|
Стр. 7
прокалывается при вводе пробы. Некоторые хроматографы снабжены
также специальными дозаторами для ввода газообразных и твердых
веществ. Анализируемые вещества поступают в колонку в парообразном
состоянии, поэтому температура испарителя должна обеспечить
возможно быстрое испарение компонентов пробы. Жидкие пробы вводят
в хроматограф микрошприцем. Объем вводимой пробы зависит от типа
детектора, количества неподвижной жидкой фазы и диаметра колонки.
Обычно для насадочной аналитической колонки объем пробы жидкости
составляет 0,1-1 мкл, а газа - от 0,5 до 5 мл.
Газохроматографическая колонка представляет собой прямую,
спиральную или U-образную трубку, обычно изготовленную из
нержавеющей стали или стекла с внутренним диаметром от 0,6 до 5
мм. Наиболее часто используются колонки длиной 1-3 м.
Эффективность газохроматографической колонки n, характеризующая
степень расширения зоны определяемого вещества на выходе
газохроматографической колонки, определяется по формуле:
- l ¬2
n = 5,545 ¦------ ¦ ,
¦"ми "¦
L 0,5 -
где l - время удерживания вещества, выраженное в единицах
длины диаграммной ленты (например, мм); "ми " - ширина
0,5
хроматографического пика, измеренная на половине его высоты и
выраженная в тех же единицах, что и расстояние удерживания.
Степень газохроматографического разделения веществ R определяют
по формуле:
"ДЕЛЬТА"l
R = -------------------------,
"ми " + "ми "
0,5(1) 0,5 (2)
где "ДЕЛЬТА"l - разность расстояний времен удерживания
разделяемых веществ 1 и 2.
Температура колонки должна обеспечивать оптимальное разделение
компонентов смеси при достаточно коротком времени анализа.
Для анализа смесей с широким диапазоном температур кипения
компонентов целесообразно применять газовую хроматографию с
программированием температуры либо газовую хроматографию с
программированием расхода газа - носителя, либо сочетание этих
видов газовой хроматографии.
Твердый носитель служит для удержания тонкой равномерной пленки
неподвижной жидкой фазы, его поверхность должна обеспечивать
достаточное разделение. Он должен иметь достаточную механическую
прочность и быть инертным как по отношению к анализируемым
веществам, так и к жидкой фазе. В качестве твердых носителей
применяют материалы на основе кремнезема - диатомита или
кизельгура (например, сферохромы, хроматоны, хезосорбы, целиты);
фторуглеродных полимеров (например, тефлон, полихром); полистирола
и сополимеров стирола и дивинилбензола (полисорбы). В отдельных
случаях в качестве твердых носителей могут использоваться
кристаллы некоторых солей (например, хлорида натрия), стеклянные
шарики и графитированная сажа (карбохром). Наиболее часто
используемый размер частиц твердого носителя от 0,1 до 0,5 мм. В
зависимости от задач анализа свойства носителей можно изменять
обработкой их кислотами или щелочами, а также силанизированием.
Неподвижная жидкая фаза представляет собой, как правило,
высококипящую жидкость. В качестве жидкой фазы обычно применяют:
индивидуальные углеводороды или их смеси, например вазелиновое
масло, апиезоны; силоксановые полимеры без функциональных групп;
сложные эфиры и полиэфиры; простые эфиры; полифенилы; амиды;
силоксановые полимеры с привитыми нитрильными или
галогеналкильными группами; одно- и многоатомные спирты;
полигликоли; амины; жирные кислоты и т. д.
Перед работой с новой колонкой ее следует кондиционировать при
температуре, как правило, на 10-30 град. С превышающей рабочую
температуру, в токе газа-носителя в течение нескольких часов.
Важно следить за тем, чтобы температура термостата колонки не
превышала температурного предела применения данной фазы.
Как правило, неподвижная жидкая фаза наносится на твердый
носитель в количестве 1-20% от его массы, наиболее часто
используются колонки с содержанием жидкой фазы до 5-10% от массы
твердого носителя. Нанесение жидкой фазы на носитель
осуществляется из ее раствора в подходящем растворителе.
Существует несколько методов нанесения жидкой фазы, из которых
предпочтительнее пользоваться наиболее воспроизводимыми методами
упаривания раствора при перемешивании в фарфоровой чашке или
удаления растворителя в ротационном вакуумном испарителе.
Для обеспечения высокой эффективности разделения применяют
капиллярную газовую хроматографию, в которой неподвижная жидкая
фаза нанесена в виде тонкой пленки непосредственно на внутреннюю
поверхность капилляра. Длина капиллярных колонок обычно составляет
от 10 до 100 м, внутренний диаметр - от 0,1 до 0,6 мм.
Автоматическая система измерения, регистрации и обработки
хроматографической информации включает в себя детектор,
электронные устройства усиления, самопишущий измерительный прибор
и интегратор.
Наиболее часто применяют детектор по теплопроводности и
пламенно - ионизационный. Действие детектора по теплопроводности
основано на изменении теплопроводности газа - носителя в
присутствии других веществ. Он характеризуется большой
универсальностью, так как чувствителен практически ко всем летучим
органическим соединениям. Действие более чувствительного пламенно
- ионизационного детектора основано на измерении тока насыщения
ионизированной газовой смеси в зависимости от ее состава. Детектор
чувствителен к органическим соединениям и нечувствителен к парам
воды. Кроме этих двух детекторов, в газохроматографическом анализе
лекарственных веществ, особенно если требуется повышенная
чувствительность определения, можно использовать селективные
детекторы, такие, как термоионный и электронозахватный.
