img-503161453

§ 6. Оборудование рабочего места для колориметрических определений

На рабочем месте для колориметрических определений преду­ сматривается выполнение целого ряда анализов, поэтому оно должно быть достаточно просторным, хорошо освещенным и с под­ водкой тока для подключения компаратора, фотоэлектроколори­

метра и т. д.
Н а . столе устанавливают полку-штатив	для цилиндров Нес­
слера, полку-стойку со штативом-горкой и	отдельными полками

для размещения растворов и реактивов, гнездо для хранения

шкалы	pH, размещают	оптические	и электрические	приборы
(ФЭК,	рН-метр и др.),	стабилизаторы	которых могут	крепиться

на переборках (стене) или под крышкой стола. На столе преду­ сматривается крепление для штатива с цилиндрами Генера и другого оборудования. Пример оборудования рабочего места дляколориметрических определений дан на рис. 61.

В ящиках и тумбах лабораторного стола хранят запасное и общелабораторное оборудование, необходимое для колориметрирования, бланковый материал, таблицы, справочную литературу

ит. п.

Взависимости от имеющейся площади, посуды и приборов мо­ гут быть и другие варианты оборудования места для колоримет­ рических определений, но при любом размещении необходимо стремиться к удобству работы, компактности и надежности креп­ лений.

§ 7. Работа с фотоэлектроколориметром

Фотоэлектроколориметр предназначен для измерения оптиче­ ской плотности или процента светопропускания жидких окрашен­ ных растворов и широко применяется в гидрохимической прак­ тике при колориметрических определениях. Наиболее удобны при

гидрохимических работах фотоэлектроколориметры типа	ФЭК-56
и ФЭК-М (для стационарной лаборатории).
Чувствительность и точность ФЭК в три-четыре раза	выше

визуального колориметрирования. ФЭК прост в обращении и дает
большую экономию во времени, так	как отпадает	необходимость
в приготовлении для каждой серии	стандартных	растворов.

Применение прибора исключает индивидуальные (субъектив­ ные) погрешности, связанные со временем. Прибор хорошо ра­ ботает в лабораторных и судовых условиях. Питание ФЭК от сети переменного тока напряжением 220 В через специальное пи­

тающее устройство.	Вес прибора 10,5	кг, питающего	уст­
ройства — 12 кг.	и принцип действия	прибора. Световой	пу­
Оптическая схема

чок (рис. 62) от источника света 1, пройдя через светофильтр 11, попадает на призму 10, которая делит его на два: левый и правый. Так как источник света помещен в фокусе линз 9, то

191

61, Рабочее место для колориметрических определений.

световые пучки, отразившись от зеркал 4, пройдя через линзы, выходят параллельными. Далее параллельные пучки света идут через кюветы 8 и падают на линзы 6, в фокусе которых помещены матовые стекла 3, а за ними фотоэлементы Ф-4 5. В правый свето­ вой пучок могут включаться кювета с раствором или с эталоном. Раздвижная диафрагма 2 в правом пучке света при вращении связанного с ней барабана меняет свою площадь, меняя тем са­ мым интенсивность светового потока, падающего на правый фо­ тоэлемент. Раздвижная диафрагма 7 в левом пучке служит для ослабления интенсивности светового потока левого фотоэлемента.

Правый световой пучок является измерительным, левый — ком­ пенсационным.

Принцип измерения оптической плотности состоит в том, что на фотоэлементы направляются поочередно полный световой по­ ток и поток, пропущенный через исследуемый раствор, и опре­ деляется отношение этих потоков. Для этого в правый световой поток помещают кювету с исследуемым раствором. Раздвижная

правая	диафрагма	при этом полностью			открыта ■— отсчет	«О» по
шкале	оптической	плотности.	В	левый	пучок помещают	кювету
с растворителем		(эталоном),	а	левая	раздвижная диафрагма

также полностью открыта. Вследствие поглощения света на пра­ вый фотоэлемент будет падать световой поток меньшей интенсив­ ности, чем на левый. Сектор индикаторной лампы будет либо разомкнут, либо перекрыт. Вращая барабан левой диафрагмы, уравнивают интенсивность обоих световых потоков (сектор инди­ каторной лампы сомкнут). После этого кювету с исследуемым раствором заменяют кюветой с эталоном, при этом фотометриче­ ское равновесие вновь нарушается. Вращая барабан правой

13 З ак аз № 364

193

диафрагмы, выравнивают световые потоки до тех пор, пока сек­ тор индикаторной лампы не сомкнется. Полученный по шкале правого барабана отсчет и даст величину оптической плотности раствора. ■■■■<■. -

Устройство прибора. На рис. 63 и 64 изображен общий вид ФЭК-56— наиболее удобного для гидрохимических работ в море

Рис. 63. Общий вид ФЭК-56 (спереди).

