毛細(xì)滴管數(shù)滴法測(cè)定水中硫酸根含量

1、第23卷第2期大學(xué)化學(xué)2008年4月毛細(xì)滴管數(shù)滴法測(cè)定水中硫酸根含量沈文聞(百色學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系廣西百色533000數(shù)滴分析,其主要儀器外形小巧、便于攜帶,滴定快速、準(zhǔn)確,試劑消耗量約為常量法的5%,滴定劑用量約為50200滴。該法的優(yōu)點(diǎn)是儀器攜帶方便,適用于水中硫酸根離子含量的室外快速分析。硫酸根離子廣泛存在于天然水中,水中硫酸鹽含量是進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)、顯示某種水文地球化學(xué)含量十分必要,是水質(zhì)常規(guī)分析中的重要項(xiàng)目特征和影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo),測(cè)定水中S O2-4之一1。水中硫酸根離子的測(cè)定方法很多,有重量法、鉻酸鋇比色法、比濁法、離子色譜法、E DT A 容量法等。重量法比較準(zhǔn)確,但手續(xù)繁雜

2、,只適用于測(cè)定硫酸鹽含量為10mg/L以上的水樣;硫酸鋇比色法可用于測(cè)定5200mg/L硫酸鹽的清潔水樣;比濁法適用于硫酸鹽含量在40mg/L以下的水樣,但要求嚴(yán)格控制操作條件;離子色譜法可同時(shí)連續(xù)測(cè)定其他陰離子(如NO-,NO-2,Cl-,3B r-等,但儀器設(shè)備昂貴12。E DT A容量法測(cè)定時(shí)間較短,但滴定終點(diǎn)顏色變化不明顯。本文根據(jù)E DT A容量法原理,設(shè)計(jì)用毛細(xì)滴管數(shù)滴微型滴定法對(duì)天然水中硫酸根離子進(jìn)行測(cè)定,所用儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便,試劑用量少、成本低,實(shí)驗(yàn)表明,本文設(shè)計(jì)的方法終點(diǎn)明顯、易觀察,實(shí)際測(cè)定結(jié)果與重量法相當(dāng),值得在實(shí)驗(yàn)教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)踐中推廣運(yùn)用。1實(shí)驗(yàn)部分1.1方法原理

3、先用過量氯化鋇將溶液中的硫酸根沉淀完全,為防止產(chǎn)生碳酸鋇沉淀,可先對(duì)待測(cè)水樣進(jìn)行處理(將待測(cè)液酸化,同時(shí)加熱至沸5m in以除去二氧化碳。用空白標(biāo)定(過程1, EDT A滴定用量(滴數(shù)為n1求得加入鋇的量,再用E DT A法滴定待測(cè)液中原有的鈣鎂量(過,過量的鋇連同待測(cè)液中原有的鈣鎂,用EDT A標(biāo)準(zhǔn)液滴定程2,E DT A滴定用量(滴數(shù)為n2。為使終點(diǎn)明顯,在pH10時(shí)添加指示劑(鉻黑T, (過程3,E DT A滴定用量(滴數(shù)為n3并加入5mL Mg2EDT A溶液,從加入的鋇中減去沉淀硫酸根后的剩余鋇鎂,即為沉淀硫酸根所用的鋇,從而求得待測(cè)液中硫酸根的含量。1.2儀器和試劑AE240型電子

4、天平(上海梅特勒2托利多儀器有限公司,自制聚乙烯毛細(xì)滴管,A級(jí)定量分析玻璃儀器等。本方法所用試劑和水均使用分析純?cè)噭┖驼麴s水。EDT A標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.0106mol/L:用0.0100mol/L鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定3;BaCl2溶液(0.0110mol/L:用0.0106mol/L EDT A標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定3;鉻黑T溶液(0.2%:稱取0.2g鉻黑T和2g鹽酸羥胺,溶于無水乙醇中,用無水乙醇稀釋至100mL,貯于棕色瓶?jī)?nèi);氨緩沖溶液(pH10:稱取20g氯化銨,以無二氧化碳水溶解,加入100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%氨水,用水稀釋至1L;乙二胺四乙酸二鈉鎂(Mg2E DT A溶液(0.04mol/L:稱取1