Системы термостатирования и контроля температуры колонок,
детектора, узла ввода пробы предназначены для обеспечения
необходимых температурных режимов анализа.
Качественный анализ. Наиболее часто используемыми методами
качественного анализа, применяемыми для идентификации
лекарственных веществ, являются метод веществ - свидетелей и метод
относительных удерживаний.
Метод веществ - свидетелей заключается в том, что
непосредственно после анализа исследуемого образца в идентичных
условиях проводят хроматографирование веществ, присутствие которых
в исследуемой пробе вероятно. Совпадение времен удерживания любого
из компонентов анализируемой пробы и вещества - свидетеля может
служить доказательством идентичности обоих веществ. Можно ввести
вещество - свидетель прямо в анализируемый образец. В этом случае
критерием идентичности служит увеличение соответствующего пика на
хроматограмме. Поскольку соединения различной структуры могут
иметь совпадающие времена удерживания (удерживаемые объемы), для
большей достоверности проводимой идентификации хроматограммы
анализируемого образца и веществ - свидетелей должны быть сняты
минимум на двух колонках с неподвижными жидкими фазами,
отличающимися по полярности.
Для идентификации веществ по методу относительных удерживаний
проводят анализ образца в условиях, указанных в конкретной
методике, причем предварительно к пробе прибавляют определенное
количество указанного в методике вещества сравнения. Относительное
удерживание (ч) определяется по формуле:
t - t
R 0
ч = ------------,
t - t
Rср 0
где t - время газохроматографического удерживания
R
анализируемого вещества; t - время удерживания веществ сравнения;
Rср
t - время удерживания несорбирующегося вещества.
0
Количественный анализ. Количественный анализ проводят с учетом
измерения параметров пиков веществ на хроматограммах. Практически
используют два параметра пиков: площадь или высоту. Наиболее часто
применяемым параметром является площадь пика.
Площади пиков на хроматограмме определяют одним из следующих
способов: умножением высоты пика (h) на его ширину ("ми "),
0,5
измеренную на половине его высоты; планиметрированием; с помощью
интегратора. В связи с тем что, чувствительность детекторов по
отношению к разделяемым веществам, как правило, неодинакова, в
необходимых случаях количественному определению предшествует
градуировка прибора.
Существует три основных метода количественного анализа: метод
абсолютной градуировки, метод внутренней нормализации и метод
внутреннего стандарта.
Метод абсолютной градуировки основан на предварительном
определении зависимости между количеством введенного вещества и
площадью или высотой пика на хроматограммах. В хроматограф вводят
известное количество градуировочной смеси и определяют площади или
высоты полученных пиков. Строят график зависимости площади или
высоты пика от количества введенного вещества. Анализируют
исследуемый образец, измеряют площадь или высоту пика
определяемого компонента и на основании градуировочного графика
рассчитывают его количество.
Метод внутренней нормализации основан на приведении к 100%
суммы площадей пиков на хроматограмме.
Метод внутреннего стандарта основан на сравнении выбранного
определяющего параметра пика анализируемого вещества с тем же
параметром вещества для сравнения, введенного в пробу в известном
количестве. В исследуемую пробу вводят известное количество такого
вещества для сравнения, пик которого достаточно хорошо разделяется
с компонентами исследуемой смеси. Проводят анализ пробы с
веществом сравнения и рассчитывают количество определяемого
вещества.
Последние два метода требуют введения поправочных
коэффициентов, характеризующих чувствительность используемых типов
детекторов к анализируемым веществам. Для разных типов детекторов
и разных веществ коэффициент чувствительности определяется
экспериментально.
УСЛОВИЯ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
В методике рекомендуется приводить следующие условия анализа:
размеры газохроматографической колонки; тип неподвижной жидкости
фазы и ее количество; тип твердого носителя; температуры колонки,
испарителя и детектора; газ - носитель и его расход; тип
детектора.
В случае необходимости в частных статьях могут быть приведены
дополнительные условия проведения хроматографического анализа.
Высокоэффективная жидкостная хроматография
(жидкостная хроматография высокого давления)
Высокоэффективная жидкостная хроматография (жидкостная
хроматография высокого давления) является вариантом колоночной
жидкостной хроматографии, в которой подвижная фаза - элюент -
проходит через заполняющий колонку сорбент с большей скоростью за
счет значительного давления на входе в хроматографическую колонку.
Высокоэффективная жидкостная хроматография является удобным
способом разделения, препаративного выделения и проведения
количественного и качественного анализа нелетучих термолабильных
соединений как с малой, так и с большой молекулярной массой.
Основными узлами современного жидкостного хроматографа
являются: насос высокого давления, дозатор, высокоэффективная
колонка, детектор с регистрирующим устройством.
Современные жидкостные хроматографы могут быть снабжены
микропроцессором и устройствами, с помощью которых можно
автоматически производить ввод пробы, поддерживать условие
хроматографического процесса по заданной программе, автоматически
оптимизировать условия разделения, проводить расчет
количественного состава анализируемой смеси по одной или
нескольким программам и проводить качественный анализ.
