1.2 Методы определения меди

Для того чтобы осуществить определение меди, ее доли в различных веществах, используют следующие способы:

• химические;
• количественные;
• фотометрические.

В настоящий момент разработано большое разнообразие методов определения количества меди в составе других веществ, каждый отдельный способ имеет как преимущества, так и недостатки.

1.2.1 Химические методы

С помощью различных химических составов можно влиять на расщепление молекул и атомов вещества и выделять его составные части. К химическим методам можно отнести электролитический способ измерения медной части в сплавах прочих металлов, он осуществляется с помощью следующих элементов:

• ацетилен;
• кислота винная;
• водный аммиак;
• азотнокислый аммоний;
• динатриевая соль;
• этиловый спирт;
• купризон.

Для начала медный состав (навеску) взвешивают, затем отправляют в подготовленный раствор реактивов, в котором навеска должна полностью раствориться. Полученную жидкость нагревают, при этом удаляются окиси азота, очищенный раствор разбавляют водой и снова нагревают до 40 оС.

После этого масса готова к процессу электролиза – в раствор погружают электроды, изготовленные, как правило, из платины, подключают ток напряжением 2,2 В и при постоянном помешивании начинается процесс выделения меди.

Для контроля можно выполнить повторный процесс электролиза, для этого электроды опускаются в жидкость, ниже уровня выделенной меди и подключают ток. Если первоначальный процесс прошел правильно, то при контрольной процедуре не будет образовываться налет металла. Полученный в результате такого расщепления катод меди промывают водой, не отсоединяя при этом электроток, затем обрабатывают этиловым спиртом и сушат. Полученный катод меди взвешивают, а результат сопоставляют с первоначальным весом. Таким образом, рассчитывают удельный вес меди в веществе.

Разнообразные химические методы определения меди различаются по составу растворов, целесообразность применения которых определяется в зависимости от предполагаемых примесей посторонних веществ, но принцип работы одинаков.

1.2.2 Количественные методы

Способы количественного определения массы меди в общем объеме металла применяются преимущественно для сплавов с никелем, бронзой и цинком. В процессе воздействия на вещество медь осаждается и в таком виде ее можно измерить. Для осаждения используются неорганические и органические элементы. К неорганическим веществам, используемым для определения меди можно отнести:

• тиокарбонат калия осаждает медь при нагревании до 80 оС;
• уксусная кислота применяется для осаждения медного оксалата.
• тетрароданодиаминхромиат аммония, его еще называют соль Рейнеке, этот реагент не используется для сплавов, содержащих ртуть, таллий и серебро;

К органическим веществам, которые применяются при количественном определении меди, относятся:

• оксихинолин-8, он осаждает медь в комплексе с аммиачным и щелочным раствором, при нагревании осадка образуется оксид меди. Этот метод используется для сложных сплавов, в которых присутствуют алюминий, олово, свинец, мышьяк, хром, железо;
• α-бензоиноксим в спиртовом растворе способен осаждать металл в виде хлопьев, этот метод неприменим, если в составе присутствует никель;
• йодид калия, он используется в нейтральной и кислой среде, не применяется, если в сплав входит железо, сурьма и мышьяк.

Перед использованием любого метода необходимо заранее определить состав сплава, это можно сделать опытными способами, путем нагревания (металл меняет цвет), выпариванием (металл дает осадок), использованием фильтров.

1.2.3 Спектрофотометрические методы

Для определения меди в различных вещественных составах используется фотометрический метод, его преимуществами является высокий показатель точности измерения количественно состава, простота применения, он не требует дорогостоящего оборудования. Этот метод может быть использован с применением различных активных веществ:

• купризона;
• диэтилдитиокарбамата свинца.

Суть фотометрического определения меди заключается в фиксации интенсивности цвета материала, который прошел через концентрированный раствор. Для такого раствора используют:

• аммиак;
• лимоннокислый раствор аммония;
• диэтилдитиокарбамата свинца;
• сернокислого натрия.

