Определение концентрации вещества в растворе. Экспериментальные подходы

1. Если известно значение коэффициента молярной экстинкции _ для исследуемого вещества при длине волны монохроматического света в максимуме поглощения (или в одном из максимумов поглощения, если их несколько) - то, зная ширину кюветы (или длину оптического пути – l в см), которая обычно указывается на ее боковой стенке, можно рассчитать концентрацию исследуемого вещества по формуле:

С = D/l Для многих веществ значения _ можно найти в спектральном справочнике.

2. Если есть возможность приготовить стандартный раствор вещества с известной концентрацией (С_ст ), то можно определить концентрацию вещества в исследуемом растворе (С_х ), не зная _ . В этом случае можно использовать следующие расчеты:

D_ст = С_стl ; D_х = С_хl ; D_x/D_cт = С_х l/C_стl ; => С_х = D_xC_cт/D_ст

Измерения D_ст и D_х следует проводить в одинаковых условиях: при одной и той же длине волны, в одном и том же растворителе, при одинаковой толщине кюветы.

3. Графический метод, основан на построении и использовании калибровочного графика в координатах D = f (C). Для построения калибровочного графика измеряют оптическую плотность серии разведений данного вещества с известной концентрацией. Получаемый график линеаризуют с использованием метода наименьших квадратов. Тангенс угла наклона ( tg_ ) полученной калибровочной прямой равен _l (при l = 1 см tg_ = _). Измерив оптическую плотность исследуемого раствора, можно по калибровочному графику определить молярную концентрацию вещества, в исследуемом растворе.

Определение концентраций веществ в составе смеси.

С помощью абсорбционного анализа можно определять концентрации нескольких веществ в составе смеси при условии, что характеристики спектров поглощения веществ, входящих в состав смеси, различны и вещества, находясь в смеси, не взаимодействуют между собой. В основе этого лежит закон аддитивности оптических плотностей веществ в составе смеси. Измеряемая оптическая плотность смеси представляет арифметичекую сумму оптических плотностей ее компонентов в составе смеси при одной и той же длине волны. В случае двухкомпонентной системы (вещества А и В) оптическую плотность смеси (D) из данных веществ можно представить в следующем виде:

D = D_A + D_B = _AС_Al + _BС_Bl

Измеряя D при двух длинах волн ( обычно выбирают длины волн, соответствующие максимумам поглощения веществ в составе смеси) и зная молярные коэффициенты поглощения обоих компонентов при этих длинах волн, можно определить концентрации веществ, находящихся в смеси, из системы двух уравнений:

D^1 = _A^1 C_A l + _B^1 C_B l (1) и D^2 = _A^2 С_A l + _B^2 C_B l (2)

Решение этой системы уравнений дает следующие выражения для концентрации веществ:

D^1 _B^2 - D^2 _B^1

С_A =

_A^1 _B^2 - _A^2 _B^1

D^2 _A^1 - D^1 _A^2

C_B =

_A^1 _B^2 - _A^2 _B^1

Выбранные длины волн ₁ и ₂ должны быть такими, чтобы молярные коэффициенты поглощения компонентов смеси при этих длинах волн различались максимально:

при ₁ _A >> _B , т.е. при данной длине волны поглощает свет преимущественно компонент А,

при ₂ _B >> _A, т.е. при данной длине волны поглощает свет преимущественно компонент В.

Чем больше разность между выбранными длинами волн и чем резче выражены максимумы полгощения , тем выше точность определения концентраций вещест, находящихся в составе смеси.

Аналогичным способом определяется концентрация веществ в многокомпонентных смесях (число длин волн, при которых проводят определения, равно числу компонентов смеси), однако точность определений резко уменьшается с увеличением числа компонентов.

В случае, если молярные коэффициенты экстинкции неизвестны, их следует определить, измерив оптические плотности стандартных растворов известной концентрации для каждого из компонентов при ₁ и ₂.