Насос высокого давления (до 200-500 атм) обеспечивает подачу
элюента в колонку с заданной постоянной скоростью. В некоторых
микроколоночных хроматографах применяются насосы сравнительно
низкого давления (до 10-20 атм).
Хроматографические колонки из нержавеющей стали (или из стекла)
длиной 10-25 см с внутренним диаметром 0,3-0,8 см (чаще 0,4-0,5
см) заполняются адсорбентом с диаметром частиц 5-10 мкм
сферической или неправильной формы с помощью суспензионного
метода, что дает возможность получить более равномерную и плотную
упаковку частиц сорбента в колонке. Заполнение колонки проводится
при больших давлениях, чем рабочее давление в хроматографе. В
микроколоночных хроматографах используются колонки меньшей длины и
меньшего внутреннего диаметра (0,1-0,2 см и меньше).
Частицы адсорбента не должны разрушаться при заполнении колонки
под большим давлением.
Плотная упаковка частиц адсорбента малого диаметра (5-10 мкм) в
колонке позволяет получить высокоэффективное хроматографическое
разделение компонентов смеси. Температура хроматографических
колонок может поддерживаться с точностью +/-0,1 град.С в
интервале, ограниченном температурой замерзания и кипения элюента.
Чаще всего разделение проводят в интервале температур 20-50
град.С.
В качестве детекторов в жидкостной хроматографии обычно
используют спектрофотометрический детектор с переменной (190-900
нм) или фиксированной (чаще при 254 нм) длиной волны,
рефрактометрический или флуориметрический детекторы. Могут быть
использованы и другие детекторы, например ионизационно -
пламенный, электрохимические, масс - спектрометрический и т. д.
В качестве адсорбентов чаще всего применяют силикагель с
гидроксилированной поверхностью и силикагель с привитыми к
поверхности различными функциональными группами, реже используются
окись алюминия и полимерные адсорбенты. На практике обычно
применяют готовые колонки.
При работе с колонками, заполненными силикагелем, в качестве
элюента используют углеводороды, иногда с добавлением небольшого
количества спирта или других растворителей. В обращеннофазной
хроматографии применяют колонки, заполненные силикагелем с
привитыми гидрофобными группами, и в качестве элюента - водные
растворы, содержащие низшие спирты или ацетонитрил. Во многих
случаях не требуется дополнительная очистка растворителей, но
иногда тщательная очистка растворителей необходима.
Для разделения органических соединений в виде солей, а также
кислот и оснований применяют ион - парную хроматографию. В этом
случае применяют адсорбенты с привитыми гидрофобными группами, а в
элюент, обычно водно - спиртовой или водно - ацетонитрильный,
добавляют ионные соединения, анион или катион которых содержит
гидрофобную группу.
Для разделения органических катионов или анионов применяют
ионнообменную жидкостную хроматографию. В этом случае разделение
проводят на адсорбентах с сульфо- или карбоксильными группами и
замещенными или незамещенными аминогруппами различной основности,
а в качестве элюента - водные буферные растворы с соответствующими
рН и ионной силой.
Для разделения веществ, способных образовывать комплексы с
катионами металлов, в частности для разделения оптических изомеров
аминокислот, используют лигандообменную хроматографию, в которой
разделение основано на различии в способности анализируемых
веществ образовывать координационные связи в координационной сфере
присутствующего в системе комплексообразующего иона металла. В
этом случае применяют адсорбенты, на поверхности которых имеются
группы, способные образовывать комплексы с ионами металлов и
разделяемым веществом.
Для характеристики и разделения высокомолекулярных соединений
3
(молекулярная масса выше 10 ) применяют эксклюзионную (ситовую)
хроматографию, которая обеспечивает разделение веществ в
соответствии с размерами их молекул. В качестве адсорбентов
используют гидроксилированные силикагели с различным диаметром пор
или аналогичные силикагели с привитыми диольными и другими
группами, а также различные гели.
Степень разделения веществ в колонке определяется расстоянием
между максимумами двух соседних пиков и шириной хроматографической
полосы. Расстояние между максимумами зависит от селективности
адсорбента по отношению к разделяемым веществам, а ширина полосы -
от эффективности колонки, которая определяется характером упаковки
частиц адсорбента, вязкостью элюента, размыванием в соединительных
узлах и детекторе. Высокоэффективная колонка способна разделять
вещества и при малой селективности адсорбента.
Для определения содержания каждого компонента в смеси
необходимо провести количественную оценку хроматограммы с
использованием методов абсолютной калибровки или внутреннего
стандарта (см. раздел "Газовая хроматография").
Если примеси близки по строению, то качественно их содержание
можно оценить по соотношению пиков на хроматограмме. Однако если
чувствительность детектора по отношению к примесям разная, то
такую оценку делать нельзя.
Метод жидкостной хроматографии обеспечивает достоверные данные
по содержанию интересующего компонента в смеси. Время выхода
компонента из колонки при одних и тех же условиях разделения будет
всегда постоянно и может служить характеристикой данного
компонента (качественный анализ), а площадь пика - пропорциональна
количеству данного компонента в пробе (количественный анализ).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН
Водородным показателем (рН) называется отрицательный десятичный
логарифм активности ионов водорода.
