Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф



Скачать 194.31 Kb.
Дата09.01.2013
Размер194.31 Kb.
ТипКурсовая


Международный университет природы, общества и человека «Дубна»
Кафедра химии, геохимии и космохимии

Муравьёва Светлана Александровна

Определение химического состава кизерита (MgSO4H2O)


Курсовая работа по аналитической химии

(группа № 2171)


Руководители:
Долгоносов А.М, проф.
___________

Ходаковский И.Л., проф.
___________

Дубна · 2006 г.

Оглавление


Введение 3

1. Литературный обзор 3

1.1. Нахождение кизерита в природе и его применение 3

1. 2. Методы количественного анализа вещества 3

1.2.1 Определение сульфат-иона 3

Турбидиметрический метод 3

Хроматографический метод 4

1.2.2. Определение магния в растворе 6

2. Экспериментальная часть 7

2.1. Определение содержания сульфат-ионов в кизерите 7

Приготовление к измерению 7

3. Определение содержания магния в кизерите 11

4. Определение содержания воды в кизерите 13

5. Использование аппарата математической статистики для проверки достоверности эксперимнта 13

Заключение 17


Введение


В 2005 году на кафедре химии, геохимии и космохимии студенткой 1-го курса Блинковой Ольгой Владимировной в лабораторных условиях был синтезирован кизерит (MgSO4·H2O).

Целью курсовой работы является определение содержания сульфат-иона, магния и воды в данном образце кизерита, используя современные аналитические методы.

1. Литературный обзор

1.1. Нахождение кизерита в природе и его применение


Природный кизерит, названный по имени немецкого учёного Д. Г. Кизера (D.G.Kieser, 1779 — 1856), является минералом из класса сульфатов. Его химический состав содержит MgO — 29.0%, SO3 — 43 – 58%; H2O — 13 – 34%. Кизерит (MgSO4H2O) — типичный минерал ископаемых соляных месторождений, реже современных осадков солёных озёр, где он образуется за счёт дегидратации, главным образом, минерала эпсомита. Кизерит встречается в природе в виде примесей в месторождениях калийных солей и карналлита. Интересно, что, несмотря на значительную растворимость сульфата магния, кизерит очень медленно переходит в раствор. Поэтому при выщелачивании калийных солей остается в осадке в виде похожей на песок массы, которую перерабатывают в горькую соль. Образуется главным образом в соляных месторождениях (кизеритовой провинции): Штасфурт, Бернбург, Фолькенрода, Гессен, Ганновер [4].


1. 2. Методы количественного анализа вещества

1.2.1 Определение сульфат-иона


Существует несколько способов определения сульфат-ионов:

Турбидиметрический метод


Турбидиметрический метод измерения массовой концентрации сульфат-иона основан на образовании стабилизированной суспензии сульфата бария в солянокислой среде с последующим измерением светорассеяния в направлении падающего луча (в единицах оптической плотности). Оптическую плотность растворов измеряют при 315нм. Линейная зависимость оптической плотности от концентрации сульфатов наблюдается в диапазоне 0-50 мг/дм3.

Хроматографический метод


Хроматография – это современный и высокоэффективный метод, позволяющий достаточно быстро и надёжно определять содержание отдельных компонентов в смесях, концентрировать и идентифицировать эти компоненты [ЦИТ94].

Хроматографический метод является физико-химическим методом разделения компонентов сложных смесей и основан на использовании сорбционных процессов в динамических условиях. В простейшем виде эти условия реализуются при прохождении раствора, содержащего разделяемые вещества, через колонку со слоем адсорбента. Вследствие различной сорбируемости компонентов смеси происходит их разделение по длине колонки за счёт повторения элементарных актов сорбции и десорбции [МУХ95].


Ионная хроматография является методом разделения веществ по их способности мигрировать по ионообменной колонке или по пластине, покрытой ионообменником. Ионы (катионы и анионы) разделяются в результате ионообменных реакций, характерных для каждого типа ионов [ЦИТ94].

На рис.1 представлена схема одноколоночного ионного хроматографа.


