АБСОРБЦІЙНОЇ-ОПТИЧНИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ

Поглинання світла - це зменшення інтенсивності оптичного випромінювання, що проходить через середовище, заповнену речовиною.

Основним законом, що описує поглинання світла, є закон поглинання, або Бугера - Ламберта - Бера (Р. Bouguer - французький вчений, 1698-1758, J. Lambert - німецький вчений, 1728-1777, A. Beer - німецький фізик, 1825-1863 ),

де / 0 , 1 - сила світла до і після поглинання; k } - показник поглинання; / - довжина кювети.

Залежно від виду енергії, що поглинається і способу трансформування надлишкової енергії розрізняють:

  • • молекулярний абсорбційний спектральний аналіз;
  • • турбидиметричним і Нефелометричний методи аналізу;
  • • атомно-абсорбційний спектральний аналіз;
  • • люмінесцентний спектральний аналіз.

Оптико-абсорбційний метод є неселективним кількісним методом аналізу.

Молекули речовин, що складаються більш ніж з двох різних атомів, мають характерні тільки для них спектрами і смугами поглинання випромінювання. Це зумовлює універсальність і широке застосування методу для аналізу складу розчинів.

Розрізняють спектрофотометрический (в монохроматичному випромінюванні) і фотометричний (коли випромінювання обмежене деяким спектральним інтервалом) методи молекулярного абсорбційного спектрального аналізу.

Спектрофотометри мають досить складну конструкцію і часто забезпечені електронними пристроями (підсилювачами фотострумів, дисплеями). Оптичні деталі виготовляють з кварцу, що дозволяє виміряти светопоглощение не тільки у видимій, а й в УФ-області. Спектрофотометри застосовують для отримання спектрів поглинання, а також для вимірювання концентрацій речовин з вузькою смугою поглинання або речовин з близькими довжинами хвиль поглинання.

У фотометричних анализаторах для виділення спектрального інтервалу або відділення спектральної області використовують селективні скляні абсорбції або інтерференційні оптичні фільтри, рідше - плівкові, рідинні, газові. Фотоколориметр призначений для вимірювання коефіцієнтів пропускання і оптичної щільності прозорих рідинних розчинів, а також швидкості зміни оптичної щільності речовини і визначення його концентрації в розчинах після попереднього градуювання фотометра.

Фотоколориметри мають просту конструкцію і придатні для вимірів у видимій та ближній (до 300 нм) УФ-області, оптичні деталі цих приладів виготовлені зі скла. Фотоколориметри частіше використовують для проведення серійних визначень концентрацій речовин.

Робочий інтервал вимірювання оптичної щільності фотоколориметрів становить 0,2-0,8, оптимальний - 0,2-0,6, найменшу похибку отримують при її значенні, що дорівнює 0,434. Відносна помилка фотоко- лоріметріческого визначення концентрації зазвичай не перевищує 3%.

Залежно від способу вимірювання розрізняють одно- і двопроменеві прилади, за способом монохроматізаціі - фотоколориметри і спектрофотометри.

Найбільшого поширення набули два типи вимірювальних схем: одноканальні двопроменеві (рис. 6.13) і двоканальні однопроменеві (рис. 6.14).

Одноканальний двопроменевий фотоколориметр

Мал. 6.13. Одноканальний двопроменевий фотоколориметр:

  • 1 - джерело світла; 2 - світлофільтр; 3 - светоделітельная призма; 4 , 4 '- лінзи;
  • 5, 5 '- дзеркала; 6, 6 '- кювети; 7,8 - діафрагми; 9, - фотоелементи; 10 - ВП

Одноканальні двопроменеві аналізатори мають мінімальну похибку від зміни спектральних характеристик випромінювача, фотоприймачів і інших елементів, так як ці зміни однаково впливають на обидва променя. Однак похибки таких приладів великі через неідентіч- ності забруднення вікон кювет і інших елементів на шляху променів.

Двоканальні однопроменеві схеми забезпечують мінімальну похибку від забруднення вікон кювет і кілька велику похибку від зміни спектральних характеристик елементів схеми.

Мікропроцесорний фотоколориметр показаний на рис. 6.15.

Цей мікропроцесорний фото кол кричи метр має наступні характеристики:

Двоканальний однопроменевий фотоколориметр

Мал. 6.14. Двоканальний однопроменевий фотоколориметр:

  • 1 - джерело світла; 2 - кювета; 3 - дзеркало; 4 - затвор; 5, 14 - нульова і компенсаційна заслінки; 6, 13 - порівняльний і робочий світлофільтри;
  • 7 - светоделітель ніс дзеркало; 8 - фотоприймач; 9 - підсилювач;
  • 10 - фазочувствительного детектор; 11 - підсилювач; 12 у 16 - привід нульовий і компенсаційної заслінки; 15 - датчик обтюратора
  • • спектральний діапазон роботи - 315-990 нм;
  • • спектральний інтервал, що виділяється монохроматором фотометра, - не більше 7 нм;
  • • межі вимірювання:
    • - коефіцієнта пропускання - 0,1 - 100%;
    • - оптичної щільності - 0-3;
  • • межа допустимого значення основної зведеної похибки при вимірюванні коефіцієнта пропускання - 0,5% (абс.).
Зовнішній вигляд фотоколориметр

Мал. 6.15. Зовнішній вигляд фотоколориметр:

  • 1 - табло відображення довжин хвилі; 2 - табло відображення вимірюваної величини; 3 - тумблер включення фотометра в мережу; 4 - клавіатура; 5 - кожух;
  • 6 - металеву основу; 7 - відкидна кришка кюветного відділення;
  • 8 - ручка переміщення каретки; 9 - ручка настройки довжини хвилі

завдання

6.2.1. При фотометричному визначенні титану з хромотроновой кислотою в розчині, що містить 0,45 мкг титану, в кюветі з товщиною шару 5 см гальванометр показав 90 мкА. Для падаючого світлового потоку показання гальванометра рівні 155 мкА. Визначте молярний коефіцієнт поглинання забарвленого з'єднання, в якому на атом титану припадає молекула хромотроповой кислоти.

