дрофа, 2003. – 320 с.
3. Скорик Ю.А. Потенциометрические методы анализа : Методические указания. / Ю.А.Скорик, Е.С.Дмитриева. – СПб.: СПХФА, 2010. – 56 с.
4. Сахаров А.А. Электрохимические методы анализа. В 2 ч. Ч.2. / А.А.Сахаров. – Л.: ЛХФИ, 1986.
– 86 с.
5. Материалы к лабораторным работам (папка «Материалы к ЛР ФПТЛ(V)1»).
6. Лекции по ФХМА.
2.2. Вопросы для подготовки к лабораторным работам и тестовым опросам по электрохимии 1. Принцип метода прямой потенциометрии (ионометрии). Схема потенциометрической установки (электрохимической ячейки) и назначение основных её составляющих (индикаторный электрод и электрод сравнения, солевой мостик, оборудование для измерения электродвижущей силы ЭДС).[1, С.182-189; 3, С.5-9; 6].
2. Электроды сравнения, применяемые в потенциометрии (стандартный водородный, хлорсеребряный, каломельный), их характеристика, устройство и назначение. Электродные реакции, протекающие на поверхности электродов сравнения, и уравнение Нернста для них. [1, С.187-188; 3, С.14-16; 5; 6].
3. Индикаторные электроды, применяемые в потенциометрии (стеклянный рН-электрод, стеклянный натриевый, фторидный), их характеристика, устройство и назначение. Электродные реакции, протекающие на поверхности индикаторных электродов, и зависимость их потенциала от концентрации (активности) определяемых ионов (уравнение Нернста). Потенциал ассиметрии и коэффициент селективности для мембранных ионоселективных электродов. [1, С.190-198; 3, С.16-23; 5; 6].
4. Электрохимические ячейки, применяемые в потенциометрии для измерения концентрации ионов водорода (рН), натрия и фтора в анализируемом растворе, их условные схемы. Выражение для ЭДС используемой при измерении электрохимической ячейки. [1, С.190-194; 3, С.18, 22; 5; 6].
5. Основные методы количественного анализа, применяемые в прямой потенциометрии – расчетный, градуировочного графика, добавок, сравнения (стандарта), концентрационного элемента. Их характеристика и область применения. [1, С.198-201; 3, С.24-31; 6].
6. Принцип метода потенциометрического титрования. Реакции, лежащие в основе потенциометрического титрования и требования к ним. Достоинства метода, чувствительность и точность. [1, С.202С.31, 32; 6].
7. Схема установки для потенциометрического титрования и назначение основных её составляющих.
Виды кривых потенциометрического титрования (интегральная, дифференциальные по первой и второй производной, по методу Грана) и нахождение конечной точки титрования. Вид кривых титрования смеси двух веществ с сильно и незначительно отличающимися свойствами. [1, С.202-206;
3, С.33, 34; 5; 6].
8. Виды потенциометрического титрования (кислотно-основное, окислительно-восстанови-тельное, осадительное и комплексонометрическое), их характеристика. Выбор титрантов и электродов. Условия дифференцированного определения смесей. [1, С.202-206; 3, С.32, 33; 6].
9. Законы электролиза (Фарадея). Число Фарадея, его значение и единицы измерения. Расчет количества электричества. Единицы измерения количества электричества. Выход по току. Принцип кулонометрического анализа (кулонометрия). [1, С.231-233, 239; 4, С.51-53; 6].
10. Прямая кулонометрия при контролируемом потенциале. Принцип метода. Схема установки и характеристика её основных частей. Выбор потенциала рабочего электрода. Способы определения количества электричества в прямой кулонометрии – расчетный и с помощью кулонометров (серебряного, медного и газового). [1, С.239-241; 4, С.53-65; 5; 6].
11. Кулонометрическое титрование (косвенная кулононометрия) при постоянной силе тока. Принцип метода и условия проведения кулонометрического титрования, формула для расчета количества электричества. Генерация титранта, выбор величины генераторного тока. Измерение времени электролиза. Способы определения конечной точки титрования (визуальный с помощью индикаторов, потенциометрический, биамперометрический). Примеры кулонометрического титрования. [1, С.242-243; 4, С.65-74; 5; 6].
12. Амперометрическое титрование с двумя индикаторными электродами (биамперометрия). Принцип метода. Обратимые и необратимые окислительно-восстановительные системы. Вид кривых биамперометрического титрования. Схема установки и характеристика её основных частей. Выбор напряжения для титрования. [1, С.227-230; 4, С.26-39; 5; 6].
13. Методические указания к выполнению лабораторных работ по электрохимии № 5-8. [3, С.38-45; 4, С.39-43, 83-86].
2.3. Задачи для подготовки к тестовым опросам по электрохимии 1. Во сколько раз концентрация ионов калия в растворе должна быть больше концентрации ионов натрия, чтобы натриевый электрод был одинаково чувствителен к обоим ионам, если коэффициент селективности натриевого электрода K Na +/K + = 2 10-4 ? Ответ: в 5000 раз 2. Чему равна молярная концентрация H2SO4 в анализируемом растворе, если потенциал индикаторного водородного электрода относительно стандартного водородного электрода равен -0,089 В?