5、7.2g乙二胺四乙酸二鈉鎂(四水鹽,溶于1L無二氧化碳水中;鹽酸溶液(0.01mol/L;三乙醇胺(200g/L;Na2S溶液(20g/L;無水乙醇。1.3測(cè)定方法1.3.1滴管液滴體積的測(cè)定將自制毛細(xì)滴管吸滿蒸餾水,擦干表面水份后倒放在干燥的小燒杯里,一起放到電子天平中稱量。戴手套,取出滴管,逐滴滴出100滴水后再次稱量,差值即為100滴水的質(zhì)量。根據(jù)水溫及水的密度計(jì)算滴管的液滴體積V液滴(mL。1.3.2硫酸根離子測(cè)定1.3.2.1空白實(shí)驗(yàn)空白實(shí)驗(yàn)即測(cè)定一定體積BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液需要E DT A標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴數(shù)。準(zhǔn)確移取20.00 mL蒸餾水于150mL三角燒瓶中,加入1.00mL BaCl

6、2溶液,再加入10mL無水乙醇(攪拌片刻、5mL Mg2E DT A溶液、5mL氨性緩沖溶液、4滴鉻黑T指示劑,用E DT A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)榱了{(lán)色。記錄滴定消耗的E DT A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴數(shù)n1。1.3.2.2測(cè)定水樣中鈣離子和鎂離子消耗ED TA標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴數(shù)準(zhǔn)確移取20.00mL已處理水樣于150mL三角燒瓶中,依次加入1mL三乙醇胺、5滴Na2S 溶液、5mL Mg2E DT A溶液、5mL氨性緩沖溶液、4滴鉻黑T指示劑,用EDT A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)榱了{(lán)色。記錄滴定消耗的E DT A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴數(shù)n2。1.3.2.3測(cè)定水樣中過量鋇離子和鈣鎂離子總量消耗ED TA

7、標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴數(shù)準(zhǔn)確移取20.00mL水樣于150mL三角燒瓶中,加1滴0.01mol/L鹽酸溶液(pH約等于5,加熱沸騰5m in除去二氧化碳,然后依次加入10mL無水乙醇、1mL BaCl2溶液(過量,攪拌片刻,觀察略有白色渾濁為正常(如果渾濁偏重應(yīng)減少樣品溶液的吸取量,然后依次加入1mL三乙醇胺、5滴Na2S溶液、5mL Mg2E DT A溶液、5mL氨性緩沖溶液、4滴鉻黑T指示劑,立即用E DT A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)榱了{(lán)色。記錄滴定消耗的E DT A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴數(shù)n3。根據(jù)滴定的液滴數(shù),按下式計(jì)算溶液中硫酸根離子濃度。c(S O2-4=(1000(n1+n2-n3V液滴

8、5;c(EDT A/V(1(1式中c(S O2-4為所取待測(cè)液中S O2-4的物質(zhì)的量濃度(mmol/L;c(EDT A為E DT A標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(mol/L;n1為BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗EDT A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴數(shù);n2為試樣中Ca2+、Mg2+消耗EDT A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴數(shù);n3為測(cè)定試樣消耗的E DT A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴數(shù);V液滴為毛細(xì)滴管液滴體積(mL;V為試樣體積(mL。2結(jié)果討論2.1滴定液滴數(shù)理論上看,滴定液滴數(shù)n越大,相對(duì)誤差就越小。但實(shí)驗(yàn)表明4,當(dāng)n100,對(duì)誤差的影響很有限,而操作人員卻必須長(zhǎng)時(shí)間保持高度的注意力,不能有絲毫松懈,否則就會(huì)發(fā)生數(shù)滴錯(cuò)誤。綜合各因素的影響,以n=50200為宜