Рис.1 Блок – схема одноколоночного ионного хроматографа (краткое методическое пособие по ВЭЖХ)
Он включает следующие компоненты:

1. Насос для подачи элюента (растворителя) через пробоотборную петлю, колонку и кондуктометрическую ячейку;

2. Разделяющую колонку с внутренним диаметром 2,0 – 3,0 мм и длиной 500 мм, заполняемую однородными мелкими частицами анионообменной смолы, которая обладает емкостью 0,007 – 0,040 мг-экв.·г-1.В разделяющей колонке происходит реакция ионного обмена

REL + X = RX + EL;

3. В подавительной колонке происходит реакция ионного обмена и диссоциации

RH+ + Na+( EL,X) = RNa+ + HEL + HX

Элюент содержит нейтрализуемый подавителем компонент;

4. Кондуктометр содержит два электрода и дает информацию о электропроводимости ( проводимости ) вещества.

Подвижная фаза из емкости (1) через входной фильтр (9) подается прецизионным насосом высокого давления (2) в систему ввода образца (3) - ручной инжектор или автосамплер, туда же вводится проба. Далее, через in-line фильтр (8), образец с током подвижной фазы поступает в элемент (элементы) разделения (4) через предколонку в разделительную колонку. Затем, элюат поступает в детектор (5) и удаляется в сливную емкость (7). При протекании элюата через измерительный контур детектора происходит регистрация хроматограммы и передача данных на аналоговый регистратор (самописец) (6) или иную систему сбора и обработки хроматографических данных (интегратор или компьютер). В зависимости от конструкции функциональных модулей управление системой может осуществляться с клавиатуры управляющего модуля (как правило, насоса или системного контролера), с клавиатур каждого из модулей системы или производиться управляющей программой с персонального компьютера [КМП].

1.2.2. Определение магния в растворе


Методов определения магния существует не много, преимущественно используется титриметрический метод анализа.

Этот метод основан на точном измерении объема раствора реактива, затраченного на реакцию с определяемым компонентом.

Концентрацию магния определяем титрованием по методу определения жёсткости воды, но так как в нашем растворе ионы кальция отсутствуют, то полученное значение жёсткости будет обусловлено присутствием только ионов магния. Отсутствие ионов кальция можно доказать также титриметрическим методом, основанным на способности ионов кальция образовывать с трилоном Б (0,02Н) малодиссациированное, устойчивое в щелочной среде соединение [3].

Определение общей жесткости основано на титровании раствором динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б (0,1Н)) в присутствии индикатора эриохрома черного Т (хромогена черного), который образует с ионами магния растворимый комплекс [4].

Mg2+ + Hind2- = MgInd- + H+

При титровании трилон Б, взаимодействуя с ионами магния, вытесняет индикатор, комплекс которого с ионами магния окрашен в вишнево-красный цвет, а в свободной форме – в голубой. В эквивалентной точке винно-красная окраска раствора сменяется синей вследствие накопления анионов индикатора.

2. Экспериментальная часть

2.1. Определение содержания сульфат-ионов в кизерите


В данной работе для определения концентрации сульфат-ионов в кизерите был использован хроматографический метод. Преимуществом этого метода, в отличие от турбидиметрического является малый объём пробы (300 мкл), экспрессность и небольшие затраты реактивов. В турбидиметрическом методе объём отбираемой пробы составляет не менее 100см3.

В работе использовался хроматограф “Стайер” фирмы Аквилон, состоящий из кондуктометрического детектора серии CD510 и насоса для высокоэффективной жидкостной хроматографии серии II (марафон).

Согласно методике [2] В качестве элюента выбран раствор 48mM Na2CO3+60mM NaHCO3, разбавленный в 20 раз. Измерения проводились при следующих условиях:

чувствительности метода – 20 Gain

скорость потока элюента – 1,5 см3/мин

давление в насосе – 50 бар (49.3 Атм)

с использованием подавительной колонки (0,1 М Н2SO4)

Приготовление к измерению


Для определения сульфат-ионов в кизерита, необходимо перевести MgSO4 в раствор. Учитывая хорошую растворимость MgSO4 (36,6г. MgSO4/100г. при 18C), растворяем кизерит в воде. Составляем пропорцию и найдём минимальный объём воды, требующийся для растворения кизерита:

36,6г. MgSO4 - 100г. H2O

10г. MgSO4 - Хг. H2O

Получаем Х=27,32г. Находим объём воды V=24,84мл. Это минимальный объём воды, в котором растворяется кизерит.