Ответ: С(H2SO4) = 1,510-2 моль/л 3. Чему равно значение рН в анализируемом растворе, если потенциал индикаторного водородного электрода относительно насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения (Ехсэ = +0,201 В) равен -0,378 В? Ответ: рН = 4. Какова молярная концентрация HCl в анализируемом растворе (Сх), если потенциал стеклянного рН-электрода ( = 0,055 В) в нём (Ех) равен +0,110 В, а в 110-2 М стандартном растворе хлороводородной кислоты +0,165 В? Ответ: C(HCl) = 0,001 моль/л 5. ЭДС концентрационного элемента с двумя одинаковыми натриевыми электродами ( = 0,055 В) Ag,AgCl | 0,1 M NaCl | стекло | Cx = ? || 0,01 M NaCl | стекло | 0,1 M NaCl | AgCl,Ag равна 0,110 В.
Какова молярная концентрация хлорида натрия в анализируемом растворе?
Ответ: С1(NaCl) = 1 моль/л; C2(NaCl) = 110-4 моль/л 6. Чему равен потенциал фторидного электрода (Е0 = +0,026 В, = 0,050 В) относительно насыщенного каломельного электрода сравнения (Ехсэ = +0,247 В) в 0,001 М растворе фторида натрия?
Ответ: Е = -0,071 В 7. Чему равна молярная концентрация хлорида натрия в анализируемом растворе, если потенциал натриевого электрода (Е0 = +0,232 В, = 0,055 В) относительно насыщенного каломельного электрода сравнения (Екэ = +0,247 В) равен -0,170 В?
Ответ: C(NaCl) = 1,510-3 моль/л 8. Чему равна молярная концентрация HCl в растворе, если ЭДС электрохимической ячейки Ag,AgCl | 0,1 M HCl | стекло | анализ.раствор || KCl(насыщ.) | AgCl,Ag равна 0,120 В? Для стеклянного электрода Е0 = +0,199 В и = 0,055 В, а Ехсэ = +0,201 В.
Ответ: С1(HCl) = 152 моль/л (нереально); C2(HCl) = 6,610-3 моль/л 9. Кулонометрическое определение малых количеств хлороводородной кислоты в 10,0 мл раствора ведут с помощью генерируемых в катодном пространстве кулонометрической ячейки гидроксильных ионов. При силе тока 8 мА время электролиза составляет 3 мин 47 с. Рассчитать массу HCl в 100 мл анализируемого раствора. Ответ: m = 6,86 мг 10. Рассчитать массу железа(III) в 100,0 мл анализируемого раствора, если на полное восстановление его до железа(II) в 10,00 мл этого раствора при постоянном потенциале потребовалось такое же количество электричества, какое необходимо для выделения в медном кулонометре 0,1658 г меди.
Ответ: m = 0,2914 г Рассчитать массу фенола в анализируемом растворе, если на его титрование электрогенерируемым 11.
бромом (продукт реакции – трибромфенол) потребовалось 612 с при силе тока 10 мА.
Ответ: m = 0,995 мг Рассчитать массу нитроглицерина (М = 227,09 г/моль) в анализируемом растворе, если за время его 12.
полного восстановления в серебряном кулонометре выделилось 0,0815 г серебра. Фактор эквивалентности нитроглицерина равен 1/6. Ответ: m = 28,6 мг При какой величине постоянного тока следует проводить кулонометрическое титрование 3,16 мг 13.
тиосульфата натрия электрогенерируемым иодом в присутствии крахмала, чтобы до появления синей окраски потребовалось пропускать ток в течение 100 с?
Таблетку препарата, содержащего аскорбиновую кислоту С6Н8О6 (М = 176,13 г/моль), растворили в мерной колбе объёмом 200,0 мл и 10,00 мл полученного раствора кулонометрически оттитровали электрогенерируемым бромом при постоянном токе 70 мА в течение 6 мин 26 с (образуется дегидроаскорбиновая кислота С6Н6О6). Рассчитать массу аскорбиновой кислоты в таблетке.
2.4. Методические рекомендации по подготовке и оформлению отчета к лабораторной работе № «Определение содержания натрия в таблетках терпингидрата методом прямой потенциометрии»
1. При подготовке к лабораторной работе следует изучить теоретический материал по электрохимии, обратив особое внимание на вопросы № 1-5, 13 (разд.2.2).
2. Отчет должен включать:
- название лабораторной работы и дату выполнения;
- цель работы: экспериментальное изучение количественного определения ионов натрия в растворе методом прямой потенциометрии (градуировочный график) с использованием натрийселективного электрода.
- краткое теоретическое введение: а) условная схема гальванического элемента, применяемого в данной работе; б) электродные уравнения процессов, протекающих на электродах, и уравнения Нернста для них; в) механизм возникновения потенциала на натрийселективном стеклянном электроде; г) понятие о коэффициентах ассиметрии и селективности ионселективного электрода; д) роль солевого мостика и причина, по которой нежелательно использование в данной работе солевого моста, заполненного солями калия (например, KCl или КNO3).