6.2.2. Молярний коефіцієнт поглинання водорозчинного комплексу нікелю з діметілгліоксімом при 470 нм дорівнює 1,30 10 4 . Розрахуйте: а) оптичну щільність розчину, в 1 мл якого міститься 1 мкг нікелю, при товщині поглинаючого шару / = 1,00 см; б) його пропускання; в) товщину шару, необхідну для десятикратного ослаблення падаючого на нього монохроматичного потоку з X = = 470 нм, якщо концентрація комплексу в розчині дорівнює 1,0-10 -5 М; г) концентрацію нікелю в розчині (мкг / мл), якщо оптична щільність розчину, що містить діметілгліоксіматний комплекс і вміщеного в кювету з / = 3,00 мм, дорівнює 0,190 при А, = 470 нм.

Рішення

6.2.3. Розрахуйте межа вимірювань оптичної щільності розчину, якщо межа вимірювань поглинання світла становить 0,5-100%.

Рішення

п> 100 п , 100 п

Оптична щільність розчину дорівнює D = lg- D m [n = lg-тт-е = 0,02, D max =

/ J v / U Про

  • -I 100
  • 8 100-90
  • 6.2.4. Коефіцієнт поглинання деякої речовини для монохроматичного світла певної довжини хвилі дорівнює 0,1 см -1 . Визначте товщину шару речовини, яка необхідна для ослаблення світла в два рази. Втрати на відбиття світла не враховувати.

Відповідь : 6,93 см.

6.2.5. При проходженні в речовині шляху х інтенсивність світла зменшилася в три рази. Визначте, у скільки разів зменшиться інтенсивність світла при проходженні шляху 2х.

Відповідь : / 0 // 2 = 9.

6.2.6. Коефіцієнт поглинання речовини для монохроматичного світла певної довжини хвилі а дорівнює 0,1 см -1 . Визначте товщину шару речовини, яка необхідна для ослаблення світла в п'ять разів. Втрати на відбиття світла нс враховувати.

Відповідь : 16,1 см.

6.2.7. Визначте, у скільки разів змінилася концентрація розчину в кюветі фотоколориметр, якщо світловий потік збільшився в два рази?

Відповідь : концентрація зменшилася в 0,693 рази.

6.2.8. Визначте концентрацію речовини, забруднюючої воду. Основна відносна похибка фотоколорімстра при вимірюванні оптичної щільності дорівнює + 5%. Номінальне значення оптичної щільності розчину - 0,2, довжина кювети - 20 мм, коефіцієнт поглинання дорівнює 1-10 -3 1 / мм.

Відповідь : З = 10 ± 0,5.

6.2.9. При побудові градуювального графіка для визначення міді в розчині на фотометрі були отримані наступні дані:

З міді, мг / л 0 0,1 Те, 2 0,5 0,75 1,0

Показання 80 67,5 57,0 34,5 28,5 15,0.

Побудуйте градуйований графік і визначте вміст міді в досліджуваному розчині при свідченні фотометра 45,5.

Відповідь : З = 0,335 мг / л.

6.2.10. З аналізованого розчину об'ємом 100 мл, що містить пофарбований комплекс нікелю з діметілгліоксімом, відібрали пробу. Оптична щільність розчину в кюветі довжиною 1 см при довжині хвилі 470 нм дорівнює 0,655. Градуювання на еталонних розчинах дала наступні результати:

С, мкг / мл 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0

D 0,182 0,364 0,546 0,728 0,910.

Побудуйте градуювальний графік, визначте концентрацію С і масу т нікелю в розчині.

Відповідь: З = 2,90 мкг / мл, т = 290 мкг.

6.2.11. Оптична щільність розчину D = 0,562. Розрахуйте коефіцієнт пропускання того ж розчину в процентах.

Відповідь: 27,4%.

6.2.12. Коефіцієнт пропускання розчину 50,85%. Обчисліть оптичну щільність цього розчину.

Відповідь. 0,294.

Контрольні питання і завдання

  • 1. Напишіть закон Бугера - Ламберта - Бера в інтегральної формі.
  • 2. Що є критерієм дотримання основного закону світлопоглинання? Які причини викликають відхилення від цього закону?
  • 3. Намалюйте графічні залежності А = / (С), Т = / (С), s = / (С), А = / (/), Т = = / (/),? = / (/).
  • 4. В яких одиницях вимірюють оптичну щільність?
  • 5. При якому значенні оптичної щільності похибка вимірювання мінімальна?
  • 6. Дайте визначення поняття «фотометрична реакція». Які вимоги до неї висувають?
  • 7. Що таке розчин порівняння в фотометрическом аналізі? Які його склад і призначення?
  • 8. Як вибрати оптимальну довжину хвилі для проведення фотометричного аналізу, якщо в спектрі поглинання спостерігається кілька максимумів?
  • 9. Чи можна забезпечити селективне визначення компонентів одним фотоколориметрія?
 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >