4.3.2. Комплексонометричні методи

Комплексонометричні методи у валовому аналізі ґрунтів найчастіше використовують для визначення Феруму, Алюмінію, Кальцію і Магнію, а також Стронцію, Плюмбуму, Купруму, Ніколу, Кобальту, Мангану, Торію, Галію тощо.

Комплексонометричний (заст. назва трилонометричний) метод кількісного аналізу базується на здатності катіонів дво- і тривалентних металів утворювати стійкі хелатні комплексні сполуки з комплексонами. До комплексонів зачислюють велику групу хелатотворних амінополікарбонових кислот, серед яких як титрант у комплексонометричному аналізі ґрунтів найчастіше використовують розчин комплексону III (трилону Б) – динатрієвої солі етилендіамін-тетраацетатної кислоти (ЕДТА). Комплекси металів з комплексонами називають комплексонатами.

Важливою властивістю трилону Б (ЕДТА) є його здатність взаємодіяти з катіонами лужноземельних металів, для яких комплексоутворення з іншими адендами не характерне.

Реакції між етилендіамін-тетраацетатною кислотою (H₄Y) та іонами металів відбуваються за співвідношенням 1:1 незалежно від їхнього заряду і у різних кислотно-основних умовах середовища, що дає змогу визначати одні метали за наявності інших:

Утворені у такий спосіб комплексонати відзначаються неоднаковою стійкістю.

За допомогою комплексонометричного методу провадять селективне визначення іонів металів та визначення їхньої суми, якщо у розчині присутні іони декількох металів, здатних вступати у реакцію з ЕДТА. Насамперед ЕДТА реагуватиме з іонами металу, який утворює найстійкіший комплексонат. Саме тому, за умови титрування суми іонів металів, підбирають такий індикатор, який фіксуватиме точку еквівалентності при взаємодії ЕДТА з іоном металу, що утворює найменш стійкий комплексонат. Наприклад, комплексонометричне визначення суми Кальцію і Магнію провадять за індикатором на Магній – еріохромом чорним Т (хромоген чорний), оскільки величина ефективної константи комплексонату кальцію є вищою, ніж у комплексонату магнію.

Точку еквівалентності (кінцева точка титрування) у комплексонометрії визначають за допомогою металіндикаторів-речовин, які утворюють з катіонами металів забарвлені комплексні сполуки. У точці еквівалентності забарвлення розчину зникає або змінюється унаслідок утворення стійкішого комплексонату металу і руйнування комплексу металу з індикатором.

Найчастіше у комплексонометрії застосовують металохромні індикатори, тобто органічні барвники, забарвлення яких зумовлене їхніми структурними особливостями. До групи металохромних індикаторів належать мурексид, еріохром чорний Т (хромоген чорний) та ін.

Встановлені експериментальним шляхом межі значень рН, за яких доцільно застосовувати ті чи інші металохромні індикатори, представлено у табл. 4.2.

Таблиця 4.2

Області рН застосування деяких металохромних індикаторів

(за Є. В. Ушаковою, 1984, фрагмент таблиці)

Індикатор	рН	Досліджувані елементи	Зміна кольору
Мурексид	9 – 10	Zn, Ca, Co(II), Mn(II), Ni(II)	Жовто-червоне ↓ Фіолетове
Еріохром чорний Т (хромоген чорний)	8 – 10	Ba, Ca, Cd, Mg, Zn, Hg(II), Mn(II), Pb(II), Fe(III)	Винно-червоне ↓ Синє

У комплексонометрії (хелатометрії) застосовують різноманітні способи титрування. Пряме титрування використовують для визначення іонів металів, які доволі швидко реагують з ЕДТА і для яких експериментально підібрано індикатор, здатний змінювати своє забарвлення у точці еквівалентності. Якщо пряме титрування є неможливим, застосовують зворотне титрування.

За результатами комплексонометричного титрування обчислюють масову частку (%) атомів металів або їхніх оксидів у ґрунті:

де V − об’єм розчину комплексона III, витрачений на титрування, мл; М − молярна концентрація комплексона III, моль/л або ммоль/мл; М(Ме) − молярна маса атомів металу, г/моль, або М(Ме)/1000 − г/ммоль; Va − об’єм розчину, який титрують, мл; V₀ − загальний об’єм розчину, який аналізують, мл; m − наважка сухого ґрунту, г. Обчислення результатів аналізу у вигляді оксидів металів здійснюють за рівнянням:

де V − об’єм розчину комплексона III, витрачений на титрування, мл; М − молярна концентрація комплексона III, моль/л або ммоль/мл; М(1/2 Ме₂О₃)/1000 − молярна маса еквівалента оксиду, г/ммоль; Va − об’єм розчину, який титрують, мл; V₀ − загальний об’єм розчину, який аналізують, мл; m − наважка сухого ґрунту, г. У зв’язку з тим, що один моль комплексона III реагує з одним молем атомів металу, еквівалент оксиду у комплексонометричному титруванні включає 1 атом металу і відповідає М(1/2 Ме₂О₃).