ВНИМАНИЕ!!! Эти разделы оформляются перед лабораторной работой и представляются преподавателю на допуске к лабораторной работе.
- оборудование и реактивы: а) используемая посуда, состав и фармакологическое действие таблеток терпингидрата; б) схема потенциометрической установки для определения ионов натрия (марка иономера, индикаторный электрод и электрод сравнения, их устройство и характеристика, солевой мостик).
- экспериментальные результаты: а) табл.1 с данными для построения градуировочного графика;
б) построенный на листе миллиметровой бумаги градуировочный график в координатах Е pаNa; в) распечатка электронного варианта градуировочного графика с уравнением прямой; д) табл.2 с результатами измерения Ех, определения pСNa и расчёта (Na); е) статистическая обработка полученных значений массовой доли натрия с указанием границ доверительного интервала определяемой величины = ( ± ) для доверительной вероятности Р = 0,95 и относительной погрешности среднего результата.
Отчет о лабораторной работе, оформленный аккуратно и в соответствии с вышеперечисленными требованиями, должен быть сдан преподавателю не позже, чем через неделю после выполнения работы. За небрежно оформленный отчет, отсутствие в нем каких-либо позиций и несвоевременную сдачу применяются штрафные санкции, предусмотренные положением о рейтинговой системе.
2.5. Методические рекомендации по подготовке и оформлению отчета к лабораторной работе № «Определение содержания хлороводородной и борной кислот при их совместном присутствии методом потенциометрического титрования»
1. При подготовке к лабораторной работе следует изучить теоретический материал по электрохимии, обратив особое внимание на вопросы № 2-4, 6-8, 13 (разд.2.2).
2. Отчет должен включать:
- название лабораторной работы и дату выполнения;
- цель работы: экспериментальное изучение количественного определения кислот при их совместном присутствии в растворе методом потенциометрического алкалиметрического титрования.
- краткое теоретическое введение: а) условная схема гальванического элемента, применяемого в данной работе; б) электродные уравнения процессов, протекающих на электродах, и уравнения Нернста для них; в) механизм возникновения потенциала на стеклянном рН-электроде; г) анализ влияния ограничений кислотно-основного титрования на потенциометрическое титрование смеси хлороводородной и борной кислот; д) химическая реакция борной кислоты с маннитом; е) определение точки эквивалентности с помощью интегральной и дифференциальной кривых потенциометрического титрования.
ВНИМАНИЕ!!! Эти разделы оформляются перед лабораторной работой и представляются преподавателю на допуске к лабораторной работе.
- оборудование и реактивы: а) используемая посуда; б) схема установки для потенциометрического титрования (марка иономера, индикаторный электрод и электрод сравнения, солевой мостик – их устройство и характеристика).
- экспериментальные результаты: а) табл.1 с данными ориентировочного титрования; б) построенную на листе миллиметровой бумаги интегральную кривую титрования анализируемой смеси в координатах рН V; в) графическое определение из построенной интегральной кривой значений объёмов титранта V1 и V2; г) табл.2 с результатами точного титрования в области скачков на кривой титрования;
д) построенная на листе миллиметровой бумаги по данным табл.2 дифференциальная кривая титрования анализируемой смеси в координатах рН/V V и определенные из них значения объёмов титранта V1 и V2;
е) расчёт массы кислот в анализируемой задаче по результатам титрования.
Отчет о лабораторной работе, оформленный аккуратно и в соответствии с вышеперечисленными требованиями, должен быть сдан преподавателю не позже, чем через неделю после выполнения работы. За небрежно оформленный отчет, отсутствие в нем каких-либо позиций и несвоевременную сдачу применяются штрафные санкции, предусмотренные положением о рейтинговой системе.
2.6. Методические рекомендации по подготовке и оформлению отчета к лабораторной работе № «Определение содержания йода и иодида калия в фармацевтических препаратах методом биамперометрического титрования»
1. При подготовке к лабораторной работе следует изучить теоретический материал по электрохимии, обратив особое внимание на вопросы № 12, 13 (разд.2.2).
2. Отчет должен включать:
- название лабораторной работы и дату выполнения;
- цель работы: экспериментальное изучение количественного определения веществ методом биамперометрического титрования.
- краткое теоретическое введение: а) описание процессов, происходящих при биамперометрическом анализе препаратов, содержащих йод и иодид калия; б) вывод формул для расчёта молярной концентрации иодида калия и йода в анализируемых растворах; в) вывод формул для расчета содержания иодида калия и йода в массово-объёмных процентах (г/100 мл) для конкретного анализируемого объекта – 5% раствора йода или раствора Люголя (заранее согласовать с преподавателем).
ВНИМАНИЕ!!! Эти разделы оформляются перед лабораторной работой и представляются преподавателю на допуске к лабораторной работе.
