Арки.Билеты. 1. Атомноэмиссионные спектры. Классификация метода атомноэмиссионной спектроскопии по методу атомизации. Основные характеристики линий эмиссионого спектра. Перечислите методы получения и регистрации атомноэмиссионных спектров
 Скачать 0.54 Mb.
|
1000 нм. Билет №2 1. Атомно-эмиссионные спектры. Классификация метода атомно-эмиссионной спектроскопии по методу атомизации. Основные характеристики линий эмиссионого спектра. Перечислите методы получения и регистрации атомно-эмиссионных спектров. Атомно-эмиссионная спектроскопия, АЭС или атомно эмиссионный спектральный анализ — совокупность методов элементного анализа, основанных на изучении спектров испускания свободных атомов и ионов в газовой фазе Обычно эмиссионные спектры регистрируют в наиболее удобной оптической области длин волн от |
| Дано: D= 1,25 l= 20мм х= 928 V= 500мл С=? | Для решения необходимо применить объединенный закон Бугера-Ламберта-Бера: D= хСl Отсюда С =  (моль/л) l = 20 мм = 2 см С =   6,73∙10-4 моль/л Ответ: а) |
| а) D=Т б)  | Решение Оптическая плотность является величиной обратной пропусканию Ответ: б) |
| а) 80% б) 8% | D =  Т =   0,8 В процентах: 0,8∙100 = 80% Ответ: а) |
Билет №3
1.Укажите значение метода пламенно-эмиссионной фотометрии, преимущества и недостатки этого метода. Нарисуйте принципиальную схему пламенного фотометра.
Пламенная фотометрия - один из видов эмиссионного анализа, основой которого является непосредственное измерение интенсивности спектрального излучения анализируемого образца, вводимого в пламя как в источник возбуждения. Величины, получаемые в результате фотометрических измерений, в конечном итоге зависят от концентрации определяемых элементов в пробе.
Фотометрическое измерение проводят при помощи соответствующей аппаратуры, включающей источник света (пламя) и систему для измерения излучения. Комплект такой аппаратуры называют фотометром для пламени.
Принцип метода заключается в следующем: раствор эжекцией с помощью сжатого воздуха, кислород которого является окислителем, поступает в смеситель вместе со светильным газом и дает пламя горелки с максимальной температурой 1700-1840. Схема прибора показана на рис.
Рис. Схема пламенного фотометра. 1- анализируемый раствор, 2 - смеситель с горелкой, 3 - линза, 4 - светофильтр, 5 - фотоэлемент, 6 – микроамперметр
Релаксируя с которого они испускают кванты электромагнитного поля с длиной волны 589.3 нм. Общая мощность, излучаемая атомами, описывается нелинейной функцией Больцмана, однако при постоянных параметрах процесса вырождается в линейную зависимость для малых и средних концентраций. При пламенно - фотометрическом анализе высоких концентраций кванты света принимаются соседними атомами, которые возбуждаются и вновь испускают кванты. Однако в этом процессе, который называют самопоглощением, несколько атомов в результате переизлучения испускают один квант и зависимость становится нелинейной, а метод теряет свою чувствительность. В связи с этим необходимо ограничиться малыми концентрациями, а для анализа высоких концентраций использовать разбавление.
2.На рисунке приведен ИК-спектр соединения, состав которого соответсвует общей формуле Сn H2n-2 О. Какое это соединение?
Ответ:
3500 см-1 - (валентные) и 1100 см-1 (деформационные колебания гидроксильной группы;
3300 см-1 - валентные колебания ацетиленового – С – Н фрагмента; 2850-2980 см-1 - валентные колебания метильной и метиленовой групп:
2350 см-1 - валентные колебания ацетиленовой связи – С = С - ;
1380 см-1 - деформационные колебания метильной группы; расщепление полосы позволяет сделать заключение о наличии гем-диметильной группы;
Отсутствие полосы в области 1460 см-1 , позволяет сделать заключение об отсутствии метиленовых групп.
Суммируя все вышесказанное, можно предположить, что искомым соединением является дизопропил ацетиленилкарбинол.
CH(CH3)2,
CH-C-OH
CH(CH3)2
3.Если оптическая плотность исследуемого раствора равна 1,25 рассчитать коэффициент пропускания.
| Дано: D= 1,25 l= 20мм х= 928 V= 500мл С=? | Для решения необходимо применить объединенный закон Бугера-Ламберта-Бера: D= хСl Отсюда С = (моль/л) l = 20 мм = 2 см С = 6,73∙10-4 моль/л Ответ: а) |
| а) D=Т б) | Решение Оптическая плотность является величиной обратной пропусканию Ответ: б) |
| а) 80% б) 8% | D = Т = 0,8 В процентах: 0,8∙100 = 80% Ответ: а) |
Билет №4
1.Дайте классификацию метода молекулярной спектроскопии. Молекулярно-абсорбционный анализ. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Обьясните физические и химические причины отклонений от закона поглощения.
