7. gyak. Szilárd minta S tartalmának meghatározása égetést követően jodometriásan A gyakorlat célja: Megismerkedni az analízis azon eljárásaival, amelyik adott komponens meghatározását a minta elégetése révén teszi meghatározhatóvá. A módszer elve Az elemanalízis a szervetlen vegyületek körében a periódusos rendszer összes elemét, a szerves vegyületek esetében csak néhány elemet: a szén, hidrogén, nitrogén, oxigén, kén esetleg halogének meghatározását jelenti. Természetesen nyomelemzési feladatnál a vizsgált elemek köre kibővülhet. A szerves és mondhatjuk a szervetlen vegyületek fenti elemekre irányuló analízis igénye a minta elégetése során keletkező gázok elemzésén alapuló módszerek kifejlődését eredményezte és a szerves vegyületek CHNSX komponenseinek meghatározására valamint a fémek (acélok) C, S, H, O komponenseinek mérésére automatizált berendezések formájában rendelkezésre állnak. Régebben azonban az 1, 2. ábrákon feltüntetett berendezéseket alkalmazták 1. ábra A minta C és H tartalmának meghatározása égetés után gravimetriásan Az égetéses módszer alkalmazásakor a minta C tartalmát CO2dá a H tartalmát H2Oé, N tartalma NOxá amiből redukcióval N2 keletkezik (kénsavas közegben végzett oxidációkor a Nből NH3 lesz Kjeldal módszer, lásd még a KOI (3. gyak.)) S tartalma SO2 á, a halogén tartalmat általában halogeniddé alakítjuk. A minta ezen alkotóinak teljes kinyerése az égetés során az alkalmazott hőmérséklettel (750950 C) és oxigén átvivő katalizátorok (elsősorban CuO, vagy AgMnO4, Co3O4) alkalmazásával biztosítható. Az elemzés ezt követően egy gázelemzési feladat. Történhet úgy, hogy klasszikus: gravimetriás, 1. ábra, titrimetriás 2 ábra módszereket használunk pl. a víz meghatározás a víz szorpciós oszlopon történt megkötése után vagy a kéndioxidot vízben elnyeletve mennyiségét redoxi titrálással mérjük. A széndioxidot ha mennyisége elegendően nagy mérhetjük gáztérfogatos eljárással is, 3. ábra. Ekkor gázbürettában fogják fel az égésterméket, a széndioxidot lúgban elnyeletik, a maradék gázt a gázbürettába visszavezetve a széndioxid tartalmat a térfogatcsökkenésből számítják ki. Hasonló elvet használnak a füstgázok analízisére, ahol a füstgáz CO2, CO, és O2 komponenseit a gázbürettában a lúgos, réz(i) kloridos, pirogallolos elnyeletés után jelentkező térfogat csökkenés formájában mérhetjük, 4. ábra. 1
2. ábra 3. ábra 2
4. ábra Automatizált készülékekben, 5 ábra a gázokat általában szorpciós alapon válogatják szét, majd melegítéssel egyenként felszabadítják és hélium vivőgázzal a detektorba juttatják. A detektor legáltalánosabb típusa a hővezetőképességi detektor (fűtött szál hűtése az állandó sebességgel áramló gáz által annak összetételétől függ), de alkalmazhatnak másfajta a gázkromatográfiában alkalmazott detektort is (tömegspektrometria), esetleg nondiszperzív infravörös spektrofotometriát. 1. Porminta teljes kéntartalmának meghatározása: A gyakorlat során egy szilárd minta kén tartalmát kell meghatároznia. A minta kéntartalomtól függően megválasztott mennyiségét ez esetben kb. 0, 1 g ot mázatlan porcelán csónakba mérjük és oxigén áramban a 2. ábrán szemléltetett berendezésben elégetjük. Három párhuzamos égetést végzünk. Hasonlóan a mintához, standard referencia anyagot használva három mérést végzünk szintén 0,1, 0,2 0,3 g körüli bemérésekkel. A keletkező SO2t keményítőt tartalmazó vizes oldatban elnyeletjük, mennyiségét jód mérőoldattal titrálva határozzuk meg. A jód mérőoldatot pontos koncentrációját ismert koncentrációjú tioszulfát mérőoldat segítségével két párhuzamos titrálást végezve állapítjuk meg. A mérés során lejátszódó reakció az alábbi: SO2 + J2 + H2O = SO42 + 2 J +4 H+ A jódoldat pontos koncentrációjának meghatározásakor lejátszódó reakció: 2 S2O32 + I2 2I +S4O62 3