- оборудование и реактивы: а) используемая посуда, характеристика анализируемого препарата и растворов иодата калия; б) схема установки для биамперометрического титрования (характеристика электродов, источник напряжения, измеритель тока).
- экспериментальные результаты: а) табл.1 с данными биамперометрического титрования; б) построенные на листе миллиметровой бумаги кривые биамперометрического титрования анализируемого препарата в координатах i V; в) графическое определение из построенных кривых значений объёмов V1 и V0; г) расчёт значений процентного содержания иодида калия и йода в анализируемом препарате по результатам параллельных титрований; д) расчёт среднего значения P (KI) и P ( I 2 ) и оценка сходимости результатов определения в % (отклонение от среднего).
Отчет о лабораторной работе, оформленный аккуратно и в соответствии с вышеперечисленными требованиями, должен быть сдан преподавателю не позже, чем через неделю после выполнения работы. За небрежно оформленный отчет, отсутствие в нем каких-либо позиций и несвоевременную сдачу применяются штрафные санкции, предусмотренные положением о рейтинговой системе.
2.7. Методические рекомендации по подготовке и оформлению отчета к лабораторной работе № «Определение хлороводородной кислоты в таблетках ацидина-пепсина методом кулонометрического титрования».
1. При подготовке к лабораторной работе следует изучить теоретический материал по электрохимии, обратив особое внимание на вопросы № 9-11, 13 (разд.2.2.).
2. Отчет должен включать:
- название лабораторной работы и дату выполнения;
- цель работы: экспериментальное изучение количественного определения веществ методом кулонометрического титрования при постоянной силе тока.
- краткое теоретическое введение: а) объединенный закон Фарадея и физический смысл, входящих в него величин; б) процессы, происходящие на рабочем (генераторном) электроде при кулонометрическом определении кислот; в) возможные способы определения конечной точки титрования при кулонометрическом определении кислот; г) расчёт количества электричества при кулонометрическом титровании при постоянной силе тока.
ВНИМАНИЕ!!! Эти разделы оформляются перед лабораторной работой и представляются преподавателю на допуске к лабораторной работе.
- оборудование и реактивы: а) используемая посуда; б) характеристика анализируемого препарата; в) схема установки для кулонометрического титрования (характеристика электродов, источник напряжения, измеритель тока, фоновый электролит); г) индикаторы для фиксирования конечной точки титрования и их действие.
- экспериментальные результаты: а) таблица с данными кулонометрического титрования; б) статистическая обработка полученных значений количества электричества с указанием границ доверительного интервала определяемой величины Q = ( Q ± Q) для доверительной вероятности Р = 0,95 и относительной погрешности среднего результата; в) расчёт содержания HCl (m, г) на среднюю массу таблетки с учетом аликвотной части.
Отчет о лабораторной работе, оформленный аккуратно и в соответствии с вышеперечисленными требованиями, должен быть сдан преподавателю не позже, чем через неделю после выполнения работы. За небрежно оформленный отчет, отсутствие в нем каких-либо позиций и несвоевременную сдачу применяются штрафные санкции, предусмотренные положением о рейтинговой системе.
Порядок выполнения лабораторной работы № 5 «Определение содержания натрия в таблетках терпингидрата методом прямой потенциометрии»
Цель работы: экспериментальное изучение количественного определения ионов натрия в растворе методом прямой потенциометрии (градуировочный график) с использованием натрийселективного электрода.
- получить у лаборанта необходимую посуду, оборудование и реактивы;
- подготовить к работе потенциометрическую установку (собрать потенциометрическую ячейку; подключить индикаторный натрийселективный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения к соответствующим гнездам рН-метра или иономера; нажать черную кнопку «0,t» на панели прибора; включить прибор в сеть и прогреть в течение 20-30 мин);
- методом последовательных разбавлений из исходного 1,0 М раствора NaCl в мерных колбах объёмом 50,00 мл приготовить 3 стандартных раствора с концентрацией хлорида натрия 0,10; 0,010 и 0,0010 моль/л:
а) для приготовления 0,10 М раствора в первую мерную колбу с помощью пипетки Мора поместить 5,00 мл исходного 1,0 М раствора NaCl, довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать; б) для приготовления 0,010 М раствора во вторую мерную колбу с помощью пипетки Мора поместить 5,00 мл приготовленного 0,10 М раствора NaCl, довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать; б) для приготовления 0,0010 М раствора в третью мерную колбу с помощью пипетки Мора поместить 5,00 мл приготовленного 0,010 М раствора NaCl, довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать;
- поместить исходный и приготовленные стандартные растворы хлорида натрия в сухие (или предварительно ополоснутые соответствующим раствором) стаканчики;
- последовательно, начиная с наиболее разбавленного раствора, измерить ЭДС (Е) гальванического элемента с погрешностью ±1 мВ, для чего погрузить электроды в исследуемый раствор и, нажав клавиши «+mV» и «-14», записать показания прибора по верхней шкале в табл.1:
ВНИМАНИЕ!!! При каждой замене исследуемого раствора следует нажать на приборе черную кнопку «0,t», извлечь электроды из раствора, тщательно промыть их дистиллированной водой и осторожно удалить с них оставшиеся капли фильтровальной бумагой.
