Файл: Алимарин, И. П. Качественный и количественный ультрамикрохимический анализ.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 81

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

§2. Электролиз на ртутном катоде

Ваналитической химии широко используют электролиз на ртутном катоде, дающем возможность проводить выделение та­ ких металлов, которые не выделяются на платиновых электро­

дах, например Сг,

Fe, M a и др. Ртуть

занимает

особое место

в

качестве

катодного

материала . Она требует особой аппаратуры

и особой

техники

работы. Кроме того,

процесс

электролиза

на

ртутном катоде сопровождается интенсивным выделением пу­ зырьков газов и разогреванием раствора. Последние два об­ стоятельства создают затруднения при работе в ультрамикромасштабе.

Аппаратура

Электролиз на ртутном катоде п р о в о д я т 1 2 8 в открытом с обоих концов капилляре, что обусловлено интенсивным газо­ образованием во время процесса электролиза, вследствие чего раствор из обычного сосуда или конуса выталкивается .

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 45.

Ртутный

микрокатод.

 

 

 

 

 

а — общий

вид; б — в и д под

микроскопом:

 

 

 

 

1—ртутный

катод;

2—платиновый

ацод; 3 — капилляр

 

 

 

 

 

 

 

с раствором.

 

 

 

 

Ртутный

' катод

изготовляют,

электролитически

покрывая

ртутью

платиновую

вилку

(см.

рис. 44,6),

с л у ж а щ у ю

в этом

электролизе

катодом

(для

чего

необходимо

оба шнура

присо­

единить к одной клемме) .

В качестве электролита

используют

раствор

нитрата ртути (0,1

г в 0,05 мл

азотной кислоты и 5,0 мл

в о д ы ) . Анодом служит третья платиновая проволочка, присоеди­

няемая таким

ж е образом

к другой

клемме д е р ж а т е л я

и рас­

полагаемая иа

расстоянии

0,5—1 мм

над плоскостью

ртутной

капли.

 

 

 

 

91


Электролитически ртуть на вилке выделяют в микроконусе,

продолжая электролиз до тех пор, пока не образуется

капля

ртути.

 

 

 

С полученными таким образом электродами

(рис. 45)

выпол­

няют электролиз на ртутном катоде.

 

 

Ток к аноду и катоду подводят от аккумулятора через штеп­

сельный магазин

сопротивлений.

 

 

 

Приемы электролиза

 

 

Во в л а ж н у ю

камеру на д е р ж а т е л е помещают

сосуды

для не­

обходимых растворов и капилляр, открытый с обоих концов. Диаметр капилляра - электролизера должен быть таким, чтобы введенные электроды находились на некотором расстоянии от его стенок. Камеру располагают на предметном столике микро­

скопа. В левом

манипуляторе

з а ж и м а ю т

д е р ж а т е л ь электродов

так, чтобы анод

находился над катодом;

в правом — поршневое

приспособление

с пипеткой.

Сосуды наполняют необходимыми

растворами, а затем переносят такое отмеренное количество их,

чтобы

капилляр

был заполнен на две трети (пустым должен

быть участок капилляра, обращенный

к пипетке). Поворачивают

камеру

открытой

стороной к левому

манипулятору. Н а б л ю д а я

сначала невооруженным глазом, а затем в микроскоп, вводят в

капилляр-электролизер электроды, не погружая их в раствор. Подключают источник тока" и замыкают цепь, для этого надви­ гают капилляр на электроды до тех пор, пока электроды не дой­ дут до дальнего мениска раствора. За процессом электролиза наблюдают в микроскоп. Об окончании процесса судят по от­ рицательной реакции с соответствующим реагентом, после чего выводят электроды из раствора и отключают источник тока.

После выделения металла на

ртутном

катоде ртуть можно

отогнать. Д л я этого, закоротив проволочку-анод

с каплей-като­

дом, надо включить электродную

систему

в сеть,

как микрона­

греватель (см. ч. I , гл. 2, § 2). Оставшийся

после удаления ртути

на вилке металл может быть растворен погружением в микро­ конус с соответствующим растворителем и обнаружен затем в растворе.

