6 - Wetenschapsforum

6.Spectroscopie
Lit. IV. p. 155-170
D.A. Skoog and D.M. West "Fundamentals of Analytical Chemistry", 2nd Ed.(Holt,
Rinehart and Winston, New York, 1970) Ch. 29
VI hoofdstuk 19 en 20
Algemene opmerkingen
Er zijn maar weinig anorganische ionen die in het golflengtegebied tussen 900 en 190 nm
licht absorberen (een uizondering vormt het ion NO 3). Om deze ionen toch kwantitatief te
kunnen bepalen worden ze via een reactie gekoppeld aan een ander, meestal organisch,
molecuul zodanig dat het onstane molecuul wel in het gewenste golflengtegebied licht
absorbeert. De gevormde lichtabsorberende moleculen zijn vaak erg ingewikkeld van
samenstelling. Ijkoplossingen en monsters dienen tegelijkertijd behandeld en gemeten te
worden. De metingen moeten met hetzelfde instrument gedaan worden.
Er wordt altijd ten opzichte van water gemeten. Een blanco bevat alle componenten van
het (ijk)monster, behalve de te bepalen component en is dus te beschouwen als een
ijkmonster met een concentratie 0.
Bij het instellen van een golflengte op een spectrometer moet deze altijd van boven af
benaderd worden; dus als de spectrometer b.v. ingesteld staat op 450 nm en er moet bij
512 nm gemeten worden, dan moet de monochromator eerst naar een stand > 512 nm
gedraaid worden en dan terug naar 512 nm.
6.1.1 De spectrometrische bepaling van ijzer
1. Beginsel
Ijzer(II) vormt met 1,10-fenantroline een oranjekleurig complex. De extinctie van dit
complex, bij een bepaalde golflengte gemeten, is een maat voor de concentratie aan ijzer.
Een overmaat hydroxylammoniumchloride wordt toegevoegd om er voor te zorgen dat al
het ijzer als ijzer(II) aanwezig is:
2NH2OH + 4Fe
3+
+
→ N2O + 4H + H2O + 4Fe
2+
N
N
2. reagentia
-1
hydroxylammoniumchloride 100 gL
1,10 fenantroline
-1
zoutzuur 1 molL
-1
ammonia 1 molL
buffer pH = 8
-1
1,10-fenantroline 1 gL (moet vers bereid worden en moet kleurloos zijn)
-1
standaard ijzeroplossing 100 mg Fe(II)L (neem hiervoor ijzer(II)ammoniumsulfaat)
3. Meten van het absorptiespectrum
a. Pipetteer 3 mL van de standaard-ijzeroplossing in een bekerglas. Neutraliseer zonodig
-1
(pH 7, controle met pH-papier) met zoutzuur of ammonia 1 molL . Noteer de gebruikte
hoeveelheid neutralisator.
b. Pipetteer 3 mL van de standaard-ijzeroplossing in een maatkolf van 100 mL en voeg
achtereenvolgens toe:
evenveel neutralisator als onder (a) is gevonden,
10 mL 1,10-fenantroline-oplossing
1 mL hydroxylammoniumchloride-oplossing.
Vul aan met buffer pH 8 en laat deze oplossing 15 min. staan om de kleurvorming te laten
plaatsvinden.
Opmerking:
Wees voorzichtig met het neutraliseren, als de pH te hoog wordt kan ijzer(II)hydroxide
gevormd worden wat niet meer oplost.
c. Bereid een blanco-oplossing die alle bestanddelen bevat van de oplossing onder (b),
behalve de standaard-ijzeroplossing.
Neem van de oplossing (b) het spectrum op. Hierbij wordt de water gebruikt als referentie.
Het meetgebied dient tussen 625 en 350 nm te liggen. Als met een niet-registrerend
instrument gemeten wordt, moet de extinctie met intervallen van 50 nm gemeten worden.
Bepaal de golflengte met de maximale extinctie.
4. Het meten van de ijklijn.
Bereid 5 oplossingen op de zelfde wijze als onder (b) beschreven. Pas wel de hoeveelheid
neutralisator aan de hoeveelheid standaard-ijzeroplossing aan. De ijzerconcentraties van
deze 5 oplossingen dien zich te verhouden als 1:2:3:4:5. Zorg ervoor dat de extincties
tussen 0,1 en 1,0 liggen. Meet ook een blanco-oplossing. Meet deze extincties bij de
golflengte met de maximale extinctie; gebruik weer water als referentie. Zet in een grafiek
de gemeten extinctie uit tegen de ijzerconcentratie.