Для анализа взяли навеску кизерита массой 1г., растворили его в 100мл. воды, соответственно, концентрация полученного раствора равна 10 г/л. Для повышения точности анализа разбавили его в 100 раз и получили раствор с концентрацией 0.1 г/л. Этот раствор использовали для определения сульфат-ионов хроматографическим методом.

Было проведено 7 параллельных определений. Результаты представлены в таблице


Таблица 1.

Результаты измерения сульфат-ионов хроматографическим методом


Номер серии

Площадь пика,mV

1

133194.58

2

177222.38

3

166745.71

4

149519.66

5

164159.15

6

152171.144

7

137592.07


На рис.3 представлена хроматограмма выхода пика, соответствующего сульфат-иону.



Рис.3 Хроматограмма сульфат-иона в образце кизерита

По таблице 1 находим среднюю площадь пика.

Средняя площадь пика S=154372,0991,

Для количественного определения сульфат-ионов необходимо построить градуирововчный график. Для этого из ГСО (Государственный Стандартный Образец с концентрацией 1г/л) были приготовлены четыре рабочих раствора с концентрациями 20мг/л, 40мг/л, 60мг/л, 80 мг/л. Каждый из этих четырёх растворов пропускался через хроматограф. Всего было сделано три параллельных серии. Результаты измерений представлены в таблице 2.

Таблица 2 .

Зависимость площади пика, соответствущего сульфат-иону от концентрации раствора.


Номер пробы

Номер серии

С, мг/л

Площадь пика,mV

1

1

20

54593.34




2

20

56526.25




3

20

59005.47

2

1

40

97825.19




2

40

98632.90




3

40

100998.09

3

1

60

128463.31




2

60

136650.76




3

60

122939.54

4

1

80

157829.92




2

80

153295.4




3

80

163616.86



На рис.2 представлен градуировочный график на сульфат-ионы. Как видно, зависимость площади пика от концентрации сульфат-иона в растворе носит линейный характер Y = aX+b, где Y – площадь полученного пика на хроматограмме (S), Х – концентрация сульфат-иона в растворе (с).



Рис.2 Градуировочный график на сульфат-ионы, выполненный хроматорграфическим методом


Используя данную формулу, получаем значения концентраций для проведённых 7 параллельных измерений, которые отражены в таблице 3.

Таблица 3.

Зависимость концентрации от площади пика.


Номер серии

Площадь пика,mV

Концентрация, мг/л

1

133194.58

63.42

2

177222.38

89.1

3

166745.71

82.99

4

149519.66

72.94

5

164159.15

81.48

6

152171.144

74.49

7

137592.07

65.98



По графику, представленному на рисунке 2, находим концентрацию сульфат-ионов в 0.1г. кизерита В 15.43г. кизерита содержится m==11.69г.

Рассчитаем содержание сульфат-ионов в кизерите. Для нахождения теоретической концентрации сульфат-ионов в исходном растворе, требуется рассчитать массовую долю сульфат-ионов в кизерите по формуле:

W====0.696 или 70%

C(SO4) = 0.1г/л·0.696 = 0.0696г/л

Таким образом расчётная концентрация сульфат-ионов в растворе равна 0.0696г/л.

Найдём содержание сульфат-ионов, синтезированных в 15.43г кизерита.

0.1г. MgSO4∙H2O - 0.0696г.SO4

15.43г. MgSO4∙H2O - Xг.SO4

X=10.74г.

Значит теоретическое содержание в 15.43г. кизерита сульфат-ионов 10.74г.

Получили отклонение от расчетного значения.

∆ = =

Незначительная ошибка свидетельствует о правильности результатов, полученных экспериментальным путём.