Метод молекулярной абсорбционной спектроскопии основан на поглощении электромагнитного излучения молекулами анализируемого вещества.
Молекулярные спектры поглощения в отличие от атомных состоят из более широких полос, так как представляют собой сумму различных типов переходов молекулы из основного состояния в возбужденное.
Молекулярный абсорбционный анализ используют главным образом для определения компонентов, характеризующих пищевую и биологическую ценность продуктов (белков, углеводов, жиров, витаминов, кислот, минеральных веществ и др.), а также для оценки глубины процессов, протекающих при производстве и хранении продуктов (гидролиза, окисления,денатурации).
Рис. 11.2. Схема однолучевого фотоэлектроколориметра:
1 - источник света; 2 - линза; 3 - светофильтр; 4 - кювета с раствором сравнения; 4'-кювета с исследуемым раствором; 5 - фотоэлемент;6 - усилитель; 7 - гальванометр
При поглощении излучения молекулы переходят в возбужденное состояние:АВ+ hv —> АВ‘
Этот процесс сопровождается переходом валентных электронов на более высокоэнергетические электронные уровни. Электронные переходы связаны с поглощением строго определенных порций энергии, которая колеблется от 100 до 600 кДж/моль.
Основным законом, используемым в количественном абсорбционном анализе, является закон Ламберта-Бугера-Бера, связывающий интенсивность света, прошедшего через слой раствора светопоглощающего вещества, с концентрацией вещества и толщиной светопоглощающего слоя.
Закон Ламберта-Бугера-Бера применим только для монохроматического света, пучок которого должен проходить через раствор строго параллельно. Для устранения явлений рассеивания и преломления света, искажающих результаты фотометрических измерений, используют прозрачные растворы умеренных концентраций.
Допустимое отклонение температуры опыта составляет около ±2 °C.
2.Что можно сказать по ИК-спектру о структуре вещества, содержащего 54,53% углерода и 9,15% водорода.
Ответ:
2850 - 2980 см-1 - валентные колебания метильной и метиленовой групп;
1760 см-1 - ( валентные колебания), 1270 и 1070 см-1 (деформационные колебания) карбонильной группы в сложных эфирах;
1460 см-1 - деформационное колебание метиленовой группы;
1380 см-1 - деформационное колебание метильной группы;
Отсутствие полос поглощение в области 1500-1600 см-1 говорит об отсутствии ненасыщенных и ароматических связей в молекуле. Наличие узкой синглетной полосы около 3450 см-1 , очевидно, определено примесью алифатического спирта.
Таким образом, исследуемое соединение относится к алифатическим сложным эфирам.
Процентное содержание кислорода в молекуле исследуемого соединения составляет 36,32% (100-(54,53+9,15)), что соответствует двум атомам (или М.массе 32). Решая простую пропорцию, находим, что 1% соответствует 0,874 у.е.. Отсюда, легко найти, что исследуемое соединение содержит 54,53x0.874/12=4 атома углерода и 9,15х0,874/1=8 атомов водорода; т.е. имеет брутто-формулу С4 Н8 O2 и является либо этилацетатом CH3 CH2 – О – С (О)СН3 , либо метилпропионатом CH3 – О – С(O) CH2 CH3
3.
Билет №5
1.Пламя, его характеристики. Какие газы находятся в пламени? Объясните возбуждение частиц в пламени, используя уравнение Больцмана.
В основе классификации пламени лежат следующие характеристики:
состояние агрегатное сгорающих соединений. Они бывают газообразной, аэродисперсной, твердой и жидкой формы;
тип излучения, которое может быть бесцветным, светящимся и окрашенным;
распределительная скорость. Существует быстрое и медленное распространение;
высота пламени. Строение может быть коротким и длинным;
характер передвижения реагирующих смесей. Выделяют пульсирующее, ламинарное, турбулентное перемещение;
визуальное восприятие. Вещества горят с выделением коптящего, цветного или прозрачного пламени;
температурный показатель. Пламя может быть низкотемпературным, холодным и высокотемпературным.
состояние фазы топливо – окисляющий реагент.
Возгорание происходит в результате диффузии или при предварительном перемешивании активных компонентов.
При горении смеси из газа и воздуха вначале происходит формирование короткого факела, цвет которого имеет голубые и фиолетовые оттенки. В нем просматривается ядро - зелено-голубое, напоминающее конус. Рассмотрим это пламя. Строение его разделяется на три зоны:
1.Выделяют подготовительную область, в которой происходит нагревание смеси из газа и воздуха при выходе из отверстия горелки.
2.За ней следует зона, в которой происходит горение. Она занимает верхушку конуса.