5. Bepaling van de ijzerconcentratie van het monster
Los het monster op, breng de oplossing over in een geschikte maatkolf en verdun deze
oplossing zonodig verder. Pipetteer 5 mL van de uiteindelijke verdunning in een maatkolf
van 100 mL en behandel dit als omschreven onder (b). Meet de extinctie van het monster
tegen water bij de golflengte met de maximale extinctie en bepaal m.b.v. de ijklijn het
gehalteaan ijzer. Bereken ook de ijklijn en de uitkomst d.m.v. de methode der kleinste
kwadraten.
6.1.2 De spectroscopische bepaling van mangaan
1. Beginsel
Mangaan(II)ionen vormen in basisch milieu (pH = 11) met formaldoxim een roodbruin
complex. De absorptie van dit complex, bij een bepaalde golflengte gemeten, is een maat
voor de concentratie aan mangaan. Hydroxylammoniumchloride wordt toegevoegd om
ervoor te zorgen dat al het mangaan als Mn aanwezig is:
2NH2OH + 2Mn
4+
+
→ N2O + 4H + 2H2O + 2Mn
Kaliumnatriumtartraat wordt toegevoegd om te
mangaanhydroxide neerslaat;
EDTA houdt eventueel aanwezig ijzer in oplossing.
2+
voorkomen
dat
mangaan
als
H
2. Reagentia
O
formaldoximoplossing
los 8 g hydroxylammoniumchloride op in 100 mL water, voeg 4 mL
N
formaldehye 37% toe en verdun tot 200 mL Deze oplossing moet
H
iedere dag vers gemaakt worden.
-1
N
N
kaliumnatriumtartraat-oplossing 100 gL
-1
O
O
EDTA-oplossing 0,05 molL
H
H
-1
hydroxylammoniumchloride-oplossing 100 gL
-1
standaard mangaan-oplossing 100 mg Mn(II)L (neem hiervoor MnCl2
formaldoxim
.4H2O)
-1
verdunde standaard mangaan-oplossing 10 mg Mn(II)L
-1
ammonia 7 molL
3. Het meten van het absorptiespectrum
a) Ga uit van een oplossing van ten hoogste 25 mL water die tussen de 20 en 500 μg
mangaan mag bevatten. Breng dit monster over in een maatkolf van 100 mL, voeg 10
-1
mL kaliumnatriumtartraatoplossing toe en zoveel ammonia 7 molL dat de oplossing
juist basisch is. Voeg daarna 4 mL formaldoximoplossing toe en nog 4 mL ammonia.
Laat deze oplossing tenminste 5 minuten staan en voeg vervolgens 8 mL EDTAoplossing en 8 mL hydroxylammoniumchlorideoplossing toe. Vul vervolgens de
maatkolf aan en meng.
b) Bereid een blanco-oplossing die alle bestanddelen bevat van de oplossing onder a),
behalve de mangaan-oplossing. Neem van de oplossing (a) het spectrum op. Hierbij
wordt water gebruikt als referentie. Het meetgebied dient tussen 625 en 350 nm te
liggen. Als met een niet-registrerend instrument gemeten wordt, moet de extinctie met
intervallen van 50 nm gemeten worden. Bepaal de golflengte met de maximale
extinctie.
4. Het meten van de ijklijn.
Bereid 5 oplossingen op de zelfde wijze alsonder (a) beschreven. De mangaanconcentraties van deze 5 oplossingen dienen zich te verhouden als 1:2:3:4:5. Zorg ervoor
dat de extincties tussen 0,1 en 1,0 liggen. Meet deze extincties bij de golflengte met de
maximale extinctie; gebruik weer water als referentie. Meet ook een blanco. Zet in een
grafiek de gemeten extinctie uit tegen de mangaan-concentratie.
5. Bepaling van de mangaanconcentratie van het monster
Los het monster op, breng de oplossing over in een geschikte maatkolf en verdun deze
oplossing zonodig verder. Pipetteer 25 mL van de uiteindelijke verdunning in een maatkolf
en behandel dit als omschreven onder (a). Meet de extinctie van het monster tegen water
bij de golflengte met de maximale extinctie en bepaal m.b.v. de ijklijn de concentratie aan
mangaan. Bereken ook de ijklijn en de uitkomst d.m.v. de methode der kleinste kwadraten.
6.1.3 De spectroscopische bepaling van fosfaat
1. Beginsel
In sterk zuur milieu vormt het fosfaation met het molybdaation een geel gekleurd complex.
Door reductie van dit complex met ascorbinezuur wordt een blauw gekleurd complex
gevormd. De absorptie van dit complex bij een bepaalde golflengte is een maat voor de
concentratie aan fosfaationen.
2. Reagentia
oplossing A
Voeg aan 500 mL water 112 mL zwavelzuur ( =1,84) toe (langzaam, onder koeling en
roeren).
Los in 200 mL water 9,6 g ammoniumheptamolybdaat [(NH4)6Mo7O24 .4H2O] op.
