книги из ГПНТБ / Алимарин, И. П. Качественный и количественный ультрамикрохимический анализ

меньшие количества

элемента, чем в случае

потенциометричес-

кого

окончания.

Определение проводят в ячейке б с внутренним

генерирова­

нием

титранта

(рис. 115). Поверхность платиновых

электродов

(1—3)

тщательно

подготавливают

к работе

(см. ч. IV, гл. 2,

§ 3) . Рабочий

раствор — 7 - Ю - 3

М по K 3 [ F e ( C N ) 6 ] ,

0,5

М по

( N H 4 ) 2 S 0 4 ,

имеющий р Н = 4н-5,

должен

быть

свежеприготов­

ленным. Его готовят разбавлением 0,2 М раствора

Кз[Гч , е(СЫ)б]

до 1,4- Ю - 2 М и смешивают затем с 1 М раствором

(NH4)oS04 в

соотношении

1:1 .

Анодное пространство ячейки заполняют 0,5 М

раствором

(NH.i)2 S04;

катодное — 3—4 мкл

рабочего

раствора

и

отмерен­

ным объемом (0,05—0,08 мкл) анализируемого раствора

соли

цинка, после чего вводят сюда два индикаторных

электрода 3

(рис. 115) и генераторный электрод 1. В анодное

пространство

вводят вспомогательный электрод

генераторной

цепи. П о д а в на

индикаторные электроды напряжение 0,25—0,30 В,

з а м ы к а ю т

индикаторную

цепь

(см. рис. 115, в) . После

этого

периодически

з а м ы к а я

ключом

К

(положение К.')

цепь

генерации

а

на

опре­

деленные интервалы времени (для генерации титранта,

которую

проводят

при

токе

3—4 мкА) записывают

показания

микро­

Вычисленные

по формуле

(27)

результаты

определения при­

ведены ниже:

Масса Z n 2 + , нг

р

о/

М е т о д

Число

индикации

ь ОТН'

<°

взято

найдено

при а =

0,95

о п р е д е л е н и й

точки

эквивалентности

52,3

52,6

±2,67

10

Прямой

8,02

8,20

±3,17

5

Непрямой

4,28

4,33

±5,13

6

»

2,64

2,61

±5,00

7

»

Если кривые

титрования

имеют нечеткий

характер (что мо­

твор

анализируемую пробу и регистрируют падение индикатор­

ного

тока до некоторой величины, остающейся какое-то в р е м я ,

ство заполняют

0,5 М раствором ( N H 4 ) 2 S 0 4

и вводят в

раствор

вспомогательный

электрод

генераторной

цепи. Приведя генера­

торный электрод в вибрирующее состояние и замкнув

затем

на

определенное

время

цепь

генерации,

при

токе 1 —1,5

мкА

электролитически получают достаточный

(по отношению

к пробе,

которая

будет

впоследствии

добавлена)

избыток гексацнанофер -

р а т а ( П ) .

Прерывают

генерирование и,

не п р е к р а щ а я

вибрации

остается постоянным в течение 1—2

мин. Затем

по кривой

инди­

каторный ток ( 7 ) — в р е м я (т)

находят значение тт, отвечающее

этому току. Время т, соответствующее точке

эквивалентности,

вычисляют как разность между продолжительностью

генериро­

вания

избытка титранта (тГеы)

и временем, найденным по кривой

I — т

( T I ) . Вводя в формулу

(27)

значение

т

и величину

тока

генерации ( / ) , рассчитывают

оттитрованные

непрямым

методом

количества цинка (см. т а б л . ) .

рованном серебряном катоде в ячейке с внутренней

генерацией

(см. рис. 115).

Вспомогательным электродом в ячейке д л я ге­

нерации

титранта является

платиновый^электрод. Индикаторны ­

ми

электродами,

как и

генераторными,~служат

а м а л ь г а м и р о в а н ­

ные

серебряные

проволоки

(диаметр

0,1—0,2

м м ) .

