Приборы для анализа компонентов ОС, действие которых основано на различных характеристиках световых волн

ЛР № 18 Качественный и количественный анализ в абсорбционной спектроскопии

Цель : Ознакомиться с действием различных оптических приборов, качественным и количественным анализом в абсорбционной спектроскопии

Фотометрический анализ относится к абсорбционным методам, т.е. основан на измерении поглощения света веществом. Он включает спектрофотометрию, фотоколориметрию и визуальную фотометрию, которую обычно называют колориметрией. Каждое вещество поглощает излучение с определенными (характерные только для него) длинами волн, т.е. длина волны поглощаемого излучения индивидуальна для каждого вещества, и на этом основан качественный анализ по светопоглошению .

Качественный и количественный анализ в абсорбционной спектроскопии

Качественный анализ основан на регистрации спектров поглощения и использования их для идентификации компонентов пробы. Способность поглощать излучение определенных длин волн зависит от электронного строения молекул.

Электронные спектры поглощения (регистрируются спектрофотометром) для качественного анализа используют значительно реже, чем колебательные (регистрируются ИК-спектрофотометром).

Методы количественного анализа основаны на зависимости оптической плотности раствора от концентрации растворенного вещества. Это означает, что чем большее количество вещества растворено в растворе, тем больше его оптическая плотность и тем меньшее количество падающего на кювету света пропускает исследуемый раствор (большее количество света поглощает, абсорбирует).

Основой количественного анализа является закон Бугера- Ламберта-Бера:

где А = – lg ( I / I ) = – lg T – оптическая плотность;

I и I – интенсивность потока света, направленного на поглощающий раствор и прошедшего через него;

с – концентрация вещества, моль/л;

l – толщина светопоглощающего слоя;

e — молярный коэффициент светопоглощения;

T — коэффициент пропускания .

Основными операциями количественного анализа методик абсорбционной спектроскопии являются следующие:

1. Растворение пробы и перевод определяемого компонента, как правило, в окрашенное (светопоглощающее) соединение.

2. Выделение монохроматором (светофильтром) определенной длины волны из пучка света, исходящего от источника освещения.

3. Регистрация оптической плотности анализируемого образца.

4. Определение концентрации компонента в растворе по одному из приведенных ниже методов.

Для определения концентрации анализируемого вещества наиболее часто используют следующие методы: 1) градуировочного графика; 2) молярного коэффициента светопоглощения; 3) добавок; 4) дифференциальной фотометрии; 5) фотометрического титрования.

1. Метод градуировочного графика. По результатам проведенных замеров строится градуировочный график в координатах оптическая плотность – концентрация. Его обычно строят не менее чем по трем точкам, что повышает точность и надежность определений. В случае отклонения графика от прямой, число точек увеличивают. Для построения графика приготавливают эталонные компоненты с известной концентрацией определяемого вещества и замеряют оптическую плотность растворов. Однако для некоторых систем может наблюдаться отклонение градуировочного графика от прямой (вверх – положительное отклонение, вниз – отрицательное). Любая из кривых, построенная для какого-либо вещества в определенных условиях может служить градуировочным графиком и по этой кривой можно найти концентрацию определяемого вещества, если экспериментально определена оптическая плотность его раствора.

Пример 1. В экологической лаборатории фотометрическим методом определяли содержание ионов фтора в пробе воды из водного объекта. Для подготовки серии стандартных растворов в мерные колбы ввели градуировочную пробу – стандартный образец с содержанием фторид-иона в концентрации 100 мг/мл в количестве 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 мл. Затем дистиллированной водой довели объем растворов до 50 мл. Полученные стандартные растворы поместили поочередно в кювету с длиной 50 мм и фотометрировали в КФК-2 при длине волны λ=600 нм в двухкратной повторности. Были получены следующие значения оптической плотности: при первом фотометрировании растворов D ₁ составило соответственно 0,05; 0,075; 0,28; 0,40; 0,44; 0,52, а при повторном фотометрировании D ₂ составило соответственно 0,03; 0,065; 0,30; 0,32; 0,47; 0,52. После чего измерили оптическую плотность исследуемой на фторид-ион пробы воды объемом 10 мл. Она составила 0,16.

Решение удобно вести в табличной форме.

Для построения градуировочного графика: 1. Рассчитаем концентрации стандартных растворов после разбавления:

С_ст.р = (Т х V_i )/ V_ст.р.

где Т – концентрация стандартного образца, мг/мл;

V_i – объем стандартного образца, мл;

V_ст.р. – объем стандартного раствора, мл.

2. Определяем средние значения оптических плотностей стандартных растворов (табл.). Затем по ним строим градуировочную кривую.

Кол-во раствор, мл	0,2	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
Концентрация растворов с, мг/л	0,4	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0
D₁	0,050	0,075	0,280	0,400	0,440	0,520
D₂	0,030	0,065	0,300	0,320	0,470	0,520
D_ср.	0,040	0,070	0,290	0,360	0,455	0,520

Определим по градуировочному графику концентрацию ионов фтора. Она равна 1,4 мг/л. Зная, что предельно допустимое содержание ионов фтора в водном объекте – ПДК = 1,2-1,5 мг/л сделаем вывод, что содержание их соответствует санитарно-гигиеническим требованиям.

2) Метод молярного коэффициента поглощения. При работе по этому методу определяют оптическую плотность нескольких стандартных растворов А _ст , для каждого раствора рассчитывают:

e = А _ст / ( l с _ст ) и полученное значение e усредняют. Затем измеряют оптическую плотность анализируемого раствора А _х и рассчитывают концентрацию с _х по формуле

с_х= А _х* е

Ограничением метода является обязательное подчинение анализируемой системы закону Бугера-Ламберта-Бера , по крайней мере, в области исследуемых концентраций.

3. Метод градуировочного графика. Готовят серию разведений стандартного раствора, измеряют их поглощение, строят график в координатах А _ст – С _ст . Затем измеряют поглощение анализируемого раствора и по графику определяют его концентрацию.

4) Метод добавок. Этот метод применяют при анализе растворов сложного состава, так как он позволяет автоматически учесть влияние «третьих» компонентов. Сущность его заключается в следующем. Сначала определяют оптическую плотность А _х анализируемого раствора, содержащего определяемый компонент неизвестной концентрации с_х , а затем в анализируемый раствор добавляют известное количество определяемого компонента ( с_ст ) и вновь измеряют оптическую плотность А _х+ст . Концентрацию рассчитывают, исходя из разницы оптической плотности между исходным раствором и раствором с добавкой.

5) Метод дифференциальной фотометрии. Если в обычной фотометрии сравнивается интенсивность света, прошедшего через анализируемый раствор неизвестной концентрации, с интенсивностью света, прошедшего через растворитель, то в дифференциальной фотометрии второй луч света проходит не через растворитель, а через окрашенный раствор известной концентрации – так называемый раствор сравнения.

Контрольные вопросы и задания.

1. На чем основывается абсорбционная спектроскопия, и какие разновидности ее существуют?

2. Что представляет собой оптическая плотность раствора, от чего зависит ее величина?

3. Охарактеризуйте различные методы количественного анализа.

4. Постройте градуировочную кривую к приведенному примеру.

Лабораторная работа № 19

Приборы для анализа компонентов ОС, действие которых основано на различных характеристиках световых волн

Дата добавления: 2022-07-02; просмотров: 35; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!