Voeg deze twee oplossingen samen en vul aan tot 1 L.
oplossing B
Los 220 mg kaliumantimoon(III)oxidetartraat [ K(SbO)C4H4O6.0,5H2O] op in 500 mL water.
Mengreagens
Meng 100 mL oplossing A met 50 mL oplossing B. Los hierin 845 mg ascorbinezuur op.
Dit mengreagens is ongeveer een dag houdbaar. De oplossingen A en B kunnen in een
koele, donkere plaats enige maanden bewaard blijven (voor de zaal maken).
Standaard fosfaat-oplossing
3100 mg PO 4 / L (neem hiervoor Na2HPO4.2H2O)
3-
Verdunde standaard fosfaat-oplossing 10 mg PO 4L
H
-1
O
O
H
O
O
O
H
O
H
ascorbinezuur
3. Het meten van het absorptiespectrum
a) Pipetteer 10 mL verdunde standaard-oplossing over in een maatkolf van 100 mL.
Voeg 20 mL mengreagens toe vul aan en meng.
b) b) Maak een blanco-oplossing die alle bestanddelen bevat van de oplossing onder
a) behalve de verdunde standaard-oplossing.
Neem na 5 minuten van oplossing (a) het spectrum op. Hierbij wordt water gebruikt als
referentie. Het meetgebied moet tussen 900 en 500 nm liggen. Als met een nietregistrerend instrument gemeten wordt, moet de extinctie met intervallen van 25 nm
gemeten worden. Bepaal de golflengte met de maximale extinctie.
4. Het meten van de ijklijn
Bereid 5 oplossingen op de zelfde wijze als onder (a) beschreven. De fosfaatconcentraties
van deze 5 oplossingen dienen zich te verhouden als 1:2:3:4:5. Zorg ervoor dat de
extincties tussen 0,05 en 0,4 liggen. Meet deze extincties bij de golflengte met de
maximale extinctie; gebruik water als referentie. Meet ook de blanco. Zet in een grafiek de
gemeten extinctie uit tegen de fosfaat-concentratie.
5. Bepaling van de fosfaatconcentratie van het monster
Los het monster op, breng de oplossing over in een geschikte maatkolf en verdun deze
oplossing zonodig verder. Pipetteer 25 mL van de uiteindelijke verdunning in een maatkolf
en behandel dit als omschreven onder (a). Meet de extinctie van het monster tegen water
bij de golflengte met de maximale extinctie en bepaal m.b.v. de ijklijn de concentratie aan
fosfaat. Bereken ook de ijklijn en de uitkomst d.m.v. de methode der kleinste kwadraten.
6.1.4. De spectroscopische bepaling van ammonium
1. Beginsel
Ammonium-ionen reageren met het natriumzout van dichloor-isocyanuurzuur en
natriumsalicilaat bij pH 12,8-13,0 in aanwezigheid van dinatriumpentacyanonitrosyl
ferraat(II)dihydraat (natriumnitroprusside, [Na2(Fe(CN)5NO).5H2O]) als katalysator onder
vorming van een blauw gekleurd complex. De extinctie bij een bepaalde golflengte is een
maat voor de concentratie aan ammonium.
2. Reagentia
kleurreagens
Los 3,2g natriumhydroxide op in 50mL water. Los na afkoelen hierin 0,2g
natriumdichloorisocyanuurzuurdihydraat op. Na volledig oplossen wordt de oplossing
overgebracht in een maatkolf van 100 mL en aangevuld.
salicylaat/citraatoplossing
13 g natriumsalicylaat wordt samen met 13 g trinatriumcitraatdihydraat opgelost in 80 mL
water. Daarna wordt in deze oplossing 0,097 g dinatriumpentacyanonitrosylferraat(II)dihydraat opgelost. De oplossing wordt aangevuld tot 100 mL (maatkolf)
standaard ammoniumoplossing
+ -1
100 mg NH 4L Gebruik hiervoor ammoniumsulfaat dat bij 105 0C gedurende 2 uur is
gedroogd.
verdunde standaard ammoniumoplossing
+ -1
2 mg NH 4L . Bereid deze door de standaardammoniumoplossing te verdunnen.
O
O
Na
Cl
O
N
O
N
N
H
.2H2O
O
Cl
O
Na
natriumsalicylaat
natriumdichloorisocyanuurzuur
3. Meten van het absorptiespectrum.
a) Pipetteer 25 mL van de verdunde standaard ammoniumoplossing in een maatkolf van
-1
100 mL en voeg 1 druppel natriumhydroxide 0,4molL toe. Voeg vervolgens 8 mL
salicylaat/citraatoplossing toe en meng. Voeg dan 8 mL reagens toe en meng weer. Vul
aan en meng.
b) Maak een blanco-oplossing die alle bestanddelen van de oplossing onder a) bevat
behalve de verdunde standaard-oplossing.