Электроды

готовят

перед к а ж д ы м

титрованием,

погружая

серебряные про­

волоки в ртуть. Полученные

таким

образом

а м а л ь г а м и р о в а н н ы е

электроды

промывают

последовательно 1 н HNO3, водой, 0,05 М

раствором

Э Д Т А и вновь водой.

Рабочий раствор д л я генерации представляет собой смесь

равных

объемов

раствора ртутной

соли Э Д Т У

и 0,5

М

раствора

ацетата

натрия.

Раствор ртутной соли

Э Д Т У

готовят, как описа­

но выше

(см. ч.

IV, гл. 2, §

3). З а п о л н я ю т катодную

часть мик-

роячейкн

(рис.

115,6)

3—4

мкл

рабочего

раствора .

Анодное

простран

ство заполняют

0,25

М

раствором

ацетата

натрия

(рН = 5

ч - б ) . В катодную

часть

вводят генераторный

электрод

/ и индикаторную пару электродов

3; в анодное

пространство —

ния

избыточных

ионов

H g 2 +

рабочего

раствора.

Генераторный

электрод

1 при этом одновременно используют

в качестве

вибра­

ционной мешалки . В отмечаемые интервалы генерации

титранта

записывают силу тока (/') индикаторной цепи

(рис. 115, о) . За ­

тем

индикаторные

электроды 3 выводят и с помощью

микробю­

ретки при перемешивании добавляют

стандартный

раствор соли

цинка. Вновь вводят индикаторные

электроды,

подают на них

то ж е н а п р я ж е н и е

(0,2—0,3 В) . Генерируют титрант теперь для

оттитровывания

ионов цинка

и в к а ж д ы й

период генерации

запи­

сывают

показания

микроамперметра

(/")

индикаторной

цепи

(см. рис. 115, в).

Окончив

титрования

избыточных

ионов

H g 2 +

и

определяемых

ионов Z n 2 + ,

строят

первую и вторую кривые в координатах: со­

ответствующий

индикаторный ток

(/ '

или / " ) — время

генери­

рования

титранта.

И з

этих'

кривых

находят

время (т),

затра ­

ления цинка. Это время является разностью

между

всем време­

нем генерирования (точка эквивалентности

второй

кривой) и

ных ионов H g 2 +

(точка эквивалентности первой

кривой) .

Результаты

в (мкг) вычисляют по формуле

£ 2 п = 0 , 3 3 8 / т - 1 0 _ 3

(30)

Определяют описанным методом десятые и сотые доли

ми­

крограмма цинка.

Результаты

этих определений

зависят

от рН

рабочего

рас­

твора;

интервал

р Н = 5-^6 — оптимальный.

При

титровании в

более

кислой

среде- (рН =

3) получаются

сильно

заниженные

результаты, в

нейтральной

среде

(рН = 7) — плохо

воспроизво­

димые.

Г л а в а

3

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Известно,

что фотометрические

методы

наряду

с достаточ­

нически | 8 7 , 1 8 8 . Условия

ультрамикроэксперимента благоприятны

для определений по

окраске: количество фотометрируемого

вещества уменьшается

пропорционально объему, в то время как

оптическая плотность

понижается

пропорционально

толщине

слоя раствора, т. е. значительно медленнее.

Поэтому,

работая

с капиллярными кюветами, можно

снизить

предельно

опреде­

ской трубки. В простейшем

случае — это отрезки

капиллярных

трубок различного диаметра, длины и, соответственно,

емкости

(сотни,

десятки

и

единицы

м к л ) .

Наиболее

подходящим

материа­

лом для таких кювет является

стекло,

поскольку

оно

хорошо

смачивается водными растворами,

что обеспечивает надежное и ка­

чественное (без пузырьков возду­

ха) заполнение

кюветы.

Такие

Рис. 116. Капиллярная

кювета из

кюветы

с

торцов

з а к р ы в а ю т

по-

фторопласта:

ЛИрОВаННЫМИ

СТеКЛЯННЫМИ

ИЛИ

/ - в т у л к а ;

2 — к а н а л ы .

кварцевыми

пластинками,

кото­

ными

силами

тонкого

слоя растекшегося

по

торцу

раствора .