3.Когда имеется недостаток воздушного потока, газ сгорает не полностью. Выделяется углерода двухвалентный оксид и водородные остатки. Их догорание протекает в третьей области, где есть кислородный доступ.
Эмиссионная фотометрия пламени Пламенную фотометрию в анализе впервые применил Янсен в 1870 г.
Метод эмиссионной фотометрии пламени основан на измерении интенсивности света, излучаемого возбуждёнными частицами (атомами или молекулами) при введении вещества в пламя горелки.
Аналитические возможности метода - определение щелочных и щелочноземельных металлов. Они ограничены возможностями источника возбуждения - пламени. Оно обладает меньшей энергией возбуждения, чем другие источники (дуга, искра и т. п), поэтому в пламени возбуждаются только элементы с низким потенциалом возбуждения.
Принцип метода заключается в следующем. Анализируемый раствор распыляют в виде аэрозоля в пламя горелки. Возникающее излучение определяемого элемента отделяется от постороннего с помощью светофильтра и, попадая на фотоэлемент, вызывает фототок, который измеряется с помощью микроамперметра.
2. Если известно, что молекулярная масса соединения «а» не превышает 100, а соединение «б» имеет молекулярную массу около 60, то какому веществу принадлежит ИК-спектр, показанный на рисунке ниже.
Соединение «а»
3040 см-1 - валентное колебание С-Н групп ароматического кольца, 2850 и 2930 см-1 - валентное колебание метильной группы;
1610 и 1510 см-1 - скелетное колебание бензольного кольца;
1380 см-1 - деформационное колебание метильной группы;
690 и 730 см-1 - неплоские деформационные колебания пяти смежных атомов водорода ароматического кольца.
Таким образом, очевидно, что соединение «а» представляет собой моно-метильное производное бензола - толуол C6 H5 CH3 (М.масса - 92)
Соединение «б»
1300 см-1 - валентное колебание связанной гидроксильной группы;
3100 см-1 - валентное колебание ненасыщенной С – Н группы;
2860 и 2810 см-1 - валентное колебание насыщенной метиленовой группы:
1650 см-1 - валентное колебание – С = С – связи;
1030 см-1 - валентное колебание – C – O связи первичной спиртовой группы;
990 и 920 см-1 - неплоские деформационные колебания концевой метиленовой группы.
Таким образом исследуемое соединение имеет в своей структуре гидроксильную группу, двойную связь и насыщенную и ненасыщенную (концевую) метиленовые группы, и, очевидно, является аллиловым спиртом CH2 = СН – СН2 – ОН (М.масса 58).
3. Относительная оптическая плотность раствора сульфосалицилатного комплекса железа (1) рана Али х 0,290, (-5 см). Вычислить концентрацию (мг/мл) железа. Если раствор сравнения содержил 0,0576 мг Fe в 50.0 мл, в молярный коэффициент светопоглощения сульфосалицилатного комплекса железа (II) равен 3000.
Билет №6
1.Закон Бугера-Ламберта-Бера. Обьясните физические и химические причины отклонений от закона поглощения.
Закон Бера
В 1852 г. А. Бер1 на опыте получил зависимость, в соответствии с которой поглощение света пропорционально числу поглощающих частиц вещества:
где с — концентрация вещества, моль/л; є — молярный коэффициент экстинкции, л/(моль-см).
Данная зависимость получила название правила или закона Бера:
Каждая молекула (атом) поглощает одинаковую часть падающего излучения.
Молярный коэффициент экстинкции є - выражает меру ослабления света при его распространении в веществе за счет совместного действия поглощения и рассеяния света. Поглощающая часть экстинкции определяет светопроницаемость среды. Так, высокой светопроницаемостью обладают среды с низким поглощением, и наоборот. Наряду с показателем преломления є относится к основным характеристикам, определяющим оптические свойства вещества.
Закон Бера применим для растворов поглощающих веществ в практически не поглощающем растворителе.
Закон Бугера — Ламберта — Бера (основной закон светопоглощения)
Если закон Бугера — Ламберта и закон Бера соблюдаются, применяется объединенный закон Бугера — Ламберта — Бера, который определяет ослабление параллельного монохроматического пучка света при его распространении в поглощающей среде (как правило, в разбавленных растворах).
Этот закон связывает уменьшение интенсивности света, прошедшего через слой светопоглощающего вещества, с толщиной его слоя и концентрацией в растворе:
На практике используется величина так называемой оптической плотности (D):
В этой связи закон Бугера — Ламберта — Бера для практических применений формулируется следующим образом:
Оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации в нем светопоглощающего вещества, толщине слоя и молярному коэффициенту светопоглощения (экстинкции).