5. ábra Ábrázolja a jód jód fogyást a referencia minta kén tartalma (mg) függvényében és a kapott görbe alapján adja meg a vizsgált minta S tartalmát tömegszázalékban. A jód tioszulfáttal meghatározott pontos koncentrációja alapján számítsa ki a a jód fogyás alapján a referencia anyag és a vizsgált minta kén tartalmát és vesse őket össze az első esetben az elmélet a második esetben a kalibrációs görbe segítségével kapott értékkel. A referencia anyagra kapott adatok alapján adja meg a módszer pontosságát ( eltérés a valós értéktől %ban). Számítsa ki mennyi az a kén tartalom, amit még meghatározhat a módszerrel, ha a bemérhető legnagyobb mintamennyiség 5 g a mérhető legkisebb J2 oldat fogyás 0,01 mol/les esetben 1 ml. (Meghatározási határ). Zh kérdések. 1. 2. 3. 4. 5. Milyen elemek meghatározása a fő feladat a szerves minták elemanalízisekor? Milyen elvet alkalmazhatunk a minta C, H, N, S alkotóinak meghatározására? Hogyan határozhatjuk meg az égetéssel kapott gáz összetételét? Ismertesse a minta kéntartalom meghatározásának elvét. Számítsa ki a jód oldat pontos koncentrációját ha 10 ml 0,01 mol/l tioszulfátot titrálva 10 ml jód oldat fogy. 6. Számítsa ki a minta kén tartalmát ha 0,01 g bemérés esetén az elnyeletett kéndioxid titrálására 10 ml 0,01 mol/l jód oldat fogyott. 4
6. gyakorlat Porminta S tartalmának meghatározása égetést követően jodometriás titrálással 1. Nézze meg elég meleg e a kemence, megfelelő e az oxigén gáz áramlás. Töltsön vizet jelig az elnyelető edénybe és adjon hozzá 5 csepp keményítő oldatot, cseppentsen néhány cseppet a jódoldatból a világos kék szín eléréséig (Ez lesz az összehasonlító szín). Az automata bürettát óvatosan kezelve pumpálja fel a jódoldatot amíg az kissé a 0 jel fölé nem töltődik, óvatosan engedje fel a lyukat a mérőoldat szintje automatikusan a jelre áll be. FONTOS!!! Ha a folyadék elkezdett töltődni a pumpálást hagyja abba, túlpumpálással szétfröcskölheti a bürettában lévő oldatot. 2. Mérjen be analitikai mérlegen 0,1 g ot a referencia anyagból és tolja be a kemencébe az izzó zónába. A gázelvezető dugót bedugva a gáz a titrálóedényen keresztül buborékolva távozik, a kék oldat elszíntelenedik. Adja hozzá a bürettából a jód mérőoldatot, mindaddig, amíg a referencia kék szint vissza nem állította. Olvassa le a mérőoldat fogyást. Ismételje meg a mérést 0,2 és 0,3 g bemérésével. 3. Mérjen be a mintából 0,1 g ot és végezze el a 2 pontban leírt mérést legalább kétszer. 4. Mérjen be 1 ml tioszulfát oldatot az elnyelető edénybe és titrálja meg a jódoldattal. Ezt ismételje meg kétszer. A mérés alakpján számítsa ki a jódoldat pontos koncentrációját. 5. Vegye fel a V(I2)= f(ms) azaz az I = f(c) analitikai függvényt és számítsa ki a minta kén tartalmát tömeg %ban. 6. A SO2 + J2 + H2O = SO42 + 2 J +4 H+ reakció alapján (azaz 1 mol jód 1 mol SO2vel ez 1 mol S (32g S) egyenértékű) számítsa ki a minta és a referencia anyag kén tartalmát m/m %ban. A kapott adatokat vesse össze az elméleti ill. a kalibrációs függvény segítségével kapott értékkel. 7. A referencia anyagra kapott adatok alapján adja meg a módszer pontosságát ( eltérés a valós értéktől %ban).számítsa ki mennyi az a kén tartalom, amit még meghatározhat a módszerrel, ha a bemérhető legnagyobb mintamennyiség 5 g a mérhető legkisebb J2 oldat fogyás 0,01 mol/les esetben 1 ml. (Meghatározási határ). 5
1 táblázat Standard 1 Standard 2 Standard 3 Standard átlag Standard szórás Standard bizonylatolt érték Pontosság, % Minta 1 Minta 2 Minta 3 Minta átlag Minta szórás 1 ml tioszulfát 1 1 ml tioszulfát 2 1 ml tioszulfát 3 Átlag Szórás Jódoldat koncentrációja, mol/l Számított meghatározási határ: m (minta), g m(s), mg V jód, ml c (S), m/m % c(s) m/m % 6