К л а д у т

и снимают пластинки

пинцетом,

ни

в

коем

случае не

руками. Д л я

того чтобы

снять

пластинку, ее

надо сначала сдви­

этом надо следить, чтобы пинцет не коснулся раствора .

Л у ч ш е

использовать вместо пинцета стеклянный

з а ж и м 1 9 °.

У д е р ж и в а я

в этом з а ж и м е

снятую

пластинку, можно

промыть

ее

любым

раствором.

К а п и л л я р н ы е

кюветы,

изготовляемые

из

пластмассы,

менее

пиллярная кювета из фторопласта 2 3 показана на

рис. 1.16. В ее-

торцы ввинчены втулки / с отверстиями-окнами,

изготовленные

пиллярные

кюветы

раствором

следующим

о б р а з о м 1 9 1 . Толсто­

стенный

капилляр /,

с диаметром точно равным диаметру

кюве­

ты с одной стороны шлифуют, а с другой

оттягивают в тонкий кончик, длина

которо­

го зависит от глубины сосуда,

содержащего

анализируемый

раствор.

П р у ж и н к а м и

ка­

m

пилляр

плотно

прижимают к кювете 2 сни­

зу. Сверху через стеклянную насадку 3 та­

ким

ж е

способом

присоединяют

к

кювете

пневматическое устройство 4, состоящее из

резинового

баллона

и.

микрометрического

винта. При заполнении кювету

з а ж и м а ю т в

штативе с рейкой и засасывают раствор до

тех

пор,

пока

он

не

появится

в

насадке

3.

З а т е м отнимают капилляр /, выдавливают

немного раствора, после чего, повернув кю­

вету нижним торцом вверх, кладут на него

полированную

пластинку. П р и д а в

затем

кю­

вете

первоначальное

положение,

снимают

насадку и пневматическое устройство и за­

крывают второй пластинкой другой торец

кюветы. При работе с кислыми и нейтраль­

ными

растворами

пластинки и торцы

кювет

м о ж н о гидрофобизировать раствором хлор-

Рис.

117.

Капилляр­

силана.. Тогда

капля

раствора,

выдавливае ­

м а я

из

кюветы

для образования

капилляр ­

ная

кювета

из стек­

ного затвора, не растекается, и поэтому из­

ла

(а)

с

приспособ­

лением

для

ее запол­

быточный (сверх необходимого для запол ­

нения

(б):

нения

и

проведения

измерения)

объем рас­

1 — капилляр с

оттянутый

твора оказывается невелик. Однако, оче­

кончиком;

2—кювета;

3 — стеклянная

насадка;

видно, что

для

такого

способа

заполнения

4—пневматическое

уст­

кювет

необходимо

располагать

заметным

ройство.

избытком

(по

сравнению

с

собственным

заполнить им

кроме

кюветы

еще и

вспомогательные

части

) и

3 (см. рис.

117).

Описанный прием заполнения пригоден лишь для капилляр ­

ных

кювет

сравнительно

большой

емкости

(десятки

и сотни

м к л ) , используемых

при

работе на

обычных

приборах.

Кюветы

ж е емкостью несколько

мкл,

применяемые в

условиях

фотомет-

рирования

на

предметном

столике

микроскопа

(приборы

на

основе микроскопа)

могут

быть заполнены

раствором

только с

помощью поршневой

микропипетки

(см. ч. I I , гл. 1, §

2).

П р и работе под

м и к р о с к о п о м 5 1

используют

как

вертикаль­

ные,

т а к и

горизонтальные

капиллярные

кюветы

(рис.

118).

целиком

гидрофобизируют во

избе­

ж а н и е растекания

раствора

и

для

уменьшения

скорости

его испарения.

Ж 1

_

'

Раствором

заполняют

к а ж д ы й

раз

один

и тот ж е

участок

кюветы

от за­

крытого ее торца так, чтобы мениск

раствора выходил за поле зрения

микроскопа. Емкость таких кювет

5—10

мкл.