прибора. Прибор состоит из отдельных узлов, вмонтированных

в корпус.

Осветитель. С задней стороны корпуса устанавливается осве­ титель 3 с котировочными винтами 4. В корпус осветителя по па­ зам вдвигаются панели 8 и 18 с лампой накаливания 1 или

Рис. 64. Общий вид ФЭК-56 (сзади).

ртутно-кварцевой лампой 7. Регулировка и закрепление ламп осуществляются винтом 15 и гайкой 14. Сверху и с боков имеются вентиляционные окна 12.

Светофильтры. Девять светофильтров вмонтированы в диск, укрепленный на задней стенке корпуса прибора. Включение свето­

194

фильтров в световой пучок осуществляется вращением рукоятки 10. Замену светофильтров производят через крышку 5.

Прибор имеет девять светофильтров:

Длина волны (нм),

соответствующая № светофильтра максимуму пропуска­

ния

1315

2364

3400

4434

5490

6540

7582

8612

9630

Перекрывается световой поток шторкой поворотом руко­ ятки 20.

Узел кюветодержателя. В левом кюветодержателе устанавли­ вается одна кювета, в правом — две кюветы. Переключение кювет в правом держателе производится поворотом рукоятки 21 до упора. К прибору прилагается несколько комплектов кювет с рас­ стоянием между рабочими гранями 50, 30, 20, 10, 5, 1 мм. В гид­ рохимической практике преимущественно используют кюветы с рабочими гранями 50 мм.

Индикаторная лампа расположена в корпусе прибора на на­ клонной плоскости в окошке 19.

Питающее устройство. Питающее устройство (рис. 65) обеспе­ чивает достаточное постоянство напряжения питания лампы и усилителя и соединяется с прибором посредством штепсельного разъема 6. Все основные узлы питающего устройства: стабили­ затор, выпрямитель и дроссель — смонтированы на массивном

13*

195

основании 3 и закрыты кожухом 2, на боковых стенках которого имеются вентиляционные окна. На вилке 1, посредством которой питающее устройство включается в сеть, выведен контакт с гай­ кой к которой подсоединяется заземляющий проводник. Тумблер 5 поставлен для блокировки включения лампы, а выключа­ тель 4, снабженный предохранителем на 5 А, включает сетевое напряжение.

Работа с прибором. Прежде чем начать работу, необходимо

произвести проверку прибора.

Предварительная проверка прибора. Через 20—30 мин после включения прибора проверяют фотоэлементы в следующем по­

рядке:
а)	включают светофильтр № 6,
б) открывают шторку,		барабана 22 отсчет
в)	устанавливают на шкале правого		«80»,
г)	поворачивают левый барабан 6 до смыкания сектора		инди­
каторной лампы,
д) изменяют установку шкалы правого барабана до полного
размыкания сектора.. Отсчет при этом		должен лежать в преде­
лах 73—87-го деления.		схемы устанавливают от­
Для проверки стабильности работы

счет по правому барабану на «80» и, вращая левый барабан, доби­ ваются смыкания сектора. Ожидают. 2 мин и снова смыкают сек­ тор правым барабаном. Отсчет должен лежать в пределах 79,5— 80,5. Если, это условие выполняется — схема, стабильна, если нет — требуется замена фотоэлементов.

Измерение оптической плотности раствора. Сначала устанав­ ливают «Электрический нуль раствора». Д ля этого шторкой пере­ крывают световые пучки и рукояткой 9 сводят сектор индикатор­ ной лампы к сомкнутому положению.

