اندازه گیری آهن

مقدمه :

نحوه کار با دستگاه اسپکتروفوتومتر

بطور کلی هر روش یا دستگاهی که بررسی برهمکنش نور با ماده بپردازد به روشهای اسپکتروسکوپی یا طیف سنجی مربوط می شود.

روشهای اسپکتروفوتومتری بسیار وسیع هستند که در هر تکنیک به بررسی برهم کنش یک بخش از نور یا امواج الکترومغناطیس با ماده پرداخته می شود.

اما برای استفاده از تکنیک اسپکتروفوتومتری مانند طیف سنجی ماورای بنفش – مرئی ، برای اندازه گیری کمی باید در ابتدا یک منحنی کالیبراسیون رسم گردد. به عنوان مثال چنانچه بخواهیم از اسپکتروسکوپی ماورای بنفش – مرئی برای اندازه گیری غلظت یک یون مجهول مثلاً یون آهن 3 استفاده کنیم باید در ابتدا چند محلول کاملاً معلوم از این یون تهیه شود و منحنی غلظت بر حسب میزان جذب برای این یون رسم گردد. این منحنی کالیبراسیون نام دارد.

سپس با اندازه گیری میزان جذب نمونه ی مجهول و بر اساس منحنی کالیبراسیون می توان به غلظت نمونه ی مجهول دست یافت.

۱الف) واکنش فلزها و از جمله آهن با سولفوریک اسید رقیق و غلیظ متفاوت است. آهن با سولفوریک اسید رقیق گاز هیدروژن تولید می‌کند در حالی که در واکنش با سولفوریک اسید غلیظ گاز SO₂ تولید می‌کند:

واکنش آهن با اسید رقیق:

2 Fe + H₂SO₄ --> H₂ + Fe₂SO₄

واکنش آهن با اسید غلیظ:

 Fe + H₂SO₄ + 2 H⁺ --> Fe²⁺ + SO₂ + 2 H₂O

الف) هر نمکی می‌تواند اسید هم خانواده خود را جذب نماید. برای نمونه سولفاتها می‌توانند سولفوریک اسید را جذب کنند، کلریدها هیدرو کلریک اسید را و...

الف) اسپکتروسکوپی فرابنفش-مرئی:

یک دستگاه اسپکتروفتومتر فرابنفش–مرئی شامل یک منبع نوری، یک تکفام‌ساز و یک آشکارساز است.

١) منبع نوری بیشتر یک لامپ دوتریم است که در ناحیه فرابنفش طیف الکترومغناطیسی تابش می‌کند. لامپ تنگستن، برای طولهای موجهای ناحیه مرئی از طیف الکترومغناطیسی به کار می‌رود.

٢) تکفام‌ساز یک شبکه پراش است و نقش آن، پخش کردن پرتو نوری به طول موجهای تشکیل‌شده از آن است. مجموعه‌ای از روزنه‌ها، طول موج مورد نظر را بر روی سلول نمونه متمرکز می‌سازند.

٣) آشکارساز: نوری که از درون سلول نمونه می‌گذرد، به آشکارساز می‌رسد و در آن جا شدت نور عبوری (I) ثبت می‌شود. آشکارساز، بیشتر یک لوله تکثیرکننده فوتون است، ولی در دستگاههای جدید از فتودیودها نیز استفاده می‌شود. در یک دستگاه دو پرتوی، نور ساطع‌شده از منبع نوری به دو پرتو تقسیم می‌شود: پرتو نمونه و پرتو شاهد. وقتی نمونه‌ای در مقابل پرتو شاهد نباشد، نور آشکار شده معادل شدت نور ورودی به نمونه است.(I₀)
سلول نمونه باید از ماده‌ای ساخته شده باشد که نسبت به تابش الکترومغناطیس به کار رفته، شفاف باشد. سلولهای به کار رفته برای ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیس، از جنس شیشه یا پلاستیک هستند. اما برای طیف‌گیری در ناحیه فرابنفش نمی‌توان از شیشه یا پلاستیک استفاده کرد، زیرا نور فرابنفش را جذب می‌کنند. در عوض، از سلولهایی از جنس کوارتز باید استفاده شود که تابش این ناحیه را جذب نمی‌کنند.

محدودیت دستگاه شرح داده شده:

دستگاهی که شرح آن رفت، فقط برای کار در یک طول موج مناسب است؛ اگر طیف جامعی مورد نظر باشد، به یک سیستم مکانیکی جهت چرخش تکفام‌ساز و پویش تمامی طول موجها نیاز خواهد بود. این نوع سیستم آهسته کار می‌کند و بنا بر این، زمان قابل توجهی برای ثبت یک طیف مورد نیاز است.

اسپکتروفتومترهای جدید

تغییر جدید در راستای بهبود کیفیت اسپکتروفتومترهای قدیمی، ساخت اسپکتروفتومترهای ردیف دیودی است. یک ردیف دیود، شامل مجموعه‌ای از آشکارسازهای فوتودیود است که در کنار یکدیگر بر روی یک بلور سیلیسیم قرار گرفته‌اند. هر دیود، برای ثبت نوار باریکی از طیف طراحی شده است. این دیودها به گونه‌ای به یکدیگر مربوط شده‌اند که سراسر طیف در یک زمان ثبت می‌شود.
این نوع آشکارساز هیچ قسمت متحرکی ندارد و می‌تواند طیفها را به‌ سرعت ثبت کند. افزون بر این، خروجی آن به یک رایانه داده می‌شود که می‌تواند به پردازش داده‌ها بپردازد. ولی از آنجایی که شمار فتودیودها محدودند، بنا بر این قدرت تفکیک اندکی کاهش می‌یابد.البته استفاده از روش طیف سنجی UV - vis هنگامی مفید است که نمونه رنگی باشد.روش اسپکتروسکوپی جذب اتمی (AAS) بر اندازه‌گیری جذب یک خط طیفی با استفاده از یک منبع تابشی – که خط تیزی نشر می‌کند - متکی است. هرچه خط نشری تولیدی باریکتر باشد برای اندازه‌گیری نمونه‌ها بهتر است. حتی تیزترین خط نشری که به وسیله‌ی یک اسپکترومتر نوین قابل تولید باشد دارای پهنای معینی می‌باشد.