Понятие оптической плотности было введено Р. Бунзеном для характеристики ослабления света в слоях веществ. D является мерой непрозрачности слоя вещества для световых лучей, это безразмерная величина, представляющая собой десятичный логарифм обратной величины коэффициента пропускания т:
Показатель D, так же как и т, зависит от длины волны источника света, регистрируется спектрофотометрами и спектро-денситометрами.
Графическая зависимость D = /(X) или є = /(X) называется спектральной кривой поглощения или спектром поглощения.
Участок спектра, на котором наблюдается интенсивное поглощение излучения, называют полосой поглощения. Полосы поглощения имеют характерный вид Гауссовой (колоколообразной) кривой.
Поведение поглощающих систем подчиняется закону Б-Л-Б только лишь:
1. монохроматичности светового потока;
2. отсутствии химических изменений в поглощающей системе;
3. постоянстве коэффициента преломления.
При нарушении этих условий ε изменяется и график зависимости А –f (c), т.е. Г.Г. искривляется. Если ε уменьшается – наблюдается отрицательное отклонение от закона, если ε увеличивается – положительное.
Причины отклонения от основного закона светопоглощения могут быть кажущимися и истинными. Кажущиеся причины могут быть физические (инструментальные) и химические. Кажущиеся причины, обусловленные немонохроматичностью светового потока, рассеянием света и случайными излучениями, называют инструментальными. А вызванные химическими взаимодействиями – химическими. Истинные причины связаны с изменением коэффициента преломления (n). Т.к. мы исследуем растворы с низкими концентрациями, то значение n – мало, поэтому им можно пренебречь.
Химические взаимодействия поглощающего вещества в растворе также являются причиной отклонения от закона Б-Л-Б.
1. Под влиянием посторонних электролитов происходит деформация молекул или заряженных частиц поглощающего вещества, что приводит к изменению спектра поглощения этого вещества. Например, с изменением ионной силы раствора изменяется спектр комплексного соединения титана с хромотроповой кислотой.
2. При изменении концентрации раствора меняется сила взаимодействия частиц в нем и может наблюдаться полимеризация или деполимеризация (ассоциация или диссоциация). Например, раствор бензилового спирта в CCl4 при различных концентрациях C6H5CH2OH может находиться в виде мономера или полимера:
nC6H5CH2OH↔(C6H5CH2OH)nЭти формы поглощают излучение различных участков спектра. На отсутствие полимеризации указывает постоянство ε и соблюдение линейной зависимости А от с для растворов с различной концентрацией вещества. В растворах с концентрацией более 10-3 моль/л обычно наблюдается появление полимерных частиц.
3. При изменении степени сольватации (гидратации), которая зависит от концентрации раствора, меняется поглощение раствора.
4. Изменение концентрации ионов водорода [H+] в растворе определяемого вещества проявляется в нескольких направлениях:
§ Если реагент обладает кислотными свойствами, то полнота образования окрашенного комплексного соединения зависит от pH раствора. Чем менее устойчиво образующееся комплексное соединение, тем сильнее сказывается влияние pH раствора.
§ Под влиянием [H+] в растворе изменяется форма существования веществ. Например, равновесие
смещается в зависимости от [H+], что изменяет характер спектра. При λ=440 нм наблюдается изобестическая точка (И.Т.) и при этой длине волны значение А не зависит от pH раствора. Изобестическая точка (точка одинаковой оптической плотности) – точка пересечения спектров поглощения двух компонентов раствора, находящихся в равновесии. Ниже представлен рисунок – спектры поглощения хромат- и бихромат-ионов.
2. Что можно сказать по ИК-спектру о структуре вещества, содержащего 54,53%. углерода и 9,15% водорода.
2850 - 2980 см-1 - валентные колебания метильной и метиленовой групп;
1760 см-1 - ( валентные колебания), 1270 и 1070 см-1 (деформационные колебания) карбонильной группы в сложных эфирах;
1460 см-1 - деформационное колебание метиленовой группы;
1380 см-1 - деформационное колебание метильной группы;
Отсутствие полос поглощение в области 1500-1600 см-1 говорит об отсутствии ненасыщенных и ароматических связей в молекуле. Наличие узкой синглетной полосы около 3450 см-1 , очевидно, определено примесью алифатического спирта.
Таким образом, исследуемое соединение относится к алифатическим сложным эфирам.
Процентное содержание кислорода в молекуле исследуемого соединения составляет 36,32% (100-(54,53+9,15)), что соответствует двум атомам (или М.массе 32). Решая простую пропорцию, находим, что 1% соответствует 0,874 у.е.. Отсюда, легко найти, что исследуемое соединение содержит 54,53x0.874/12=4 атома углерода и 9,15х0,874/1=8 атомов водорода; т.е. имеет брутто-формулу С4 Н8 O2 и является либо этилацетатом CH3 CH2 – О – С(О)СН3 , либо метилпропионатом CH3 – О – С(O) CH2 CH3
3.