В левом пучке света на все время измерения устанавливается кювета с растворителем (дистиллированная или морская вода), а в правом помещается исследуемый раствор. Индекс правого ба­ рабана устанавливают на отсчет «О» по шкале оптической плот­ ности (в гидрохимической практике принято измерять оптическую плотность). Вращая левый барабан, добиваются смыкания сек­ тора индикаторной лампы. Если смыкания получить не удается, то в правый световой поток включают нейтральный светофильтр. Затем в правом пучке кювета с исследуемым раствором заменя­ ется растворителем (таким же, как и в левом пучке), сектор инди­ каторной лампочки при этом расходится или перекрывается. Тогда вращением правого барабана добиваются сомкнутого положения сектора индикаторной лампочки и отсчитывают по шкале правого барабана величину оптической плотности исследуемого раствора.

Записав отсчет, из кюветы выливают исследуемый раствор и заменяют следующим, предварительно ополоснув кювету исследу­ емой водой.

Для выбора светофильтров необходимо пользоваться рекомен­ дациями при описании соответствующих анализов. Это должно

196

стать правилом, так как в противном случае при работе на раз­ ных светофильтрах результаты будут несравнимыми.

Построение калибровочного графика. Для определения кон­ центрации исследуемых растворов необходима предварительная градуировка (калибровка) прибора по стандартным растворам известной концентрации. Для этого готовят стандартные1растворы данного вещества (по методике для соответствующего анализа) с известной концентрацией, охватывающей диапазон возможных изменений концентрации. Стандартные растворы готовят на очи­

щенной		дистиллированной (бидистиллированная,			деминерализо­
ванная)		или очищенной	морской	(бесфосфатная,	бескрёмневая
и	др.)	воде. Затем в стандартные		растворы добавляют реактивы
и	после развития окраски		измеряют оптическую		плотность всех

стандартов против «холостой» пробы в левой кювете. «Холостая» проба представляет собой воду, на которой готовились указанные стандартные растворы .(т. е. очищенную дистиллированную или морскую) и в которую добавлены те же реактивы. Определив оп­ тическую плотность стандартов и записав результат, готовят новую серию таких же стандартов и делают повторное определение их оптической плотности.

Калибровочный график строится по средним, значениям двух параллельных определений оптической плотности стандартов. По оси абсцисс откладывают известные концентрации стандартных растворов, а по оси ординат — соответствующие им значения оп­ тической плотности (рис. 66). Калибровочный график должен про­ веряться не реже одного раза в месяц и обязательно каждый раз при приготовлении новых растворов.

Определение концентрации веществ в пробе. Измерение на при­ боре можно начинать через 20—30 мин после его включения. В те­ чение этого времени электросхема прибора должна прогреться. После этого необходимо проверить фотоэлементы и стабильность схемы, как это описывалось выше, и установить выбранный для данного анализа светофильтр.

Во время прогрева прибора подготавливают пробы и после раз­ вития в них окраски приступают к определению оптической плот­ ности проб против кюветы, заполненной морской водой (очищен­ ной) без добавления реактивов— без окрашивания.

Перед заполнением кювет необходимо следить, чтобы перед каждым измерением рабочие поверхности кювет вытирались, а при их установке в держатель пальцы не касались рабочих поверх­ ностей.

Если при работе с некоторыми светофильтрами световой поток оказывается чрезмерно высоким, что приводит к нестабильной ра­ боте прибора (не смыкается сектор индикатора), необходимо на его пути установить нейтральные светофильтры. Они устанавлива­ ются в световые окна в кюветном отделении.

Концентрацию вещества в пробе снимают с калибровочного гра­ фика по измеренным значениям оптической плотности.

197

Необходимо помнить, что если определение оптической плотно­ сти производилось против кюветы с морской водой, то следует пользоваться графиком, стандарты которого были приготовлены

В

0,16г

0,12

0,08
0,04
О	10	20	30	40 мкг Р/л
	№	Стандарт	Оптическая плотность
	1	5		0,018
	2	10		0>037
	3	15		0,054
	4	20		0,073
	5	30		0,109
	6	40		0,U3
Рис. 6 6 . Калибровочная		кривая ФЭК-56.	Фосфор. Светофильтр № 6 .

Кювета 50 мм. Стандарты на дистиллированной воде.

на морской очищенной воде. Если график-построен по стандартным растворам, приготовленным на бидистиллированной воде, то при определении концентрации вещества в исследуемых пробах в левую кювету следует наливать бидистиллированную воду.