- на листе миллиметровой бумаги построить градуировочный график в координатах E pаNa;
- построить градуировочный график в электронном варианте с уравнением прямой;
- распечатать компьютерный вариант градуировочного графика;
- взвесить на торсионных весах каждую из пяти таблеток терпингидрата, полученных для анализа, и полученные результаты записать в табл.2;
pаNa (из графика) pаNa (по уравнению) (Na) (из графика), % (Na) (по уравнению), % - поместить таблетки в 5 мерных колб объёмом 100,0 мл, довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать (в течение 5 мин);
- полученные суспензии поочередно поместить в измерительную ячейку, измерить ЭДС (Ех) и полученные данные записать в табл.2;
- используя полученные величины Ех определить по градуировочному графику и рассчитать из уравнения прямой значения pаNa и записать их в табл.2;
- по уравнению pCNa = 1,073·(paNa – 0,18) вычислить значения pCNa;
- рассчитать массовую долю натрия в таблетке (%) по формуле:
- полученные результаты записать в табл.2:
- провести статистическую обработку полученных значений массовой доли натрия с указанием границ доверительного интервала определяемой величины = ( ± ) (Р = 0,95) и относительной погрешности среднего результата;
- полученное значение средней массовой доли натрия в анализируемых таблетках терпингидрата (Na) подписать у преподавателя и проверить у лаборанта.
Порядок выполнения лабораторной работы № 6 «Определение содержания хлороводородной и борной кислот при их совместном присутствии методом потенциометрического титрования»
Цель работы: экспериментальное изучение количественного определения кислот при их совместном присутствии в растворе методом потенциометрического алкалиметрического титрования.
- получить у лаборанта необходимую посуду, оборудование и реактивы;
- подготовить к работе потенциометрическую установку (собрать потенциометрическую ячейку; подключить индикаторный стеклянный рН-электрод и хлорсеребряный электрод сравнения к соответствующим гнездам рН-метра или иономера; нажать черную кнопку «0,t» на панели прибора; включить прибор в сеть и прогреть в течение 20-30 мин);
- промыть и заполнить бюретку титрованным раствором NaOH;
- в мерную колбу объёмом 100,0 мл получить у лаборанта анализируемый раствор смеси хлороводородной и борной кислот, довести до метки водой и тщательно перемешать (задача);
- пипеткой Мора объёмом 20,00 мл аликвотную часть полученного раствора перенести в ячейку для потенциометрического титрования, поместить в неё вертушку и поставить на магнитную мешалку;
- погрузить в ячейку предварительно промытые дистиллированной водой электроды и включить магнитную мешалку;
- нажать на рН-метре клавиши «рН» и «-114» и провести ориентировочное титрование, добавляя из бюретки раствор NaOH по 1 мл и записывая в табл.1 значения рН по нижней шкале прибора:
Результаты ориентировочного титрования смеси HCl и H3BO - по максимальному изменению рН определить область первого скачка, отвечающего нейтрализации хлороводородной кислоты, и добавить ещё 3 раза по 1 мл щёлочи;
- не вынимая электроды добавить в ячейку 0,5 г маннита (отвешенные порошки в эксикаторе) и дождаться его полного растворения;
- записать значение рН раствора после добавления маннита в табл.1;
- продолжить титрование до второго скачка, соответствующего титрованию борноманнитовой кислоты, и добавить ещё 3раза по 1 мл щёлочи;
- на листе миллиметровой бумаги по данным табл.1 построить интегральную кривую титрования смеси хлороводородной и борной кислот в координатах рН V и графическим способом определить объёмы титранта V1 и V2;
- в чистую ячейку для титрования поместить пипеткой Мора объёмом 20,00 мл аликвоту анализируемой задачи и провести точное титрование в области скачков, соответствующих титрованию хлороводородной и борной кислот;
ВНИМАНИЕ!!! При каждой замене исследуемого раствора следует нажать на приборе черную кнопку «0,t», извлечь электроды из раствора, тщательно промыть их дистиллированной водой и осторожно удалить с них оставшиеся капли фильтровальной бумагой.
- для проведения точного титрования сначала при нажатых на рН-метре клавишах «рН» и «-114» добавить в ячейку объём раствора NaOH, соответствующий началу первого скачка;
- переключить рН-метр на точный диапазон, соответствующий значению рН в начале первого скачка, и провести титрование до окончания скачка, добавляя титрант по 0,1 мл и записывая значения рН по верхней шкале прибора в табл.2:
- переключить прибор на диапазон «-114», добавить в ячейку 3 мл раствора NaOH, маннит и ещё щёлочи до начала второго скачка;
- переключить рН-метр на точный диапазон, соответствующий значению рН в начале второго скачка, и провести титрование до окончания скачка, добавляя титрант по 0,1 мл и записывая значения рН по верхней шкале прибора в табл.2;
- на листе миллиметровой бумаги по данным табл.2 построить дифференциальную кривую титрования смеси хлороводородной и борной кислот в координатах рН/V V и определить объёмы титранта V1 и V2;
- используя полученные по результатам точного титрования значения V1 и V2, рассчитать массу хлороводородной и борной кислот в анализируемой задаче по формулам:
- при необходимости повторить точное титрование ещё раз;
- полученные результаты подписать у преподавателя и проверить у лаборанта.