Вертикальные и

горизонтальные

Рис. 118. Капиллярные кюветы:

капиллярные

кюветы

перед

поме­

а — вертикальные;

б—горизонталь­

щением

на

предметный

столик

мик­

ная.

роскопа

приклеивают

на

полирован­

очень

слабого светового потока. Поэтому в стандартном при­

боре

нужен усилитель света — фотоумножительная трубка -с р е ­

использован

для

анализа

растворов при работе в

кюветах

емкостью

20

мкл

и менее

на спектрофотометре Бекмана 1 9 ° . Этот

прибор,

а т а к ж е

аналогичный спектрофотометр СФ-4

удобны

кроме

того,

легко заменять

д е р ж а т е л ь кювет. Д л я

установки

малых кювег в

стандартных

приборах изготовляют

специальные

держатели и используют соответствующие приемы.

Значительная

часть

работ

в

области ультрамикрофотометрии

и

посвящена

ке источника

света. М е ж д у

источником света и капиллярной кю­

ветой помещают д и а ф р а г м у

(из картона или жести), чтобы свет,

падающий на

фотоэлемент,

проходил только через кювету (а не

н ад ней

или

под ней) .

Затем

следует

правильно

расположить

д е р ж а т е л ь с

кюветами

по отношению

к световому

потоку. Д е р ­

ж а т е л ь

должен перемещаться

в вертикальном и

горизонталь­

кюветы так, чтобы свет

освещал входные отверстия

обеих кювет

одинаково.

Юстировку проводят

с

кюветами, имеющими

минимальный

диаметр, в этом случае

для

других кювет повторять юстировку

направлении

одну

из кювет, добиваясь

максимальной

интенсив­

ности прошедшего

через нее; светового

потока. З а т е м

помещают

на пути

светового

потока

другую

кювету

и

устанавливают

ее

т а к ж е .

Д л я

правильной

установки

кювет

в

вертикальном

на­

светового потока; входное отверстие кюветы должно

находиться

против

отверстия

д и а ф р а г м ы . З а т е м , открыв затвор

фотоэлемен­

та, берут отсчет

д л я

одной

из

кювет. П о м е щ а ю т на

пути свето­

вого потока вторую

кювету

и т а к ж е берут отсчет. Установка счи­

тается

законченной, если интенсивность потоков д л я

обеих кювет

при их

перестановке

остается

одинаковой.

пиллярных кюветах (емкостью несколько микролитров)

могут

быть использованы микрофотометры на основе микроскопа.

Простейшим из микроколориметров является прибор

Сомо-

гия 1 9 4 - 1 9 5 . В нем микроскоп скомбинирован

с оптическим

при­

способлением, которое позволяет свести световые потоки

при

по­

мощи призм в поле зрения . Схема прибора

показана на

рис.

119.

Световой поток фокусируют конденсором от микроскопа,

после

чего свет проходит через ирисовую д и а ф р а г м у и оптический

клин

и при помощи призм попадает в поле зрения.

Освещенность

обеих половин поля зрения устанавливают, варьируя

положение

оптического

клина.

Интересен

микрофотоколориметр конструкции

Хольтера —

М а л ь м с т р о м а 1

9 6 ' 1 9 7 (рис.

120). В качестве источника света в

приборе использована обычная микролампа 1 со

стабилизато ­

ром

н а п р я ж е н и я . ' С в е т о в о й

поток проходит через

систему

линз

2,

падает

на

серебряную

поверхность призмы

3,

отражаясь.

от которой попадает (через конденсор

4 и

капиллярную кю­

вету с раствором на предметном столике микроскопа 5)

в

объек­

тив 6. Устройство 7 является фотонасадкой с системой

призм,

окуляром

10 X

и

боковым тубусом

для

наблюдения.

Наверху

укреплена

часть

8

с3 фотоэлементом

и фильтром.

Фотоэлемент

присоединяется к гальванометру с выключателем в части 7.

Поместив на

предметный столик

микроскопа

капиллярную

кювету, заполненную растворителем,

удаляют

с пути

светового

Рис. 119. Схема ми-

Рис. 120. Общая

схема

микроколориметра Холь-

кроколориметра Со-

тера — Мальмстрома:

МОГИЯ.