§8. Работа со спектрофотометром СФ-4

Вгидрохимической практике начали применять и абсорбци­ онный спектрофотометрический метод, чувствительность которого более чем в 10 раз выше фотоэлектрометрического метода.

Нашей промышленностью выпускается для спектрального ана­ лиза аппаратура различных марок, но для колориметрических оп­ ределений в гидрохимии по своим параметрам больше всего под­ ходят спектрофотометры типа СФ-4 и СФ-4а.

Принцип метода. Спектрофотометрический метод аналогичен фотоэлектроколориметрическому и основан на изменении степени светопропускания или оптической плотности в растворах различной концентрации.

198

Оптическая схема. В спектрофотометре используется монохро­ матор с кварцевой 30-градусной диспергирующей призмой. Для анализа элементов, спектральные линии которых находятся в обла­ сти видимых лучей, используется лампа накаливания типа СЦ-98, а для ультрафиолетовых лучей применяется водородная лампа типа ВС-25. Для градуировки шкалы длин волн применяется ртутно-ге­ лиевая лампа ДРГС-12. Переход от одной области спектра к дру­ гой производится ручкой «Установка волны», а сила света регули­ руется р1учкой «Размер щели».

Оптическая схема СФ-4 представлена на рис. 67. Свет от источ­ ника 2 попадает на зеркальный конденсор 3, который собирает свет

и в виде пучка направляет его на плоское зеркало 6. Зеркало от­ клоняет пучок света на 90° и направляет его через линзу 5 на вход­ ную щель 4 и зеркальный объектив 1. Отраженный от зеркального объектива параллельный пучок света попадает на диспергирующую призму 7, которая разлагает его в спектр и направляет в щель. Пройдя призму под углом, близким к углу наименьшего отклоне­ ния, лучи фокусируются объективом на выходную щель 8, которая расположена под входной щелью.

Вращая призму при помощи ручки 25 (рис. 68), получаем на выходе монохроматора свет различных длин волн, которые после выходной щели проходят линзу 9 (рис. 67), светофильтр 10, через прозрачную кювету с исследуемой водой 11 и через окно защитной

пластинки 12 попадают на фотоэлемент 13.

Электрическая схема. В спектрофотометре применяется нулевой метод измерения, который заключается в следующем.

Сигнал от фотоэлемента в виде электрического тока создает на входном сопротивлении падение напряжения, которое усиливается

199

ламповым усилителем и попадает на показывающий прибор, изме­ ряющий анодный ток ламп усилителя. На вход усилителя от спе­ циальной схемы поступает компенсирующее напряжение с обрат­ ным знаком. Компенсирующее напряжение увеличивается при помощи потенциометра до тех пор, пока оба сигнала, поступающие от фотоэлемента, питаемого батареями через потенциометр, не ста­ нут равны друг другу. Стрелка миллиамперметра в момент компен­ сации покажет нуль. Компенсирующий сигнал подается через ка­ либрованный делитель напряжения. Его значение, снимаемое со шкалы делителя, и является величиной интенсивности сигнала. Компенсация осуществляется потенциометром (реохордом) «От­ счет» при помощи ручки 4 (рис. 68), а величина шкалы этого

потенциометра 5 дает отсчет оптической плотности (или процента светопропускания). Компенсацию можно произвести и путем умень­ шения ширины входной или выходной щели, тем самым уменьшая световой поток, что вызывает уменьшение фототока. Щели изме­ няются ручкой 8, а их размеры отсчитываются на шкале 7. Ком­ пенсацию можно произвести и потенциометром «Чувствитель­ ность», при помощи ручки 21.

Компенсацию на нулевое отклонение стрелки миллиамперметра приходится производить даже тогда, когда фотокатод закрыт шторкой, потому что в анодной цепи фотоэлемента протекает так называемый «темновой ток», который отклоняет стрелку от нуля. Возвращают стрелку в нулевое положение вращением ручки .22. Величина темнового тока зависит от качества фотоэлемента, от из­ менения температуры и влажности воздуха. Температура в лабо­ ратории должна поддерживаться в пределах 15—20° С, а для уменьшения влажности применяется осушительный патрон 13 с силикагелем. Компенсация миллиамперметра является важным моментом при анализе на спектрофотометре и поэтому требует должного внимания.

200