Порядок выполнения лабораторной работы № 7 «Определение содержания йода и иодида калия в фармацевтических препаратах методом биамперометрического титрования»
Цель работы: экспериментальное изучение количественного определения веществ методом биамперометрического титрования.
- получить у лаборанта необходимую посуду, оборудование и реактивы;
- подготовить к работе биамперометрическую установку, согласно прилагаемой инструкции (включить блок питания в сеть; подключить электроды к блоку питания; подключить измерительный прибор (милливольтметр) к гнёздам блока питания для измерения напряжения; включить тумблер «сеть» и установить на электродах напряжение 0,05 В с контролем по милливольтметру; выключить тумблер «сеть»);
- заполнить бюретку исследуемым раствором йода;
- в стаканчик для титрования поместить с помощью пипетки Мора 10,00 мл 0,008 М (точная концентрация С1) раствора иодата калия, 1 мл 20 н. раствора серной кислоты и магнитную вертушку;
- поместить стаканчик на магнитную мешалку, погрузить в раствор электроды и включить мешалку;
- подключить измерительный прибор (милливольтметр) к гнёздам блока питания для измерения тока;
- добавить из бюретки ~ 2,20 мл анализируемого раствора, включить тумблер «сеть» на блоке питания и измерить ток в цепи (должно быть около нуля);
- добавляя анализируемый раствор из бюретки по одной капле, записать в табл.1 объём раствора и силу тока:
Результаты биамперометрического титрования 5% раствора йода - после начала возрастания тока добавить ещё 2-3 капли и выключить тумблер «сеть»;
- поместить в стаканчик 3 г хлорида калия (отвешенный порошок в эксикаторе), с помощью пипетки Мора 5,00 мл 0,12 М (точная концентрация С2) раствора иодата калия и 5 мл 20 н. раствора серной кислоты;
- после растворения йода включить тумблер «сеть» (ток должен быть около нуля) и продолжить добавление анализируемого раствора из бюретки по каплям, записывая результаты в табл.1;
- по полученным результатам на листе миллиметровой бумаги построить кривую биамперометрического титрования в координатах i V и определить объёмы V1 и V0;
- провести ещё два параллельных титрования, быстро добавляя раствор из бюретки на 0,2 мл меньше найденных V1 и V0 и дотитровывая по каплям до появления тока;
- построить кривые параллельных титрований и определить для них значения V1 и V0;
- для каждого титрования рассчитать содержание иодида калия P(KI) и йода Р(I2) в г/100мл (массовообъёмный процент) в анализируемом растворе йода по формулам:
- рассчитать содержание иодида калия и йода в анализируемом растворе йода как среднее арифметическое P из полученных значений и оценить сходимость результатов определения в %:
- полученные значения P (KI) и P (I2 ) подписать у преподавателя и проверить у лаборанта.
- мерную колбу объёмом 25,00 мл старировать на технических весах, поместить в неё 12-13 мл раствора Люголя и вновь взвесить (масса навески mнав должна быть ~ 15-16 г);
- добавить в колбу дистиллированной воды до метки, тщательно перемешать и заполнить бюретку полученным раствором;
- в стаканчик для титрования поместить с помощью пипетки Мора 10,00 мл 0,005 М (точная концентрация С1) раствора иодата калия, 1 мл 20 н. раствора серной кислоты и магнитную вертушку;
- поместить стаканчик на магнитную мешалку, погрузить в раствор электроды и включить мешалку;
- подключить измерительный прибор (милливольтметр) к гнёздам блока питания для измерения тока;
- добавить из бюретки ~ 2,20 мл анализируемого раствора, включить тумблер «сеть» на блоке питания и измерить ток в цепи (должно быть около нуля);
- добавляя анализируемый раствор из бюретки по одной капле, записать в табл.1 объём раствора и силу тока:
Результаты биамперометрического титрования раствора Люголя (mнав = г) - после начала возрастания тока добавить ещё 2-3 капли и выключить тумблер «сеть»;
- поместить в стаканчик 3 г хлорида калия (отвешенный порошок в эксикаторе), с помощью пипетки Мора 5,00 мл 0,03 М (точная концентрация С2) раствора иодата калия и 5-6 мл 20 н. раствора серной кислоты;
- после растворения йода включить тумблер «сеть» (ток должен быть около нуля) и продолжить добавление анализируемого раствора из бюретки по каплям, записывая результаты в табл.1;
- по полученным результатам на листе миллиметровой бумаги построить кривую биамперометрического титрования в координатах i V и определить объёмы V1 и V0;
- провести ещё два параллельных титрования, быстро добавляя раствор из бюретки на 0,2 мл меньше найденных V1 и V0 и дотитровывая по каплям до появления тока;
- построить кривые параллельных титрований и определить для них значения V1 и V0;
- для каждого титрования рассчитать содержание иодида калия P(KI) и йода Р(I2) в г/100мл (массовообъёмный процент) в анализируемом растворе йода по формулам:
- рассчитать содержание иодида калия и йода в анализируемом растворе йода как среднее арифметическое P из полученных значений и оценить сходимость результатов определения в %:
- полученные значения P (KI) и P (I2 ) подписать у преподавателя и проверить у лаборанта.
