АБСОРБЦИОННЫЙ ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Оптические методы анализа основаны на использовании явлений испускания электромагнитного излучения атомами или молекулами исследуемого вещества или взаимодействия этого излучения с веществом. Так как природа излучения зависит от качественного и количественного состава вещества, то это позволяет проводить его анализ.

По характеру взаимодействия излучения с исследуемым веществом (по поглощению излучения) и способу его измерения различают: абсорбционную спектроскопию; нефелометрию; турбидиметрию; люминесцентный анализ.

В фотометрическом анализе используют поглощение электромагнитного излучения в УФ, видимой и ИК -областях спектра. Наибольшее распространение получили фотометрические методы анализа, основанные на поглощении в видимой области спектра, Т.е. в интервале длин волн 400 - 780 нм. Это объясняется возможностью получения множества интенсивно окрашенных органических и неорганических соединений, . при годных для их фотометрического определения в видимой области спектра с помощью достаточно несложных и относительно недорогих приборов.

Химические реакции, используемые в фотометрическом анализе, несмотря на различия в их химизме, должны обязательно сопровождаться возникновением или ослаблением светопоглощения раствора. Как и каждая реакция, используемая в количественном анализе, цветная реакция должна протекать избирательно, быстро, полностью и воспроизводимо. Кроме того, окраска образующейся аналитической формы должна быть устойчивой во времени и к действию света, а поглощение раствора, несущее информацию о концентрации поглощающего вещества, должно подчиняться физическим законам, связывающим поглощение и концентрацию, конкретно закону Бугера - Ламберта - Бера.

При прохождении потока излучения через частично поглощающую среду интенсивность прошедшего потока I согласно закону Бугера - Ламберта - Бера равна

где I₀ - интенсивность падающего потока;

ε - молярный коэффициент поглощения при данной длине волны;

I - толщина поглощающего слоя;

с - концентрация поглощающего вещества, моль/дм^З.

Или в логарифмической форме: lgI = lgI₀ - εlc

Lg(I/I₀) = A = εlc

Величину lg(I/I₀), характеризующую поглощающую способность вещества в растворе, называют оптической плотностью. В аналитической практике, стремясь подчеркнуть сущность процесса, лежащего в основе фотометрического определения, а именно поглощение квантов электромагнитного излучения оптического диапазона аналитической формой, эту величину называют поглощением или светопоглощением и обозначают буквой А. Для раствора поглощающего вещества при постоянных концентрациях и толщине поглощающего слоя А зависит от длины волны. Серию аналитических определений выполняют при постоянной толщине поглощающего слоя.

На основе закона Бугера - Ламберта - Бера разработан ряд фотометрических методов по определению концентрации вещества в окрашенном растворе.

Работа 1. Определение содержания меди (11) в растворе методом градуировочногографика

Цель работы: изучение явления поглощения света веществом, устройства и принципа действия двухлучевого фотоколориметра и определение с его помощью концентрации растворов.

Задача: Определить массу меди в растворе сульфата меди методом градуировочного графика.

Приборы и реактивы:

Фотоэлектроколориметр ФЭК-56, мерная колба на 1000 мл, 7 мерных колб на 50 мл, пипетка, фильтровальная бумага; сульфат меди CUS 04-5 Н₂О, концентрированная серная кислота, раствор аммиака, дистиллированная вода.

Определение меди Си²+ В растворах представляет большой практический интерес: оно про водится на предприятиях текстильной промышленности, цветной металлургии, при анализе промышленных сточных вод и др. Соли меди СП) широко применяют в сельском хозяйстве как ядохимикаты. Кроме того, ион Си²+ входит В состав медных микроудобрений.

Фотометрические определения меди выполняют аммиачным, ферроцианидным и другими методами. Аммиачный метод основан на образовании ионом Си²+ с аммиаком комплекса [Сu(NНЗ)4]2+, окрашенного в интенсивно-синий цвет.

Фотоэлектроколориметр ФЭК-56 работает по двухлучевой схеме, предназначен для определения концентрации вещества в окрашенных или коллоидных растворах путем сравнения их оптической плотности с оптической плотностью стандартных растворов в диапазоне длин волн 315-670 нм.

Оптическая схема двухлучевого фотоэлекrpoколориметра ФЭК - 56

1. 

5'

Q.

1- ИСТОЧlШК излучения; 2 - светофильтр; 3 - делитель светового потока; 4 и 4 '- конденсорные линзы; 5 и 5' - зеркала; 6 и 6 '- кюветы; 7 и 7 '- диафрагмы; 8 и 8 ' - линзы; 9 и 9' - фотоприемники световой энергии; 10- микроамперметр

От источника излучения 1 свет проходит через светофильтр 2 и разделяется призмой 3 на два равных пучка, которые, пройдя конденсорные линзы 4 и 4' направляются зеркалами 5 и 5' на кюветы 6 и 6'. Затем световые пучки проходят щели диафрагм 7 и 7', линзы 8 и 8'и попадают на фотоприемники световой энергии 9 и 9', которые соединены с микроамперметром 1 О по компенсационной схеме. В качестве приемников световой энергии используются сурьмяно­цезиевые фотоэлементы Ф-4.

В правый световой пучок могут включаться последовательно одна или другая кюветы (с раствором или растворителем).