рН = - lg а +.
Н
Измерение рН заключается в сравнении потенциала индикаторного
электрода, погруженного в испытуемый раствор, с потенциалом того
же электрода в стандартном буферном растворе с известным значением
рН.
При калибровке рН-метров пользуются шкалой стандартных буферных
растворов.
Таблица 1
----T---------------------T-----------------------------------T--------¬
¦ N ¦ ¦ рН раствора при температуре ¦ ¦
¦п/п¦ Наименование +-----T-----T-----T-----T-----T-----+Буферная¦
¦ ¦ раствора ¦ 0 ¦ 10 ¦ 20 ¦ 25 ¦ 30 ¦ 40 ¦емкость ¦
¦ ¦ ¦град.¦град.¦град.¦град.¦град.¦град.¦ ¦
¦ ¦ ¦ С ¦ С ¦ С ¦ С ¦ С ¦ С ¦ ¦
+---+---------------------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--------+
¦ 1 ¦Тетраоксалат калия,¦1,67 ¦1,67 ¦1,68 ¦1,68 ¦1,69 ¦1,70 ¦0,070 ¦
¦ ¦0,05 моль/л ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 2 ¦Гидротартрат калия,¦ - ¦ - ¦ - ¦3,56 ¦3,55 ¦3,54 ¦0,027 ¦
¦ ¦насыщенный при 25¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦град.С ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 3 ¦Гидрофталат калия,¦4,01 ¦4,00 ¦4,00 ¦4,01 ¦4,01 ¦4,03 ¦0,016 ¦
¦ ¦0,05 моль/л ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 4 ¦Однозамещенный фосфат¦6,98 ¦6,92 ¦6,88 ¦6,86 ¦6,84 ¦6,84 ¦0,029 ¦
¦ ¦калия + двузамещенный¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦фосфат натрия по¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦0,025 моль/л ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 5 ¦Бура, 0,01 моль/л ¦9,46 ¦9,33 ¦9,22 ¦9,18 ¦9,14 ¦9,07 ¦0,020 ¦
¦ 6 ¦Гидроокись кальция,¦ - ¦ - ¦ - ¦12,45¦12,30¦11,99¦0,09 ¦
¦ ¦насыщенный при 25¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦град.С ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L---+---------------------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+---------
В табл. 1 приведены растворы веществ, применяемые в качестве
стандартных буферных растворов для проверки рН-метров и
зависимость их рН от температуры. Для приготовления таких
растворов могут быть использованы фиксаналы по ГОСТ 8-135-74.
Примечания. 1. Буферной емкостью ("бета") называют выраженное в
грамм - эквивалентах количество сильного основания (B),
прибавление которого к 1 л буферного раствора вызывает возрастание
величины рН этого раствора на единицу
- dB "ДЕЛЬТА"B ¬
¦ "бета" = ---- ~ = ------------¦.
L dpH "ДЕЛЬТА"рН -
2. Дистиллированная вода, применяемая для приготовления
буферных растворов, а также для приготовления контролируемых
растворов, должна иметь рН 5,8-7,0. Дистиллированная вода должна
быть освобождена от углекислого газа, для чего ее необходимо
прокипятить перед употреблением. Если рН дистиллированной воды
после кипячения не соответствует указанным пределам, то необходима
дополнительная очистка, например с помощью ионообменных колонок.
Потенциометрический метод измерения рН. Потенциометрическое
определение рН заключается в измерении ЭДС элемента, состоящего из
двух электродов: индикаторного, потенциал которого зависит от
активности ионов водорода, и электрода сравнения - стандартного
электрода с известной величиной потенциала.
В качестве индикаторных электродов для измерения рН на практике
применяют стеклянный и хингидронный электроды. В отдельных случаях
в качестве индикаторного электрода можно использовать водородный
электрод.
Для измерения рН применяют высокоомные потенциометры различных
систем или рН-метры, шкала которых градуирована в милливольтах или
непосредственно в единицах рН.
Подготовка рН-метра и электродной системы производится согласно
инструкциям, прилагаемым к прибору.
Калибровка и проверка рН-метров проводится по стандартным
буферным растворам, приведенным в табл. 1.
Различие между показанием прибора и номинальным значением рН
буферного раствора не должно превышать 0,04 единицы рН.
Если рН контролируемого раствора отличается менее чем на
единицу от рН стандартного буферного раствора, то достаточна
проверка прибора по одному буферному раствору, величина рН
которого лежит в том же диапазоне измерения, что и значения рН
контролируемого раствора.
Если рН контролируемых растворов находятся в широких пределах,
то проверку рН-метра следует производить по двум стандартным
буферным растворам в соответствии с инструкцией.
При измерении рН контролируемых растворов отсчет величины рН по
шкале прибора производят после того, как показания прибора примут
установившееся значение. Время установления показаний определяется
буферными свойствами и температурой раствора (обычно время
установления показаний не превышает 2 мин).
Определение рН проводят при 25 +/-2 град.С, в противном случае
необходимо сделать соответствующие поправки.
При измерении рН сильнокислых и сильнощелочных растворов при
температурах, близких к 0 град.С, или при измерении рН растворов с
очень малой буферной емкостью (например, дистиллированной воды)
время установления показаний может достигать нескольких минут.