Вещество, в котором необходимо определить медь пропускают через вышеперечисленные растворы, при этом важно соблюдать пропорции, затем подвергают фотометрии. Аппарат однолучевого фотомера состоит из вольфрамовой лампы, подвижной диафрагмы, светофильтра, фотоэлемента и микроамперметра.[6]

1.3 Обзор спектрофотометрического метода анализа.

Фотометрический метод основан на избирательном поглощении растворами веществ ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света. Иногда этот метод называют методом абсорбционной спектроскопии. Виды фотометрического анализа показаны на рисунке 1.[7]

Спектрофотомерия основана на измерении поглощения монохроматического света в УФ и видимой области спектра.

Фотоэлектроколориметрия используют полихроматическое излучение преимущественно в видимой области спектра.

Колориметрия основана на визуальном сравнении окрасок раствора.

При прохождении света (I₀) через окрашенный раствор часть света поглощается (I_n), часть света отражается (I_от), часть света проходит через окрашенный раствор (I). Интенсивность падающего светового потока больше чем интенсивность прошедшего через раствор (I₀> I). При изучении поглощения света пользуются одинаковыми кюветами, для которых мощность отражённой части светового потока постоянна и мала и ею можно пренебречь. Интенсивность окраски раствора зависит от концентрации анализируемого вещества. Соответственно и интенсивность прошедшего светового потока зависит от концентрации вещества в растворе.

Зависимость оптической плотности от концентрации вещества в растворе и от толщины поглощающего слоя известна под названием закона Бугера - Ламберта - Бера (основной закон поглощения): оптическая плотность растворов при прочих равных условиях концентрации вещества и толщине поглощающего слоя. Математическое выражение показано в формуле 1. [7]

A = e*C*l                                         (1)

где e – молярный коэффициент поглощения, дм³/моль*см;

С – концентрация, моль/дм³;

l – толщина поглощающего слоя, см.

Причины отклонения от закона Бугера - Ламберта - Бера: немонохроматическое излучение (обусловлено несовершенством устройства) концентрированные растворы и процессы, протекающие в растворах (такие как: диссоциация, ионизация и т.п.).

Основные методы определения анализируемого вещества в спектрофотометрии:

1. метод сравнения со стандартом;
2. метод добавок;
3. метод градуировочного гафика.

Метод сравнения со стандартом основан на измерении  оптической плотности раствора (𝐴_ст) с концентрацией, близкой к анализируемому раствору (𝐶_ст). Сравнивают его оптическую плотность с анализируемым раствором (𝐴_x) и по уравнению (3) находят концентрацию анализируемого компонента (𝐶_x).

А_ст/А_x = C_ст/С_x                                                              (2)

C_x = А_x/А_ст*С_ст                                                             (3)

В методе добавок готовят 2 – 3 раствора с различной добавкой стандарта. Измеряют оптическую плотность анализируемого раствора без добавок С_X, затем с добавками C_X+д1 и C_X+д2. После этого строят график. График проводят через точки пресечения A_X+д2 , A_X+д1 и A_X до пересечения с осью абсцисс. Отсекаемый отрезок на оси и будет являться определяемой концентрацией (рисунок 2)

С_x = C_д*А_x/А_х-д – А_х                                          (4)

Метод градуировочного графика. В этом методе готовят серию стандартных растворов с разной концентрацией. Измеряют их оптическую плотность и строят график зависимости оптической плотности от концентрации. Измеряют оптическую плотность анализируемого раствора и по графику находят концентрацию.

 

По графику можно определить молярный коэффициент поглощения. И соответственно можно определить концентрацию расчётным методом (5).

С = А/e*l                                             (5)

Часто в производственных условиях при анализе руд, сплавов и т.д. требуется определять элементы при их высоком содержании. В таких условиях фотометрический анализ неприменим из-за отклонения от закона БЛБ.[7]