Правый световой пучок является измерительным, левый - компенсационным.

Внешний вид фотоэлектроколориметра ФЭК-56

5

8

5

6

1- микроамперметр,

2- переключатель шторки,

3- рукоятка чувствительности,

4- рукоятка переключения кювет, 5- барабаны,

6- рукоятка чувствительности,

7 - рукоятка «ноль» микроамперметра, 8- рукоятка светофильтра.

Кюветодержатели.

В левом кюветодержателе устанавливается кювета с растворителем. В правом кюветодержателе устанавливаются две кюветы - с растворителем и испытуемым раствором. Переключение кювет в правом световом пучке про водится поворотом рукоятки 4 до упора. Раствор в кюветы наливается до метки.

Измерительные диафрагмы с отсчетными барабанами.

Диафрагма состоит из двух металлических пластинок с прямоугольными вырезами. При вращении барабана обе пластинки двигаются в противоположные стороны, меняя величину светового потока.

На барабане нанесены две шкалы. Одна шкала - черная - называется шкалой коэффициента светопропускания. Другая шкала - красная - соответствует оптической плотности А.

Общие правила эксплуатации прибора

1. Измерения на приборе можно начинать спустя 10-15 минут после включения питающего устройства, так как это время необходимо для установления стабильного режима работы электросхемы прибора.

2. Рабочие поверхности кювет должны перед каждым измерением тщательно протираться.

При установке кювет в кюветодержатели нельзя касаться пальцами рабочих участков поверхностей (ниже уровня жидкости в кювете). Наличие загрязнений или капель раствора на рабочих поверхностях кюветы приводит к получению неверных результатов измерений.

3. Если в процессе работы светофильтр меняется на другой, то измерения следует производить не ранее, чем через 1 минуту после смены светофильтра.

4. После выполнения работы выключить прибор и вымыть кюветы проточной водой.

Техника безопасности

1. Приступить к выполнению работы только после изучения методической разработки.

2. Не открывать кюветную камеру при открытой шторке.

3. Работать только с заземленным прибором. При поражении током обесточить цепь: вынуть вилку из розетки либо выключить рубильник.

Порядок выполнения работы

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

1. Приготовление стандартного раствора соли меди.

3,927 г химически чистого сульфата меди CuS0₄'5H₂0 переносят в мерную колбу вместимостью 1000 МЛ, растворяют, приливают 5 мл концентрированной серной кислоты (пл. 1 ,84 г/cм³) и доводят водой до метки. В 1 мл этого раствора содержится 1 мг иона Си²+.

2. Построение градyuровочного графика.

В шесть мерных колб вместимостью по 50 мл отмерьте пипеткой соответственно 25, 20,15,10,5 и 2,5 мл стандартного раствора соли меди. В каждую из колб прибавьте по 1 О мл разбавленного (1 :3) раствора аммиака и доведите объемы дистиллированной водой до метки.

Измерение оптической плотности стандартных растворов.

1. Включить прибор в электросеть и прогреть 15 мин.

2. Закрыть шторки (2).

3. Рукоятку светофильтра (8) поставить в положение «7» (желтый светофильтр).

4. При закрытых шторках (2) поставить рукоятку чувствительности (6) в среднее положение.

5. Ручкой (7) стрелку на амперметре привести в положение «О» (при закрытых шторках).

6. На барабанах (5) установить «О» по красной шкале.

7. Рукоятку (3) поставить в положение «3».

8. Поставить воду в кюветах в держатели кювет. Рукояткой (4) установить их в проходящем свете, закрыть крышку, открыть шторки.

9. Установить стрелку на микроамперметре (1) в положение «О», вращая правый барабан (5).

Затем правый барабан больше не трогать!

10. Закрыть шторки, открыть крышку. Поставить первый стандартный раствор (имеющий наи­большую концентрацию меди) в правый держатель кювет и перевести его в нужное положение (в поток световых лучей). закрыть крышку, откpыть шторки. Вращая левый барабан (5) установить стрелку на микроамперметре (1) в положение «О». Сделать отсчет по красной шкале левого барабана и записать.

11. Аналогично определить оптическую плотность остальных стандартных растворов, данные занести в таблицу.

	1		2		3			4	5	6	Исп. р-р
С,мг/мл	0,5		0,4		0,3			0,2	0,1	0,06
А

Таблица. Оптическая плотность растворов

Измерив оптическую плотность А всех растворов, постройте градуировочный график. При этом по горизонтали оси откладывайте известные концентрации ионов Си²+ (т.е. 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1; 0,06 мг меди в 1 мл), а по вертикальной - соответствующие им оптические плотности растворов.

Градуировочный граqик

А

о

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

С, мг/мrr

3. Определение меди в исследуемом растворе.

В колбу с исследуемым раствором (получить у лаборанта) прилейте разбавленный раствор (1:3) аммиака в объеме 10 мл и доведите объем в колбе водой до метки.

Раствор тщательно перемешайте, наполните им кювету с рабочей шириной 1 см и измерьте его оптическую плотность при тех же условиях, при каких был получен градуировочный график.

Зная величину оптической плотности, найдите по градуировочному графику концентрацию иона Cu²⁺ в миллиграммах на 1 мл раствора. Умножив ее на объем всего анализируемого раствора (50 мл), вычислите общую массу меди.