اجزاء و قسمتهای مختلف دستگاه اسپکتروسکوپ

منبع نور :

معمولا لامپ نرنست  ( Nernst ) است که شامل میله ای است که مخلوط اکسید زیرکونیوم ( Zirconium ) ، ایتریوم( Yttrium )  و اربیوم ( Erbium )  می باشد و به کمک برق تا  oC 1500   ۫گرم می شود .

محل نمونه :

چون شیشه و کوارتز تقریبا همه طول موجهای ناحیه مادون قرمز را جذب می کنند ، از این رو نمی توانند به عنوان سل و یا به عنوان منشور دستگاه  IR  بکار روند. نمک های هالوژنه به این منظور بکار میروند و معمولا از کلرور سدیم به عنوان سل نمونه استفاده می شود ، که چون در آب حل می گردد ، اگر نمونه حاوی آب باشد ، از سل  AgCl و یا برخی از پلیمرها استفاده می گردد.

منو کروماتور :

باید از جنس نمکهای هالوژنه باشد.

دتکتور :

از نوع حرارتی و ترموکوپل است . میزان انرژی نورانی جذب شده متناسب با میزان حرارت ایجاد شده می باشد .

رکوردر ( ثبات ) :

طیف نمونه را رسم می کند.

هدف از انجام آزمایش :

اندازه گیری غلظت آهن موجود در نمونه مجهولی توسط دستگاه اسپکتروسکوپی

وسایل مورد نیاز برای انجام آزمایش : بالن – پی پت – ترازو – دستگاه اسپکتروسکوپی – پوآر

مواد مورد نیاز : تیوسیانات پتاسیم ، یون آهن ، اسید نیتریک ، آب مقطر

روش انجام آزمایش : ابتدا هریک از گروهها محلولهای مورد نیاز آزمایش یعنی محلول آهن با غلظت 10ppm و تیوسولفات پتاسیم M 1/0 و همچنین محلول اسید نیتریک با غلظت M 4 تهیه می کنیم سپس با توجه به جدول ارائه شده محلولها را به ترتیب داخل بالونها ریخته و آن را به حجم ml50 می رسانیم. باید توجه داشته باشیم که بعد از شستن بالن ها حتما آنها را با آب مقطر کر دهیم . همچنین قبل از استفاده از پی پت برای هرمحلول توجه داشته باشیم که پی پت را درون محلول دیگری وارد نکنیم. همچنین به دلیل اینکهاز 6 بالن استفاده می کنیم باید حتما روی هر بالن شماره آن را درج کنیم . بعد محلول شماره صفر را درون سل ریخته و بعد جذب آن راصفر می کنیم بعد محلول شماره یک را درون سل می ریزیم و جذب آن را اندازه می گیریم به همین ترتیب برای محلولهای دیگر نیز جذب را اندازه می گیریم به این ترتیب نموداری رسم نموده که درآن جذب برحسب غلظت است یعنی نموداری که در آن وابسته برحسب مستقل می باشد و در آن غلظت نمونه مجهول از روی نمودار بدست می آید.

انجام محاسبات :

تهیه محلول M4 اسیدنیتریک

از رابطه n₁v₁ = n₂v₂ استفاده می کنیم که در آن نرمالیته  به دلیل آن که ظرفیت اسید برابر 1 است برابر مولاریته می شود و همچنین نرمالیته اسید غلیظ از این رابطه بدست می آید

N = 10 ad/E

با جایگذاری در رابطه بالا باید حجم ml69/27 از اسید غلیظ را برداشته و درون بالن به حجم برسانیم.

برای تهیه M1/0 تیوسیاناتپتاسیم :

برای تهیه این محلول می توان به روش زیر عمل کرد .

باید مقدار gr97/0 از تیوسیانات سدیم را برداشته و درون بالن ریخته و مقداری آب ریخته و حل نموده و به حجم می رسانیم

تهیه محلول آهن : برای تهیه این محلول نیز مانند راه حل بالا عمل می کنیم . که در این محلول باید مقدار gr05/0 از نمک آهن را برداشته و در درون بالن ml500 حل کردهو به حجم می رسانیم.

تنظیم جدول مربوطه :

5	4	3	2	1	0
10ml مجهول	10	5	3	1	0	FE3+
10	10	10	10	10	10	KSCN0/1ml
5	5	5	5	5	5	HNo3 4M
50	50	50	50	50	50	Vtot
؟	2	1	6/0	2/0	0	C
001/0	034/0	183/0	006/0	072/0	0	A

رسم نمودار

نتیجه گیری :

با توجه به جذبی که دستگاه نشان داد و از روی نموداری که رسم کردیم به این نتیجه رسیدیم که غلظت محلول مجهول برابر................................. است .

منابع:

1.     جزوه شیمی تجزیه دستگاهی

2.     سایت دانشنامه رشد