Порядок выполнения лабораторной работы № 8 «Определение хлороводородной кислоты в таблетках ацидина-пепсина методом кулонометрического титрования»
Цель работы: экспериментальное изучение количественного определения веществ методом кулонометрического титрования при постоянной силе тока.
- получить у лаборанта необходимую посуду, оборудование и реактивы;
- подготовить к работе кулонометрическую установку, согласно прилагаемой инструкции (подключить источник тока к сети, при этом тумблеры «сеть» и «эквивалент-ячейка» должны быть в выключенном положении и положении «эквивалент» соответственно; подключить кулонометрическую ячейку в соответствии с полярностью к источнику тока);
- анодное (вспомогательное) отделение кулонометрической ячейки заполнить 1 М раствором сульфата калия, чтобы электрод был полностью погружен в раствор;
- в чисто вымытую мерную колбу объёмом 100,0 мл поместить взвешенную на аналитических весах точную навеску ( ~ 0,25 г) порошка растертых таблеток ацидина-пепсина, довести до метки дистиллированной водой и тщательно перемешать;
- в катодное (рабочее) отделение кулонометрической ячейки пипеткой Мора поместить 10,00 мл приготовленного раствора ацидина-пепсина, налить ~ 20 мл 1 М раствора сульфата калия, добавить 2 капли 0,1% раствора индикатора бромтимолового синего и 1 каплю 1% раствора фенолфталеина – если при этом рабочий электрод и пористая перегородка вспомогательного отделения не будут полностью погружены в раствор, добавить необходимое количество воды;
- собрать ячейку и включить мешалку;
- на источнике тока включить тумблер «сеть» и при включенном эквиваленте ячейки проконтролировать величину тока i (~ 25 мА);
- переключить тумблер «эквивалент-ячейка» в положение «ячейка» и одновременно включить секундомер (при этом на электродах наблюдается выделение пузырьков газа, что свидетельствует о протекании процесса электролиза);
- проконтролировать величину тока (мА) в кулонометрической ячейке и записать в таблицу;
- при переходе цвета раствора из желтого в синий, и сразу же в фиолетовый, отключить ток (переключить тумблер в положение «эквивалент») и одновременно остановить секундомер – титрование закончено вовремя, если через 1 мин раствор приобретает чисто синюю или зеленоватую окраску;
- записать время электролиза в таблицу (в секундах);
- определение провести не менее, чем с пятью аликвотами, и результаты параллельных опытов занести в таблицу:
Экспериментальные результаты кулонометрического титрования раствора ацидина-пепсина - рассчитать количество электричества (Кл) в каждом опыте и провести статистическую обработку полученных значений количества электричества с указанием границ доверительного интервала определяемой величины Q = ( Q ± Q) для доверительной вероятности Р = 0,95 и относительной погрешности среднего результата;
- рассчитать содержание хлороводородной кислоты (m, г) на среднюю массу таблетки (0,252 г) с учетом аликвотной части:
Параметры a и b уравнения прямой y = a + bx называют соответственно свободным членом и коэффициентом регрессии, а само уравнение – линейной регрессией y на x.
Для расчета числовых значений оптимальных параметров по методу наименьших квадратов целесообразно составить таблицу:
Экспериментальные и расчетные данные для оценки оптимальных параметров Получив оптимальные значения параметров a и b, можно записать уравнение оптимальной градуировочной прямой и рассчитать значение х при измеренном значении у в анализируемой задаче.
Цель всех аналитических исследований – нахождение результата, наиболее близкого к истинному содержанию вещества в пробе. Таким результатом, в идеале, считается среднее арифметическое при бесконечно большом числе измерений. Аналитик же имеет дело с небольшим числом измерений, которые называются выборкой. При этом общую погрешность метода можно оценить только с привлечением методов математической статистики – статистической обработкой результатов.
Прежде чем рассчитывать среднее арифметическое значение серии из n результатов, последние должны быть оценены на предмет выявления промахов, то есть грубых отклонений. Нельзя без предварительной оценки отбросить результаты, кажущиеся неподходящими. Промахи или грубые отклонения устанавливаются по размаху варьирования.
Размах варьирования – это разница между двумя крайними значениями полученных результатов, расположенных в порядке возрастания (или убывания), максимальным хmax и минимальным xmin. Далее для подозрительного значения вычисляют Q-критерий, который определяется отношением:
где: х1 – подозрительно выделяющееся значение; х2 – значение, ближайшее по величине к подозрительному.