При измерении рН в неводных и смешанных растворителях, а также
в некоторых коллоидных системах следует иметь в виду, что
полученные значения рН являют условными.
Колориметрический метод измерения рН. Колориметрический метод
определения рН основан на свойстве индикаторов изменять свою
окраску в зависимости от активности ионов водорода в определенном
интервале рН. Колориметрическое определение рН производят при
помощи индикаторов (табл. 2) и стандартных буферных растворов.
Сначала определяют приблизительную величину рН испытуемого
раствора с помощью универсального индикатора (см. "Индикаторы",
применяемые при объемных определениях), для чего 2 мл испытуемого
раствора смешивают в маленькой фарфоровой чашке с 5 каплями
универсального индикатора и полученную окраску сравнивают с
цветной шкалой.
После приближенного определения рН испытуемого раствора
выбирают 5-6 буферных растворов, пригодных для данной области рН и
отличающихся друг от друга на 0,2. В одну из пробирок наливают 10
мл испытуемого раствора, в другие - выбранные буферные растворы.
Во все пробирки прибавляют по 2-3 капли раствора индикатора и
сравнивают окраску испытуемого раствора с окрасками буферных
растворов.
рН испытуемого раствора равен рН буферного раствора, окраска
которого совпадает с окраской испытуемого раствора.
Индикатор следует выбирать таким образом, чтобы предполагаемая
величина рН попала в центральную часть интервала перехода окраски
индикатора. Концентрация индикатора в испытуемом и буферном
растворах должна быть одинаковой.
Потенциометрический метод имеет преимущества по сравнению с
колориметрическим, он более точен и имеет меньше ограничений,
связанных с присутствием в растворе окислителей или
восстановителей, с белковой или солевой ошибками.
Потенциометрический метод в отличие от колориметрического может
применяться для определения рН в окрашенных, мутных или
гелеобразных растворах.
Приготовление исходных веществ и буферных растворов,
представленных в табл. 1 и 2. Буферные растворы, приведенные в
табл. 1, приготавливают из реактивов квалификации "Для рН-метрии"
по ГОСТу 8.135-74.
Для приготовления буферных растворов, приведенных в табл. 1 и
2, могут использоваться также реактивы квалификации х.ч. и ч.д.а.
В случае применения реактивов квалификации х.ч. и ч.д.а.
поступают, как указано ниже.
Таблица 2
Область рН 1,2-2,2
-----------------------------T-----T-----T-----T-----T-----T-----¬
¦ рН ¦ 1,2 ¦ 1,4 ¦ 1,6 ¦ 1,8 ¦ 2,0 ¦ 2,2 ¦
+----------------------------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
¦Раствор KCl (0,2 моль/л), мл¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Раствор HCl (0,2 моль/л), мл¦64,50¦41,50¦26,30¦16,60¦10,60¦6,70 ¦
+----------------------------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
¦Вода До 200 мл ¦
L-----------------------------------------------------------------
Область рН 2,2-3,8
---------------T-----T-----T-----T-----T-----T-----T----T----T----¬
¦ рН ¦ 2,2 ¦ 2,4 ¦ 2,6 ¦ 2,8 ¦ 3,0 ¦ 3,2 ¦3,4 ¦ 3,6¦ 3,8¦
+--------------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+----+----+----+
¦Раствор гидро-¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦50 ¦ 50 ¦ 50 ¦
¦фталата калия ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦(0,2 моль/л), ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Раствор HCl ¦46,70¦39,60¦32,95¦26,42¦20,32¦14,70¦9,90¦5,97¦2,62¦
¦(0,2 моль/л), ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+--------------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+----+----+----+
¦Вода До 200 мл ¦
L------------------------------------------------------------------
Область рН 4,0-6,2
--------------------T----T----T----T-----T-----T-----T-----T-----¬
¦ рН ¦ 4,0¦ 4,2¦ 4,4¦ 4,6 ¦ 4,8 ¦5,0 ¦ 5,2 ¦ 5,4 ¦
+-------------------+----+----+----+-----+-----+-----+-----+-----+
¦Раствор гидрофтала-¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦
¦та калия ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦(0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Раствор NaOH ¦0,40¦3,70¦7,50¦12,15¦17,70¦23,85¦29,95¦35,45¦
¦(0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------------+----+----+----+-----+-----+-----+-----+-----+
¦Вода До 200 мл ¦
L-----------------------------------------------------------------
------------------------T--------T---------T----------T----------¬
¦ рН ¦ 5,6 ¦ 5,8 ¦ 6,0 ¦ 6,2 ¦
+-----------------------+--------+---------+----------+----------+
¦Раствор гидрофталата ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦
¦калия (0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Раствор NaOH ¦ 39,85 ¦ 43,0 ¦ 45,45 ¦ 47,00 ¦
¦(0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-----------------------+--------+---------+----------+----------+
¦Вода До 200 мл ¦
L-----------------------------------------------------------------