3. Определение содержания магния в кизерите


Для начала докажем отсутствие ионов кальция. В колбу для титрования отмеряем пипеткой 100 мл раствора с концентрацией 1г/л, содержащего MgSO4, составляющего кизерит, и приливаем 2мл NaOH (8%). Добавляем индикатор (мурексид). Конечная точка титрования определяется по изменению окраски индикатора из розовой в красно-фиолетовую. Так как наш раствор приобрёл красно-фиолетовую окраску сразу после добавления индикатора, то мы может утверждать, что в нашем растворе нет ионов кальция.

В колбу для титрования отмеряем пипеткой 100мл. раствора с концентрацией 2 г/л, содержащего MgSO4, составляющего кизерит, и приливаем 5мл аммонийной буферной смеси. Добавляем индикатор (хромоген чёрный) до появления хорошо заметной, но не очень тёмной вино-красной окраски. Титруем 0.1Н раствором Трилона Б до перехода винно-красной окраски в синюю. Выполняем 5 параллельных измерения и рассчитываем среднее.

V(титранта)=

Mg=, отсюда найдем концентрацию магния в растворе с=25.3мэкв∙12.15 = 307.395мг/л. Рассчитаем, сколько магния содержится в 15.43г. кизерита.

2г MgSO4∙H2O. - 0.3074г. Mg

15.43г. MgSO4∙H2O - Хг. Mg

Х = 2.37г

Значит, экспериментально мы получаем, что в 15.43г. кизерита у нас содержится 2.37г. магния.

Рассчитаем теоретическое содержание магния в синтезированном кизерите.

138г М(MgSO4∙H2O) - 2г/л

24г. М(Mg) - Хг/л

Х=0.348г/л

Теперь рассчитаем содержание магния в 15.43г. кизерита.

2г. MgSO4∙H2O - 0.348г. Mg

15.43г. MgSO4∙H2O - Хг. Mg

Х = 2.68г.

Значит теоретическое содержание магния в 15.43г. кизерита 2.68г.

Рассчитаем расхождение от теоретического значения нашего эксперимента.

∆ = =

Как видно, погрешность эксперимента невелика, что свидетельствует об удовлетворительной точности выполнения измерения методом титриметрического анализа, а также о правильном синтезировании кизерита в лабораторных условиях.

4. Определение содержания воды в кизерите


Исходя из того, что общий состав вещества – 100% и оно состоит из катионов магния, сульфат-ионов и воды.
Рассчитаем теоретическое содержание воды:

mводы = mкизерита-mмагния-mсульфат-ионов = 15.43г - 2.68г – 10.47г = 2.28г

Эксперементальное содержание воды

mводы = 15.43г - 2.37г – 11.69г = 1.37г

5. Использование аппарата математической статистики для проверки достоверности эксперимнта


Любое измерение, которое проводит химик-экспериментатор как бы тщательно он ни работал, сопровождается погрешностью. Поэтому полученные экспериментальные данные следует обрабатывать для оценки погрешностей и внесения соответствующих поправок в конечный результат.

Согласно общепринятой классификации все погрешности условно делятся на систематические, случайные и промахи. Последний тип выявляют, исключают и отбрасывают. Дальнейшей оценке подвергают два типа погрешностей — систематические и случайны.

Систематические погрешности — постоянные, воспроизводящиеся от измерения к измерению, по знаку и величине смещения от истинного значения измеряемой величины. Если систематическая погрешность известна, то ее можно внести в виде фиксированной поправки конечного результата. В аналитической химии для нахождения главную роль играют образцы, состав которых заранее известен (их называют образцами сравнения или стандартными образцами).

Случайные погрешности переменны как по величине, так и не знаку. Их появление обусловлено многочисленными причинами. Поэтому оценить суммарное значение случайной погрешности и виде поправки к конечному значению экспериментальной вели чины невозможно. Исследователь может лишь оценить с помощью методов математической статистики пределы или доверительные интервалы, в которых с определенной долей вероятности может находиться экспериментальная величина.

