ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Где: I – интенсивность потока света, прошедшего через раствор; Iо – интенсивность потока света, падающего на раствор; e – коэффициент поглощения света – постоянная величина, зависящая от природы растворенного вещества (молярный коэффициент поглощения); с — молярная концентрация окрашенного вещества в растворе; l – толщина светопоглощающего слоя раствора (см.).

физический смысл закона Бугера — Ламберта — Бера состоит в следующем: растворы одного и того же окрашенного вещества при одинаковой его концентрации и толщине слоя, а также при прочих равных условиях поглощают одну и ту же долю падающего на них света. Иначе говоря, светопоглощение таких растворов одинаково.

Если прологарифмировать приведенное выше уравнение и изменить знаки на обратные, то оно принимает следующий вид:

Следовательно, поглощающая способность раствора прямо пропорциональна концентрации окрашенного вещества и толщине слоя раствора. Это означает, что при одинаковой толщине слоя раствора и других равных условиях поглощающая способность тем больше, чем выше концентрация в растворе окрашенного вещества. Т.е. если сравнивают два раствора с различной концентрацией какого-нибудь окрашенного вещества, то одинаковая интенсивность окраски этих растворов достигается при толщине их слоев, обратно пропорциональной концентрациям.

Таким образом, зная концентрацию стандартного раствора, легко вычислить концентрацию испытуемого.

Следует иметь в виду, что закон Бугера — Ламберта — Бера справедлив для весьма разбавленных растворов и область применения его ограничена рядом факторов (изменением концентрации водородных ионов, присутствием посторонних электролитов, разбавлением раствора или изменением его температуры).

Вследствие быстроты определений, простоты методики, чувствительности и селективности многих реакций, применяемых в фотометрии, она получила широкое распространение. Чаще всего эту методику применяют для определений микроколичеств (следов, примесей) различных элементов в почвах, растительном материале, рудах, сплавах, химических реактивах.

Интенсивность окраски растворов при фотометрировании оценивают визуальными и фотоколориметрическими методами.

Визуальные методы недостаточно надежны, так как результат измерения окраски растворов зависит при этом от субъективных особенностей наблюдателя. Более объективно оценивается интенсивность окраски фотоэлектрическими методами, позволяющими заменить глаз наблюдателя фотоэлементом. Как те, так и другие методы весьма многообразны.

Фотоколориметрический метод

Фотоколориметрический метод оценки интенсивности окраски растворов основан на использовании фотоэлемента. В последнем слой полупроводника (например, селена, сульфида серебра или другого вещества) нанесен на металлическую пластинку. Световой поток, попадая в фотоэлемент, возбуждает электрический ток, сила которого определенным образом зависит от интенсивности освещения. Непосредственное наблюдение окраски заменяется показаниями гальванометра. Существуют фотоэлектроколориметры двух типов: прямого действия или однолучевые (с одним оптическим каналом) и днфференциальные, т.е. двулучевые (с двумя оптическими каналами). Первые имеютодин фотоэлемент, а вторые – два и называются фотоэлектроколориметрами с оптической или электрической компенсацией.

Однолучевые фотоколориметры нормально работают только при постоянной интенсивности света. Но даже небольшие колебания тока в цепи резко изменяют силу света у лампы накаливания. Поэтому однолучевые фотоколориметры требуют отдельного источника тока. А для питанияих лампы применяют стабилизатор тока.

По показанию стрелки микроамперметра находят поглощающую способность испытуемого раствора (A_x). Кроме того, определяют поглощающую способность стандартного раствора (A₀). Концентрацию испытуемого раствора вычисляют по формуле:

N_x = N₀(A_x)/ (A₀)

Иногда вместо этого находят поглощающую способность целой серии стандартных растворов с постоянно увеличивающимися концентрациями определяемого иона. По найденным величинам строят градуировочный график (рис. 1), который и служит для графического определения концентрации иона в испытуемом растворе.

Рис. 1.Градуировочный график

Более совершенны фотоэлектрические колориметры с двумя фотоэлементами, например колориметры ФЭК-М, ФЭК-56, ФЭК-56М 342 или ФЭК-Н-57. Получаемые с их помощью измерения меньше зависят от колебания тока в цепи. Общий принцип действия двулучевых фотоэлектроколориметров заключается в следующем: в одной кювете находится окрашенный раствор, а в другой — чистый растворитель, в результате у фотоэлементов возникает определенная разность фотоэлектрических токов, которую измеряют по шкале. В фотоколориметрах разных марок применяют различные схемы измерений.

Двулучевые фотоколориметры особенно удобны при массовых определениях какого-нибудь элемента. Измеренияих вполне объективны, но им присуще явление "утомления" – чувствительность фотоэлементов зависит от спектральной характеристики света и т.п.

Необходимость применения светофильтров при колориметрировании обусловлена следующими причинами. Известно, что свет, проходящий через окрашенный раствор, не является монохроматическим, т.е. не представляет собой света определенной длины волны. Он состоит из лучей более или менее широкой области спектра. Окрашенный раствор поглощает не все лучи спектра в одинаковой степени. Часть лучей света поглощается раствором сильно, а другая часть – почти совсем не поглощается. Иначе говоря, окрашенные соединения избирательно поглощают видимые лучи и в видимом спектре этих соединений наблюдаются полосы поглощения.

Светофильтры пропускают из сложного излучения лишь ту часть спектра, которая поглощается окрашенным раствором, но задерживают остальную часть его.

При помощи светофильтров удается выделить ту спектральную область, в которой расположен максимум поглощения в спектре исследуемого вещества.

Правильный подбор светофильтров имеет большое значение для результатов колориметрического определения. Светофильтр должен иметь окраску, дополнительную к окраске анализируемого раствора. Ориентировочно светофильтры подбирают по следующей схеме:

Фотоэлектроколориметр КФК-2 (рис. 2) служит для измерения поглотительной способности и коэффициентов пропускания растворов в широком диапазоне длин волн 310 –980 нм, выделяемых светофильтрами, которых у него одиннадцать. Концентрацию веществ в растворах определяют методом построения градуировочных графиков. Диапазон измерения коэффициентов пропускания в этом приборе 100 – 5%, а поглотительной способности 0 – 1,3%.

Рис.2. Внешний вид фотоколориметра КФК-2: 1 - микроамперметр; 2 - кюветная камера; 3 -тумблер включения прибора; 4 - рукоятка чувствительности "грубо" и "точно"; 5 - переключатель фотоприемников; 6 - ручка смены кювет, 7 - ручка переключения длин волн; 8 - источник освещения.

ЛАБРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИ В РАСТВОРЕ

Определение содержания Сu²⁺ в растворах представляет большой практический интерес. Соли меди широко применяют в сельском хозяйстве как ядохимикаты. Кроме того, ион Сu²⁺ входит в состав медных микроудобрений.

Фотометрические определения меди выполняютаммиачным,ферроцианидным и другими методами. Аммиачный метод основанна образовании ионом Сu²⁺ с аммиаком комплекса ([Cu(NH₃)₄]²⁺, окрашенного в интенсивно-синий цвет. Окраска его достаточно устойчива. Колориметрировать раствор можно любым из рассмотренных способов.

Перед определением концентрации меди в растворе необходимо построить градуировочный график, пользуясь специальным растворителем и стандартным раствором соли меди.

Мы поможем в написании ваших работ!