Область рН 5,8-8,0
---------------------T----T----T----T-----T-----T-----T-----T-----¬
¦ рН ¦5,8 ¦6,0 ¦6,2 ¦ 6,4 ¦ 6,6 ¦6,8 ¦ 7,0 ¦ 7,2 ¦
+--------------------+----+----+----+-----+-----+-----+-----+-----+
¦Раствор однозамещен-¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦
¦ного фосфата калия ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦(0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Раствор NaOH ¦3,72¦5,70¦8,60¦12,60¦17,80¦23,65¦29,63¦35,00¦
¦(0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+--------------------+----+----+----+-----+-----+-----+-----+-----+
¦Вода До 200 мл ¦
L------------------------------------------------------------------
------------------------T--------T---------T----------T----------¬
¦ рН ¦ 7,4 ¦ 7,6 ¦ 7,8 ¦ 8,0 ¦
+-----------------------+--------+---------+----------+----------+
¦Раствор однозамещенного¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦
¦фосфата калия ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦(0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Раствор NaOH ¦ 39,50 ¦ 42,80 ¦ 45,20 ¦ 46,80 ¦
¦(0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-----------------------+--------+---------+----------+----------+
¦Вода До 200 мл ¦
L-----------------------------------------------------------------
Область рН 7,8-10,0
----------------------T----T----T----T----T-----T-----T-----T-----¬
¦ рН ¦7,8 ¦8,0 ¦8,2 ¦ 8,4¦ 8,6 ¦ 8,8 ¦ 9,0 ¦ 9,2 ¦
+---------------------+----+----+----+----+-----+-----+-----+-----+
¦Раствор борной кисло-¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦
¦ты (0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Раствор NaOH ¦2,61¦3,97¦5,90¦8,50¦12,00¦16,30¦21,30¦26,70¦
¦(0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+---------------------+----+----+----+----+-----+-----+-----+-----+
¦Вода До 200 мл ¦
L------------------------------------------------------------------
------------------------T--------T---------T----------T----------¬
¦ рН ¦ 9,4 ¦ 9,6 ¦ 9,8 ¦ 10,00 ¦
+-----------------------+--------+---------+----------+----------+
¦Раствор борной кислоты¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 50 ¦
¦(0,2 моль/л), мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Раствор NaOH ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦(0,2 моль/л), мл ¦ 32,00 ¦ 36,85 ¦ 40,80 ¦ 43,90 ¦
+-----------------------+--------+---------+----------+----------+
¦Вода До 200 мл ¦
L-----------------------------------------------------------------
Область рН 10,0-11,4
---------------T------T-----T-----T-----T-----T-----T------T-----¬
¦ рН ¦ 10,0 ¦10,2 ¦10,4 ¦10,6 ¦10,8 ¦11,0 ¦ 11,2 ¦11,4 ¦
+--------------+------+-----+-----+-----+-----+-----+------+-----+
¦Раствор буры ¦119,2 ¦112,4¦108,0¦104,6¦102,4¦100,4¦ 98,8 ¦97,4 ¦
¦(0,05 моль/л),¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Раствор NaOH ¦40,40 ¦43,80¦46,00¦47,70¦48,80¦49,80¦50,60 ¦51,30¦
¦(0,2 моль/л), ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦мл ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+--------------+------+-----+-----+-----+-----+-----+------+-----+
¦Вода До 200 мл ¦
L-----------------------------------------------------------------
Примечание. Приведенные в табл. 2 значения рН воспроизводимы с
точностью рН до +/- 0,05 при 25 град. С.
1. Раствор тетраоксалата калия КН3(С204)2 х 2Н2О (0,05 моль/л).
Тетраоксалат калия (х.ч., ч.д.а.) дважды перекристаллизовывают из
воды и сушат на воздухе при температуре не выше 50 град.С в
течение суток. 12,709 г перекристаллизованного тетраоксалата калия
растворяют в воде и доводят объем раствора водой до 1 л.
2. Насыщенный при 25 град. С раствор гидротартрата калия
КНС4Н4О6 (около 0,034 моль/л). Гидротартрат калия (ч.д.а.) по
ГОСТу 3654-79 перекристаллизовывают из воды и сушат при
температуре 105 град. С до постоянной массы. Перекристаллизованный
гидротартрат калия встряхивают с дистиллированной водой в течение
получаса при 25 град. С. Нерастворившуюся часть отфильтровывают.
3. Раствор гидрофталата калия КНС8Н4О4 (0,05 моль/л).
Гидрофталат калия (ч.д.а.) перекристаллизовывают из воды, сушат
при температуре не выше 125 град. С до постоянной массы. 10,211 г
перекристаллизованного гидрофталата калия растворяют в воде и
доводят объем раствора водой до 1 л.
4. Раствор гидрофталата калия KHC8H4O4 (0,2 моль/л). 40,846 г
гидрофталата калия, перекристаллизованного, как указано выше,
растворяют в воде и доводят объем раствора водой до 1 л.
5. Раствор однозамещенного фосфата калия КН2РО4 (х.ч., ч.д.а.)
(0,025 моль/л) по ГОСТу 4198-75 и раствор двузамещенного фосфата
натрия Na2HPO4 (0,025 моль/л) по ГОСТу 4172-76 (х.ч., ч.д.а.).
Указанные соли очищают трехкратной перекристаллизацией из воды.
Однозамещенный фосфат калия высушивают при 110 град. С,
двузамещенный фосфат натрия - при 130 град. С до постоянной массы.