Neem na minimaal 1 en maximaal 3 uur van de oplossing (a) het spectrum op. Hierbij
wordt water gebruikt als referentie. Het meetgebied moet tussen 750 en 500 nm liggen.
Als met een niet-registrerend instrument gemeten wordt, moet de extinctie met intervallen
van 25 nm gemeten worden. Bepaal de golflengte met de maximale extinctie.
4. Het meten van de ijklijn
Bereid 5 oplossingen op de zelfde wijze als onder (a) beschreven. De ammoniumconcentraties van deze 5 oplossingen dienen zich te verhouden als 1:2:3:4:5.
Zorg ervoor dat de extincties tussen 0,1 en 1,0 liggen. Meet deze extincties bij de
golflengte met de maximale extinctie; gebruik water als referentie. Meet ook de blanco. Zet
in een grafiek de gemeten extinctie uit tegen de ammoniumconcentratie.
5. Bepaling van de ammoniumconcentratie van het monster
Los het monster op, breng de oplossing over in een geschikte maatkolf en verdun deze
oplossing zonodig verder. Pipetteer 25 mL van de uiteindelijke verdunning in een maatkolf
en behandel dit als omschreven onder (a). Meet de extinctie van het monster tegen water
bij de golflengte met de maximale extinctie en bepaal m.b.v. de ijklijn de concentratie aan
ammonium. Bereken ook de ijklijn en de uitkomst d.m.v. de methode der kleinste
kwadraten.
6.1.5 De spectroscopische bepaling van nitriet
1. Beginsel
Bij pH 2 vormen nitriet-ionen in aanwezigheid van fosforzuur met 4-amino-benzeensulfonamide een diazoniumzout dat met N-(1naftyl)-1,2amino-ethaandihydrochloride een
roze complex geeft. De extinctie bij een bepaalde golflengte is een maat voor de
concentratie aan nitriet-ionen.
Cl
H2
N
N H Cl
3
O
H2 N
S
NH
2
O
4-aminobenzeensulfonamide
N-(1-naftyl))-ethyleendiaminedihydrochloride
2. Reagentia
-1
Fosforzuur 15 molL
Kleurreagens
Los 1g 4-aminobenzeensulfonamide (sulfonylamide) op in een mengsel van 10mL
-1
fosforzuur 15 molL
en 50mL water. Los hierin 0,05g N-(1-naftyl)-1,2aminoethaandihydrochloride op. Breng over in een maatkolf van 100 mL, vul aan en
meng. (oplossing is een maand houdbaar bij bij 1 - 5 0C).
- -1
standaard nitrietoplossing 400 mg NO 2L
Droog natriumnitriet bij 105 0C gedurende tenminste 2 uur
- -1
verdunde standaard nitrietoplossing 4 mg NO 2L
3. Het meten van het absorptiespectrum
a) Pipetteer 10 mL monster in een maatkolf van 100 mL en verdun tot 80 mL. Voeg 2 mL
kleurreagens toe, meng, vul aan en meng.
c) Maak een blanco-oplossing die alle bestanddelen bevat van de oplossing onder a)
d) behalve de verdunde standaard-oplossing. Neem na 20 minuten van de oplossing
(a) het spectrum op. Hierbij wordt water gebruikt als referentie. Het meetgebied
moet tussen 650 en 350 nm liggen. Als met een niet-registrerend instrument
gemeten wordt, moet de extinctie met intervallen van 25 nm gemeten worden.
Bepaal de golflengte met de maximale extinctie.
4. Het meten van de ijklijn
Bereid 5 oplossingen op de zelfde wijze als onder (a) beschreven. De nitrietconcentraties
van deze 5 oplossingen dienen zich te verhouden als 1:2:3:4:5.
Zorg ervoor dat de extincties tussen 0,1 en 1,0 liggen. Meet deze extincties bij de
golflengte met de maximale extinctie; gebruik water als referentie. Meet ook de blanco. Zet
in een grafiek de gemeten extinctie uit tegen de nitrietconcentratie.
5. Bepaling van de nitrietconcentratie van het monster
Los het monster op, breng de oplossing over in een geschikte maatkolf en verdun deze
oplossing zonodig verder. Pipetteer 10 mL van de uiteindelijke verdunning in een maatkolf
en behandel dit als omschreven onder (a). Meet de extinctie van het monster tegen de
blanco bij de golflengte met de maximale extinctie en bepaal m.b.v. de ijklijn de
concentratie aan nitriet. Bereken ook de ijklijn en de uitkomst d.m.v. de methode der
kleinste kwadraten.