Промахи — сильно выделяющиеся в серии измерений (выпадающие) значения, чье появление вызвано, как правило, грубой погрешностью экспериментатора или сбоем в работе оборудования.

Для определения достоверности проделанного эксперимента данной курсовой работы необходимо оценить погрешность эксперимента, а также выяснить какого рода погрешности (систематические или случайные) влияют на качество проведенного лабораторного анализа..

Воспроизводимость метода оцениваем при помощи критерия Стьюдента, поскольку величина стандартного отклонения  может быть рассчитана с достаточной точностью только для очень больших выборок. Для малых выборок величина s является лишь случайным приближением к  и может довольно значительно от неё отличаться. Однако и для малых выборок расчёт доверительных интервалов возможен, если вместо нормального использовать распределение Стьюдента – распределение случайной величины t (t - распределение). При заданной доверительной вероятности P доверительный интервал среднего результата составляет

 , где

 = , где - критерий Стьюдента (табличное значение)

Но среди параллельных измерений могут встретиться значения, которые резко отличаются от остальных результатов и у исследователя возникает желание их отбросить. Однако сделать это можно лишь после предварительного исследования, так как необходимо выяснить, является ли данный результат следствием грубой погрешности (промаха).

Наиболее предпочтителен так называемый Q – критерий. Для его реализации необходимо сначала расположить все результаты серии по ранжиру (в порядке возрастания). Сомнительное значение может находиться либо в начале ряда (), либо в конце () . Для этого значения находят разность между ним и ближайшим к нему значением и делят её на размах варьирования w = -. Полученное значение сравнивают со значением , зависящим от выбранной доверительной вероятности P и объёма выборки n. Если , то сомнительный результат стоит сохранить.

При анализе сульфат-ионов в кизерите хроматографическим методом были получены следующие концентрации (мг/л): 63.42, 65.98, 72.94, 74.49, 81.48, 82.99, 89.1

Рассчитываем размах варьирования w = 89.1-63.42 = 25.68. Как видно, размах довольно большой, поэтому сомнения вызывают первые два значения и последнее.

Выясним, следует ли исключить последнее значение, тогда =

По таблице находим = 0.43

Т.к , то результат следует оставить.

Выясним, следует ли исключит первое значение, тогда = . Т.к , то результат следует оставить.

Следовательно, для вычисления среднего берём всю генеральную совокупность.

Генеральное среднее находим по формуле = , в нашем случае = 75.77

Рассеяние результатов измерений относительно среднего значения принято характеризовать дисперсией s2



В нашем случае s2 = 86.74

или стандартным отклонением (средним квадратическим отклонением) – s



s = 9.31

По таблице Стьюдента находим для доверительной вероятности P = 0.95% и числа степеней свободы k = 6 коэффициент Стьюдента, равный 2.447.

Тогда вероятностная погрешность

 =  t = 

и доверительный интервал среднего будет находиться в пределах 75  8.6, т.е значение сульфат-ионов в кизерите может находиться в пределах от 66.4 до 83.6 мг/л.
Рассчитаем доверительный интервал для титриметрического метода определения магния в кизерите.

Получим значение концентрации для проведённых 5 измерений, результаты представим в таблице 4
Таблица 4



Номер серии

V, мл

Концентрация, мг/л

1

25.0

303.75

2

25.2

306.18

3

25.3

307.395

4

25.2

306.18

5

25.8

313.47


Для этого рассчитаем =

Тогда среднее квадратическое отклонение = 3.65

По таблице Стьюдента находим для доверительной вероятности P = 0.95% и числа степеней свободы k = 4 коэффициент Стьюдента, равный 2.776.

Находим вероятностную погрешность нашего эксперимента

  • =  t = 

и доверительный интервал среднего будет находиться в пределах 307  4.53, т.е значение сульфат-ионов в кизерите может находиться в пределах от 302.47 до 311.53 мг/л.

Заключение


В данной курсовой работе изучены хроматографический и титриметрический методы анализа. Определено содержание сульфат-иона, магния и воды в образце, синтезированном студенткой 2-го курса Ольгой Блинковой.