3,402 г безводного однозамещенного фосфата калия и 3,548 г
безводного двузамещенного фосфата натрия растворяют в воде и
доводят объем раствора водой до 1 л.
6. Раствор однозамещенного фосфата калия КН2РО4 (0,2 моль/л).
27,218 г очищенного, как указано выше, безводного однозамещенного
фосфата калия растворяют в воде и доводят объем раствора водой до
1 л.
7. Раствор тетрабората натрия (буры) Na2B4O7 х 10 Н2О (0,01
моль/л). Буру (х.ч., ч.д.а.) по ГОСТу 4199-76 дважды
перекристаллизовывают из воды, растворяя при температуре не выше
60 град. С. Кристаллы отсасывают на воронке Бюхнера, промывают
небольшим количеством холодной воды, затем сушат на воздухе в
течение 2-3 дней. 3,814 г перекристаллизованной буры растворяют в
воде и доводят объем раствора водой до 1 л.
8. Раствор борной кислоты Н3ВО3 с хлоридом калия KCl (0,2
моль/л). Борную кислоту (х.ч., ч.д.а.) по ГОСТу 9656-75 дважды
перекристаллизовывают из воды и сушат в сушильном шкафу при
температуре не выше 70 град. С до постоянной массы. 12,365 г
перекристаллизованной борной кислоты и 14,911 г хлорида калия
(х.ч.) по ГОСТу 4234-77 растворяют в воде и доводят объем раствора
водой до 1 л.
9. Раствор хлорида калия КСl (0,2 моль/л). 14,911 г хлорида
калия (х.ч.) по ГОСТу 4234-77 растворяют в воде и доводят объем
раствора водой до 1 л.
10. Насыщенный при 25 град. С раствор гидроокиси кальция
Са(ОН)2. Гидроокись кальция (х.ч.) по ГОСТу 9262-77 встряхивают в
течение часа с дистиллированной водой при 25 град. С и после
отстаивания фильтруют.
11. Раствор хлористоводородной кислоты НСl (0,2 моль/л) и
раствор едкого натра NaOH (0,2 моль/л). Готовят из растворов 1
моль/л.
12. Раствор гидрокарбоната натрия NaHCO3 (0,025 моль/л) и
раствор карбоната натрия Na2CO3 (0,025 моль/л). Гидрокарбонат
натрия (х.ч.) по ГОСТу 4201-79 сушат в эксикаторе над силикагелем,
предварительно проактивированном при 120 град. С в течение часа,
до постоянной массы. Карбонат натрия (х.ч.) по ГОСТу 83-79 сушат
при 300 град. С до постоянной массы. 2,100 г гидрокарбоната и
2,649 г карбоната натрия растворяют в достаточном количестве воды
и доводят объем раствора водой до 1 л.
13. Раствор буры Na2B4O7 х 10 H20 (0,05 моль/л). 19,068 г
перекристаллизованной буры (см. п. 7) растворяют в воде и доводят
объем раствора водой до 1 л.
Примечание. Буферные растворы хранят в хорошо закрытых склянках
нейтрального стекла в течение 3 мес. При образовании осадков и
видимых изменений буферные растворы не применяются.
ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ТИТРОВАНИЯ
Потенциометрическое титрование
Потенциометрическим титрованием называется способ определения
эквивалентного объема титранта путем измерения в процессе
титрования электродвижущей силы (э.д.с.) специально подобранной
электродной пары.
Электродная пара состоит из индикаторного электрода и электрода
сравнения.
Индикаторный электрод выбирают таким образом, чтобы его
потенциал зависел от концентрации ионов, принимающих участие или
образующихся в процессе титрования. Потенциал электрода сравнения
во время титрования должен сохранять постоянную величину.
Как правило, электродную пару при титровании погружают в
анализируемый раствор. Однако в тех случаях, когда ионы,
диффундирующие из электрода сравнения, могут помешать проведению
титрования, контакт электрода сравнения с анализируемым раствором
осуществляется через электролитический мост.
Последний представляет собой П-образную трубку, заполненную
раствором электролита, ионы которого не мешают проведению
титрования. Один конец трубки, снабженный пришлифованной пробкой
или пористой мембраной, погружают в анализируемый раствор, а
другой в стакан с насыщенным водным раствором хлорида калия, в
который погружен электрод сравнения. При проведении
потенциометрического титрования в неводных средах
электролитический мост или электрод сравнения заполняют растворами
хлоридов калия или лития в соответствующих неводных растворителях.
При проведении анализа титрованный раствор прибавляют из
бюретки равными объемами при постоянном перемешивании. Вблизи
точки эквивалентности прибавляют по 0,1 или 0,05 мл и после
каждого прибавления измеряют э.д.с.
Измерение э.д.с., возникающей за счет разности потенциалов
между индикаторным электродом и электродом сравнения,
осуществляется с помощью высокоомных потенциометров (рН-метров).
Величина э.д.с. особенно сильно изменяется вблизи точки
эквивалентности, абсолютное значение отношения изменения э.д.с.
("ДЕЛЬТА"Е) к приращению объема прибавляемого титранта ("ДЕЛЬТА"V)
в этой точке будет максимальным.
Результаты титрования могут быть представлены графически, а
полученная кривая использована для определения точки
эквивалентности методом касательных, как показано на рис. 10 <*>.