Разделение некоторых веществ

 

Отделение

ванадия

от меди и

железа

Готовят растворы сульфатов меди и железа и раствор ванадата аммония в 2 и. серной кислоте.

Напряжение, при котором обычно проводят электролиз на ртутном катоде, не может быть рекомендовано для электролиза малых объемов, так как процесс при таком напряжении идет очень бурно, в результате чего в течение очень короткого вре­ мени весь раствор разбрызгивается и испаряется. Ванадий, отде-

92


л я ют от меди и железа при напряжении 3,8—3,4 В и силе тока 3,8—3,4-10"4 А, которые получают введением на магазине сопро­ тивлений соответствующего сопротивления. Электролиз выпол­

няют, как описано выше, в открытом с двух

концов

капилляре.

П р е к р а щ а ю т процесс,

когда электролит с

гексацианосрерра-

т о м ( П ) и ( I I I ) калия

дает отрицательную

реакцию.

В остав­

шемся электролите обнаруживают присутствие ванадия по

реакции с

купферроном.

 

 

 

Таблица

11. Отделение

ванадия

электролизом

на ртутном

катоде,

имеющем поверхность 2 - Ю - 3

см 2 , при напряжении 3,8—3,4 В,

силе

тока

3,8—3,4 • Ю - 4 А (время электролиза 15—20 мин)

 

Электролит

 

Продукты

электролиза

Осталось

 

 

 

 

 

 

 

концентрация

 

 

 

в растворе

состав

объем,

 

масса,

ванадия,

металла,

состав

ыкг

мкл

мкг

 

мкг/мкл

 

 

 

 

 

 

 

CuSO.,

1 • t o - 3

0,3

Си

0,3

 

FeSO.,

3- IО- '1

0,5

Fe

0,15

0,15

N H 4 V 0 3

2-

10~4'

0,5

 

 

 

(H2 SO,)

 

 

 

 

 

 

К 2 С г 2 0 7

2- Ю - ' 1

0,5

Cr

0,1

0,1

NH4VO3

2- Ю - 4

0,5

 

 

 

(H s S0 4 )

Объемы растворов, масса вещества, с которыми проводят электролиз, и условия приведены в табл. П.-

Отделение ванадия от хрома

Электролиз проводят, как описано в предыдущем опыте, при напряжении 3,6—3,4 В и силе тока 3,6—3,4 - 10 - 4 А. Процесс

прекращают, когда

раствор дает

отрицательную реакцию на

хром с дифенилкарбазидом .

 

Объемы растворов, весовые количества веществ, с которыми

проводят электролиз,

и условия приведены в табл. 11.

 

Г л а в а

3

Р А З Д Е Л Е Н ИЕ ЭКСТРАКЦИЕЙ

Экстракцию широко применяют в аналитической химии для разделения элементов, а т а к ж е для повышения чувствительно­ сти реакций, сопровождающихся образованием окрашенных

93


с о е д и н е н и й 1 2 9 - 1 3 1 . В

качестве

экстрагентов

используют органиче­

ские растворители,

которые,

как известно,

быстро испаряются.

При экстрагировании из малых объемов малыми количествами органических растворителей способность растворителей быстро испаряться приводит к некоторым техническим затруднениям. Это ограничивает применение экстракции в ультрамикроана - лизё. Тем не менее, прибегая к некоторым дополнительным прие­

мам,

можно

выполнить

экстрагирование и при работе с

объемами

Ю - 3

— Ю - 4 мл на предметном столике микроскопа. От­

метим,

что

более удобны

для ультрамикроэксперимента раство­

рители, которые тяжелее воды, так как малый их объем изоли­ руется от окружающей атмосферы слоем водной фазы и тем самым предохраняется от быстрого испарения.

§ 1. Аппаратура

Небольшие объемы жидкостей можно экстрагировать, не применяя специальных приборов для этой операции. Если до­ статочно одной обработки растворителем, то экстракцию прово­

дят

в

запаянном с одного

конца капилляре диаметром 0у5—

1,0

мм

и длиной 2 с м 1 7 . Д л я

перемешивания используют центри­

фугу.