Таблица 3.

Сравнение экспериментальных результатов с теоретическими


Содержание

Теоретические результаты, г

Экспериментальные значения, г

Результаты с учётом погрешности

SO42-

10.47 (68%)

11.69 (76%)

10.24 (66%) - 12.9 (84%)

Mg2+

2.68 (17%)

2.37 (15%)

2.33 (15%) - 2.4 (16%)

H2O

2.28 (15%)

1.37 (9%)




Как видно из таблицы, теоретические данные попадают в доверительный интервал экспериментальных значений, что свидетельствует о правильном определении содержания сульфат-ионов в синтезированном кизерите. Теоретические данные содержания магния в синтезированном кизерите не попадают в доверительный интервал, но расхождение не велико, что свидетельствует об удовлетворительном результате эксперимента.

Таким образом в результате курсовой работы было установлено, что образец кизерит, полученный Ольгой Блинковой был синтезирован верно.

Литература

ЦИТ94 Цитович И.К., Курс аналитической химии Москва, «Высшая школа»

416,(1994)

МУХ95 Мухина Е.А., Физико-химические методы анализа Москва, «Химия» 270,(1994)

ЗОЛ00 Золотова Ю.А., Основы аналитической химии Книга 2 Москва, «Высшая школа» 30,(2000)

ЧЕР04 Черновьянц М.С., Учебное пособие для вузов Москва, ИКЦ «Академкнига» (2004)

1 Краткое методическое пособие по ВЭЖХ

2 Методика выполнения измерений массовой концентрации фторид-, хлорид-, нитрат-, фосфат- и сульфат ионов в пробах питьевой, минеральной, столовой, лечебно-столовой, природной и сточной воды методом ионной хроматографии.

3 Методика выполнения измерений жесткости в природных и очищенных сточных водах титриметрическим методом с трилоном Б

4 Комплексонометрическое определение кальция в водах

Источник информации в Интернете:

4. www.cultinfo.ru



Похожие:

Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф iconТемы лекций по аналитической химии: Общие положения и принципы аналитической химии
Структура современной аналитической химии. Методы анализа. Аналитические свойства и реакции веществ. Общая схема и стадии аналитического...
Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф iconКурсовая работа по аналитической химии студента 213 группы Ляхова Антона Борисовича
Моделирование процессов разряда-ионизации серебра на поверхности твердого электрода
Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф iconЭкзаменационные вопросы по курсу аналитическая химия для 3 курса факультета смфо
Основные понятия аналитической химии: метод анализа, методика определения, качественный химический анализ, количественный анализ....
Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф iconМетрологические основы аналитической химии
Изучением общих вопросов, связанных с измерением, обработкой и интерпретацией результатов химического анализа занимается специальный...
Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф iconКонтрольные вопросы по дисциплине «Аналитическая химия»
Предмет аналитической химии. Новые направления современной аналитической химии (химические, физико-химические и физические методы...
Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф iconКурсовая работа «управление группами»
Группа, формальная группа, Хоторнские эксперименты, Хоторнский эффект, неформальная организация, модель Хоманса, групповые нормы,...
Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф iconКалендарные сроки
Основные понятия и основные разделы современной аналитической химии. Значение аналитической химии в фармации. Качественный анализ....
Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф iconПрограмма по специальности «Основы аналитической химии» для подготовки специалистов по дистанционной технологии
Классификация методов аналитической химии, особенности методов различных групп. Методы определения; цели, преследуемые при создании...
Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф iconАктуальные проблемы неорганической и аналитической химии
Актуальные проблемы неорганической и аналитической химии : межвуз темат сб науч тр. / Рос гос ун-т им. И. Канта. Калининград : Изд-во...
Курсовая работа по аналитической химии (группа №2171) Руководители: Долгоносов А. М, проф iconКурсовая работа студентки 4xx группы XXXXXXX. X. X научные руководители: XXXXXXXX. X. X xxxxxxxxxxxxx. X. X москва 200X
Влияние кислотности раствора на сорбцию ароматических карбоновых кислот на ппу 5-30
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org