--------------------------------
<*> Рис. 10. Кривая потенциометрического титрования.
V, экв - эквивалентный объем титранта; V, мл - объем титранта в
миллилитрах. На оси ординат - электродвижущая сила (мВ); на оси
абсцисс - объем титранта (мл). (Рисунок не приводится).
Точка эквивалентности может быть также определена расчетным
"ДЕЛЬТА"Е
путем по максимальному значению --------- и соответственно
"ДЕЛЬТА"V
- "ДЕЛЬТА"Е ¬
"ДЕЛЬТА" ¦ --------- ¦, как указано в табл. 1 и формуле расчета.
L "ДЕЛЬТА"V -
Эквивалентный объем титранта (Vэкв) вычисляют по формуле:
AV1
Vэкв = V1 + (V2 - V1) ---------,
AV1 - AV2
где V1 - объем титранта, соответствующий последнему
положительному (отрицательному) значению величины AV; V2 - объем
титранта, соответствующий первому отрицательному (положительному)
значению величины AV.
Таблица 1
-----T---------T-----T---------T---------T-----------------------¬
¦ V, ¦"ДЕЛЬТА"V¦ Е ¦"ДЕЛЬТА"Е¦"ДЕЛЬТА"Е¦ -"ДЕЛЬТА"Е¬ ¦
¦ мл ¦ ¦ мВ ¦ ¦---------¦"ДЕЛЬТА"¦---------¦= АV¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦"ДЕЛЬТА"V¦ L"ДЕЛЬТА"V- ¦
+----+---------+-----+---------+---------+-----------------------+
¦5,00¦ ¦ 250 ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ 0,1 ¦ ¦ 13 ¦ 130 ¦ ¦
¦5,10¦ ¦ 263 ¦ ¦ ¦ + 150 ¦
¦ ¦ 0,1 ¦ ¦ 28 ¦ 280 ¦ ¦
¦5,20¦ ¦ 291 ¦ ¦ ¦ + 720 ¦
¦ ¦ 0,1 ¦ ¦ 100 ¦ 1000 ¦ ¦
¦5,30¦ ¦ 391 ¦ ¦ ¦ - 450 ¦
¦ ¦ 0,1 ¦ ¦ 55 ¦ 550 ¦ ¦
¦5,40¦ ¦ 446 ¦ ¦ ¦ - 330 ¦
¦ ¦ 0,1 ¦ ¦ 22 ¦ 220 ¦ ¦
¦5,50¦ ¦ 468 ¦ ¦ ¦ - 120 ¦
¦ ¦ 0,1 ¦ ¦ 10 ¦ 100 ¦ ¦
¦5,60¦ ¦ 478 ¦ ¦ ¦ ¦
L----+---------+-----+---------+---------+------------------------
Пример:
720
V = 5,20 + (5,30 - 5,20) ------------- = 5,26 мл.
экв 720 - (- 450)
Потенциометрическое титрование может быть использовано для
индикации точки эквивалентности при количественном определении
методами нейтрализации, осаждения, комплексообразования, окисления
- восстановления и т.п. При этом выбор электродной системы зависит
от типа аналитической реакции (табл. 2).
Метод потенциометрического титрования может быть применен также
в случае титрования окрашенных и мутных растворов.
Таблица 2
Характеристика электродных систем
различных методов титрования
---------------T------------T-----------T--------------------------¬
¦ Метод ¦Индикаторный¦ Электрод ¦ Примечание ¦
¦ титрования ¦ электрод ¦ сравнения ¦ ¦
+--------------+------------+-----------+--------------------------+
¦Кислотно - ¦Стеклянный ¦Каломельный¦Титрование кислот, ¦
¦основной ¦ ¦или хлор- ¦оснований и солей ¦
¦ ¦ ¦серебряный ¦ ¦
+--------------+------------+-----------+--------------------------+
¦Осаждения ¦Серебряный ¦Каломель- ¦Титрование галогенидов, ¦
¦ ¦ ¦ный, хлор-¦роданидов, цианидов и ¦
¦ ¦ ¦серебряный,¦сульфидов ¦
¦ ¦ ¦стеклянный ¦ ¦
+--------------+------------+-----------+--------------------------+
¦Комплексоно - ¦Ртутный, ¦Каломель- ¦Титрование различных ¦
¦метрический ¦ион - ¦ный, хлор-¦катионов, металлов ¦
¦ ¦селективные ¦серебряный,¦ 2+ 2+ 3+ 3+ ¦
¦ ¦ ¦стеклянный ¦(Mg , Са , Аl , Bi ) ¦
+--------------+------------+-----------+--------------------------+
¦Окислительно -¦Платиновый ¦Каломель- ¦Титрование восстановителей¦
¦восстановите- ¦ ¦ный, хлор-¦броматом, бихроматом, ¦
¦льный ¦ ¦серебряный,¦перманганатом, йодом и ¦
¦ ¦ ¦стеклянный ¦церием (IV) ¦
¦ ¦ ¦ ¦Титрование окислителей ¦
¦ ¦ ¦ ¦арсенитом, тиосульфатом и ¦
¦ ¦ ¦ ¦нитритом ¦
L--------------+------------+-----------+---------------------------
Амперометрическое титрование
с двумя индикаторными электродами
(метод титрования "до полного прекращения тока")
|