/ — микролампа;

2 — с и с т е м а линз;

3 — п р и з м а ; 4—конденсор;

5 — предметный

столик;

6—объектив

микроскопа;

7 — ф о т о -

насадка;

S—фотоэлемент.

потока подвижную

призму в фотонасадке

7,

открывают

затвор

метра

при

том ж е световом

потоке. По

полученным данным

строят

калибровочный график, после чего

проводят необходимое

измерение

с

анализируемым

раствором.

Н а д е ж е н

в работе,

прост

и компактен

микрофотоколориметр

на основе

микроскопа

с вмонтированной

настраиваемой осве­

показаниях регистрирующего

прибора. Использованный в при­

боре микроскоп типа М И Н - 8

,

кроме

того,

имеет жестко

укреп­

ленный тубусодержатель, что

в а ж н о

для

размещения

на нем

Рис. 121. Микроскоп-фотометр

с фотоэлементом:

/ — ф о т о э л е м е н т ;

2 — гальванометр;

3 — микромашщулятор.

Фототок регистрируется

гальванометром

2 с теневой стрелкой

(цена деления 1 , 5 - Ю - 8

А ) . Постоянство

светового потока, па­

феррорезонансного

стабилиза­

тора.

Воспроизводимость

ре­

зультатов

определения,

полу­

чаемых при постоянном свето­

вом потоке, зависит от точно­

сти установки

капиллярной

кюветы

в

поле зрения

микро­

скопа.

Н а д е ж н ы е

результаты

Рис.

122.

Схема

включения

фото­

можно

получить

только

при

сопротивления.

работе

с кюветой,

находящей­

ся в одном и том

ж е

положе­

нии

д л я

данной

серии определений. О д н а ж д ы установленную в

поле зрения кювету последовательно заполняют серией

раство­

ров с помощью микропипетки, укрепленной в манипуляторе

(см.

рис.

121).

Р а б о т а т ь следует при

таком

увеличении

микроскопа,

когда

сечение отверстия кюветы

занимает все поле зрения

микроскопа.

I

I I |

| | '

I—1—I—•—I—|—1—1—

0.8

2,1. Ь,0 5,8

7,2 8.8 ЮЛ

'

2 J

U

5

с.мкг/пл

Рис. 123. Калибровочные

графики

при работе

с

фотосопротивлением:

а — о п р е д е л е н и е M g 2 +

по реакции с 8-оксихннолином (^.=660 им, V = 8 мкл, ш=0',006 мкг):

б — определение F e " ' по реакции с роданидом

{Х=470

им, а = 8 м к л , т = 0,008 мкг).

ламповым

вольтметром

А4-М2. Соответствующая

ч

схема

представлена

на ; — • ( J-

рис.

122.

Источник

Наиболее

подходящим

с 0 т а

является

фотосопротивле­

ние

ФС-К1 с высокой аб­

солютной

чувствитель­

ностью. При его исполь­

зовании, работая с крас­

Ms

ным

(X — 660

нм)

и си- (Т )

ним

(Я = 470

нм)

фильт- рмг

5хобш-

рами,

получают

четкие

окуляр

данные (рис. 123). Свето­

фильтры

в

микроскопе

Рис.

124. Оптическая

схема

микроскопа-

М И Н - 8 располагают

на

пути света вместо удаляе ­

спектрофотометра.

мого анализатора . Требо­

вание к кюветам и условия их использования

те же , что и при

работе на микроскопе-фотометре с фотоэлементом.

Д л я фотометрического

анализа в капиллярных

кюветах ма­

лого

объема

предложен

т а к ж е

микроскоп - спектрофотометр , 9 8 ,

сконструированный

на

основе

микроколориметра

Хольтера —

Мальмстрома . Принцип

работы

этого прибора

состоит в том, что

очень

узкий

поток

монохроматического света

(диаметр 0,4 мм)

проходит через капиллярную кювету, воспринимается

фотоумно­

жителем,

после чего измеряется

его интенсивность.

Оптическая