9、,這樣可使理論誤差控制在2.0%以內(nèi)。既能保證較高的準(zhǔn)確度,又符合快速測(cè)定的要求。2.2滴管材料滴管材料有普通玻璃滴管、醫(yī)用一次性注射器不銹鋼針頭和微型實(shí)驗(yàn)用聚乙烯塑料多用滴管3種。玻璃滴管在保管和使用時(shí)管尖極易折斷,不銹鋼針頭制作的滴管由于無法看見針尖是否混入氣泡而會(huì)影響滴定液滴的均勻性,因此都不適用于本法。塑料滴管既透明,又不易折斷,是本法的首選。這種毛細(xì)滴管的制作也很方便,只要將塑料滴管放在普通酒精燈焰上稍加熱即可拉制,其中的毛細(xì)管部分往往很細(xì)長(zhǎng),即使插入水樣瓶45c m深處,也不會(huì)導(dǎo)致水樣從瓶中溢出,加上其管身帶有體積刻度,因此還可將它用于容量瓶的定容操作中,效果優(yōu)于移液管、滴管等其他

10、器皿。2.3液滴體積的均一性越大,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差就越大,說明滴管口徑越表1顯示,對(duì)同一材料的滴管,液滴體積V液滴太小(如0.005mL,必然增大滴定操作的難度。經(jīng)過反復(fù)試小,液滴的均一性越好;但若V液滴驗(yàn)和比較,以V=0.010.02mL為宜。液滴表1液滴體積的測(cè)定(20,n=10滴管編號(hào)V液滴/mL相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差2.4溫度對(duì)液滴體積的影響通過實(shí)驗(yàn)考查了溫度對(duì)毛細(xì)滴管液滴體積的影響。當(dāng)溫度為10、20和30時(shí),2號(hào)滴管的液滴體積6次重復(fù)測(cè)定的平均值依次為0.02061、0.02065、0.02087mL,相對(duì)極差為: (0.02087-0.02061×100%÷0.02065=

11、1.26%。由于相對(duì)極差較小,故通常條件下可以不考慮溫度的影響,但在不同季節(jié)最好分別核定滴管的液滴體積。2.5樣品分析用本文方法對(duì)幾種水樣進(jìn)行測(cè)定,并與重量法進(jìn)行比較,結(jié)果見表2。本文方法的不足是液滴的計(jì)數(shù)較為麻煩,需要操作人員注意力高度集中,不能有絲毫松懈,否則就容易發(fā)生數(shù)滴錯(cuò)誤。若能配備一個(gè)自動(dòng)液滴計(jì)數(shù)器,則可提高方法的通用性。表2數(shù)滴法與常量法測(cè)定結(jié)果對(duì)比(n=4樣品編號(hào)測(cè)定方法c(S O2-4/mmolL-1注:c(S O2-為S O2-4的測(cè)定平均值。(下轉(zhuǎn)第52頁4CB r對(duì)稱伸縮振動(dòng);另外,指紋區(qū)出現(xiàn)單鍵伸縮和各種彎曲振動(dòng),與該化合物的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜譜圖吻合。產(chǎn)品的質(zhì)譜譜圖表明:質(zhì)

12、荷比最大的離子是m/z171,符合氮規(guī)則,同位素豐度的m/z135和m/z137也符合溴的同位素離子峰,強(qiáng)度比接近1:1,將其與溴硝醇的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜譜圖對(duì)照,產(chǎn)品的主要分子碎片、中性碎片均對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)譜圖的主要碎片。6結(jié)論使用多聚甲醛為原料,用一鍋法(先羥甲基化后溴化合成溴硝醇,羥甲基化反應(yīng)生成的中間產(chǎn)物不需要分離,可以直接進(jìn)行第二步溴化反應(yīng),操作簡(jiǎn)便;并且可以根據(jù)反應(yīng)液的顏色變化確定溴滴加的終點(diǎn),即反應(yīng)終點(diǎn),可避免溴加入過量。以40%Na OH或K OH為堿液,在-50進(jìn)行羥甲基化反應(yīng),時(shí)間1.5h;溴化反應(yīng)溫度控制在15以下,反應(yīng)1.0h;反應(yīng)終點(diǎn)溶液的pH控制在56之間為最佳。參考文獻(xiàn)1朱玉清.

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