Вычисленную величину Q сопоставляют с табличным значением. Наличие грубого промаха доказано, если Q Qтабл при данном числе определений n и выбранной доверительной вероятности P.
Доверительная вероятность P - это соответствие экспериментального результата истинной величине. В аналитической практике её обычно принимают равной 95% (0,95).
Для статистической обработки определяют ряд метрологических характеристик:
- среднее арифметическое x, которое при большом числе определений наиболее соответствует истинному значению:
- стандартное отклонение S, характеризующее рассеяние результатов относительно среднего:
- относительное стандартное отклонение Sr:
Стандартное отклонение и относительное стандартное отклонение характеризуют воспроизводимость результатов химического анализа – чем они меньше, тем лучше воспроизводимость.
- стандартное отклонение среднего S x :
- доверительный интервал – интервал, в котором с заданной доверительной вероятностью Р находится истинное значение определяемой величины:
где tP,n – коэффициент Стьюдента для заданных P и n (берется из справочных таблиц).
- относительная погрешность среднего результата x :
Пример. Провести статистическую обработку результатов определения массовой доли (%) действующей субстанции в лекарственном препарате, если получены следующие значения – 96,6; 95,4; 95,5;
96,5; 96,1; 95,9; 94,1.
Решение. Расположим полученные результаты по возрастанию:
и проверим на промах величину, наиболее отличающуюся от результатов серии – 94,1%.
Табличное значение Qтабл для n = 7 и P = 95% равно 0,48, следовательно, проверяемое значение является промахом (Q Qтабл) и его следует исключить из дальнейших расчётов.
Оставшиеся шесть результатов помещаем в таблицу и рассчитываем для них среднее арифметическое, отклонение от среднего значения и квадрат этого отклонения:
Далее проведём расчёт всех необходимых параметров:
Электроды стеклянные лабораторные для измерения рН (ЭСЛ-63-07, ЭСЛ-43-07) 3 - раствор KCl (насыщенный) 3 - отверстие для контакта 4 – асбестовое волокно 4 - раствор KCl (насыщенный), AgCl (тв.) 3 - KCl (тв) 4 - раствор KCl (насыщенный) 5 - отверстие для ввода раствора KCl 7 - каломель Hg2Cl 8 - раствор KCl (насыщенный) 9 - отверстие для ввода раствора KCl 10 – платиновая проволока 2 - внутренний стандартный раствор NaF + NaCl 3 - внутренний электрод сравнения (хлорсеребряный) Схема потенциометрической установки для определения ионов натрия 1 - полый шарик из электродного стекла 2 – натрийселективный стеклянный электрод 3 - внутренний контактный электрод (хлорсеребряный) 4 - хлорсеребряный электрод сравнения 5 - иономер 6 - электролитический контакт (NH4NO3 насыщенный) 7 - пористая перегородка (асбестовая нить) 8 - стаканчик с анализируемым раствором Электрохимическая установка для потенциометрических измерений 1 – индикаторный электрод; 2 – электрод сравнения; 3 – прибор для измерения ЭДС Установка для потенциометрического титрования смеси HCl и H3BO 1 – магнитная мешалка; 2 – ячейка для анализируемого раствора;
3 – индикаторный стеклянный рН-электрод; 4 – хлорсеребряный электрод сравнения;
5 – бюретка с раствором NaOH; 6 – потенциометр (иономер, рН-метр) Кривые потенциометрического титрования смеси НСl и Н3ВОа раствором NaOH Графическое определение ктт (эквивалентного объёма) по интегральной кривой Схема установки для кулонометрического титрования 1 – платиновый электрод; 2 – раствор K2 SO 4 ; 3 – термометр; 4 – вода; 5 – бюретка 1 – платиновый катод; 2 – стеклянный тигель с пористым дном; 3 – серебряный анод;
4 – раствор AgNO 1 — вспомогательный электрод (Pt); 2— потенциометр; 3 — источник постоянного тока;
4 — электронные часы; 5 — рабочий электрод (Pt); 6 — электролит; 7 — пористая стеклянная Установка для биамперометрического титрования смеси иодида и йода 1 – ячейка для титрования; 2 – графитовые электроды; 3 — бюретка;
4 – переключатель рода работы; 5 – тумблер включения прибора в сеть;
6 – микроамперметр; 7 – ручки регулировки напряжения; 8 — магнитная мешалка Определение высоты полярографической волны (h) и потенциала полуволны (Е1/2) Вольтамперограммы (полярограммы) (а) электроактивного вещества для концентраций с1 с2 с3 с и кривая амперометрического титрования (б) этого вещества при потенциале индикаторного электрода Е а – электроактивно определяемое вещество (титрант и продукт реакции электронеактивны) б – электроактивен титрант (определяемое вещество и продукт реакции электронеактивны) в – электроактивны определяемое вещество и титрант (продукт реакции электронеактивен) д – электроактивен продукт реакции (определяемое вещество и титрант электронеактивны)
«