 

 

Если экстрагирование надо повторить несколько раз, то удобнее работать с микроконусом (рис. 46), который несколько

н2о

CH3C1 j .

Рис. 46. Микроконус для экстракции.

отличается от обычного. Экстракция проходит в узкой части

конуса. Изготовляют такой

микроконус в пламени микрогорелки

из к а п и л л я р а

диаметром около

1,5 мм, вытягивая его до

диа­

метра

около

0,5 мм. Затем

на

расстоянии

приблизительно

3—

5 мм

от перетяжки вытягивают

полученный

таким образом

ка­

пилляр в палочку, которая служит ножкой микроконуса. Уча­

сток

капилляра диаметром 1,5

мм

обрезают так, чтобы эта

часть

конуса имела длину 2—3

мм.

Д л я перемешивания содер­

жимого такого микроконуса используют электровибратор, пред­ ставляющий собой обычный электрический звонок, с которого снят колпак. Расстояние между прижимной пластинкой кон­ такта и молоточком звонка устанавливают такое, при котором

вибрация молоточка почти не уловима глазом.

На одной

доске

со звонком

монтируют выключатель (кнопку).

Включают

элек­

тровибратор

в сеть переменного тока, нажимают

кнопку и подно-

94


сят к вибрирующему молоточку капилляр с микроконусом. Воз­ никающей вибрации вполне достаточно для перемешивания рас­ твора в мпкроконусе.

§ 2. Выполнение экстракции

Во в л а ж н у ю камеру помещают д е р ж а т е л ь с необходимой по­ судой. Капилляр или микроконус для экстрагирования помещают еще в предохранительный капилляр с каплей вещества, служа ­ щего экстрагентом в данном определении. Камеру располагают

на предметном

столике микроскопа. В з а ж и м е правого манипу­

лятора крепят

поршневое приспособление с пипеткой.

Раствор, подлежащий экстрагированию, готовят в одном из конусов. Затем переносят этот раствор в капилляр или микроко­ нус для экстрагирования. В микроконусе раствор должен зани­ мать не более половины узкой части. Заполняют пипетку экстра­

гентом из

вспомогательного капилляра

(см. ч. I , гл. 2,

§ 2) и,

как

можно быстрее, .вводят ее в капилляр

или микроконус-экстрак­

тор.

 

 

 

 

 

 

 

Если

экстракцию

проводят

в к а п и л л я р е 1 7 ,

то,

прибавив

экстрагеит, капилляр

вынимают

из д е р ж а т е л я ,

запаивают

от­

крытый конец и содержимое капилляра перемешивают центри­

фугированием его с одного конца в другой, перевертывая

для

этого капилляр . Затем капилляр вскрывают и

извлекают

из

него микропипеткой органическую фазу.

 

 

Если экстракцию

проводят в микроконусе, то

растворитель

из пипетки вносят так, чтобы слой растворителя

оказался хотя

бы под небольшим слоем раствора.

 

 

Вводят экстрагеит

по каплям, при этом капля

до отрыва

от

кончика пипетки некоторое время должна контактировать с рас­ твором в разных участках. Затем "микроконус-экстрактор в пре­ дохранительном капилляре вынимают из камеры, з а п л а в л я ю т открытый конец капилляра и подносят его к электровибратору, касаясь вибрирующего молоточка тем участком капилляра, где находится раствор в микроконусе-экстракторе. После переме­ шивания микроконус переносят в центрифугу. В процессе цен­ трифугирования слои располагаются соответственно их плотно­ стям. Затем, сделав насечку на капилляре со стороны, к которой обращен открытый конец микроконуса, обрезают капилляр и возвращают его на д е р ж а т е л ь в камеру.

С помощью пипетки разделяют слои, экстракт переносят в другой микроконус. Водный слой, если этого требуют условия

определения, обрабатывают органическим

растворителем

вто­

рой,

третий

и т. д. раз, объединяя

затем экстракты. Извлечен­

ный

в органический растворитель

элемент

обнаруживают,

если

это возможно, по окраске. Можно

т а к ж е удалить

растворитель,

пользуясь

способностью многих

органических

растворителей