Колориметрические методы
Из оптических методов анализа наиболее широко применяют коло- риметрические. Они основаны на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через окрашенный раствор.
Колориметрия (в переводе с латинского "измерение цвета") - в ана- литической химии метод количественного анализа, основанный на опре- делении концентрации вещества в окрашенном растворе. Для тех, кто ра- ботает с растворами, очень важно уметь быстро определять концентра- цию растворенного вещества. Проще всего эта задача решается, когда исследуемое вещество окрашено: чем больше его в растворе, тем интен- сивнее окраска. Нужно взять испытуемый раствор и сравнить его окраску с другим, эталонным, раствором того же вещества известной концентра- ции. Пользуясь набором эталонных растворов, легко подобрать такой, который имеет подобную интенсивность окраски и, следовательно, ту же концентрацию вещества в растворе.
Для сравнения концентрации испытуемого и эталонного растворов они должны быть налиты в сосуды равной толщины. Так и устроен про- стейший из колориметров (приборов для измерения окраски растворов) - визуальный. С помощью фотоэлектрических колориметров концентрация определяется путем измерения количества света, поглощенного раство- ром. Степень поглощения света раствором, или его оптическая плот- ность, прямо пропорциональна концентрации вещества в растворе.
В колориметрическом методе используются химические реакции, сопровождающиеся изменением цвета анализируемого раствора. Измеряя цвета поглощения такого окрашенного раствора, определяют содержание окрашенного вещества в растворе.
Существует зависимость между интенсивностью окраски раствора и содержанием в этом в растворе окрашенного вещества. Эта зависимость
называется законом Бугера-Ламберта-Бера:
I = I0 ∙ 10 –έ∙с∙l ,
Где I – интенсивность света, прошедшего через раствор; I0 – интенсивность падающего света;
с – концентрация окрашенного вещества в растворе;
έ – коэффициент светопоглщения, постоянная величина; l – толщина слоя светопоглощающего раствора.
Физический смысл этого закона можно выразить так: растворы одно- го и того же окрашенного вещества при одинаковой концентрации и тол- щине слоя, поглощают равное количество световой энергии, т.е. светопо- глощение их одинаково. Для окрашенного раствора, заключѐнного в стек- лянную кювету, можно сказать, что по мере увеличения концентрации и толщины слоя растворае го окраска увеличивается, а интенсивность света, прошедшего через раствор уменьшается, по сравнению с интенсивностью падающего света. Если вместо интенсивности падающего и прошедшего света пользоваться оптической плотностью, то закон Бугера-Ламберта- Бера примет вид:
I0
D = έ ∙ c ∙ l ; D = lg .
I
Из этого уравнения видно, что оптическая плотность раствора пря- мопропорциональна концентрации окрашенного раствора и толщине по- глощающего слоя раствора. Другими словами, при одинаковой толщине слоя, оптическая плотность раствора будет тем больше, чем больше в нѐм окрашенного вещества. Чтобы определить концентрацию вещества в рас- творе, нужно определить оптическую плотность этого раствора. Для этого используют фотоколориметры с фотоэлементом. Все фотоколориметриче- ские методы основаны на одном общем принципе: световой поток прохо- дит через кювету, наполненную окрашенным испытуемым раствором. Прошедший через кювету световой поток попадает на фотоэлемент, в ко- тором световая энергия переходит в электрическую. Возникающий при этом электрический ток измеряют при помощи гальванометра. Сила тока прямопропорциональна интенсивности света, попадающего на фотоэле- мент.
При массовых анализах строят калибровочную кривую. При этом готовят растворы, содержащие строго определѐнное количество исследуе- мого вещества. В пипетки отбирают различные объѐмы точно известной концентрации, добавляют реактивы, разбавляют дистиллированной водой, доводя объѐм до метки. С помощью ФЭКа определяют оптические плотно- сти приготовленных растворов и результаты измерения записывают в виде таблицы. На основании полученных результатов строят кривую зависимо- сти оптической плотности раствора от его концентрации. Для его построе- ния на миллиметровой бумаге откладывают по оси х значение концентра-
ции эталонных растворов, а по оси у – величины их оптических плотно- стей. Зная оптическую плотность исследуемого раствора по графику находят концентрацию этого раствора.
Устройство и принцип действия фотометрических приборов.
Фотометрические исследования проводят с помощью фо- токолориметров и спектрофотометров. Измерение оптической плотности стандартного и исследуемого окрашенных растворов всегда производят по отношению к раствору сравнения (нулевому раствору). В качестве раство- ра сравнения можно использовать часть исследуемого раствора, содержа- щего все добавляемые компоненты, кроме реагента, образующего с опре- деленным веществом окрашенное соединение. Если раствор сравнения при этом остается бесцветным и, следовательно, не поглощает лучей в ви- димой области спектра, то в качестве раствора сравнения можно исполь- зовать дистиллированную воду.
Устройство и принцип действия фотометрических приборов рассмот- рим на примере колориметра фотоэлектрического концентрационного КФК-2. Однолучевой фотометр КФК-2 предназначен для измерения про- пускания, оптической плотности и концентрации окрашенных растворов, рассеивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в области спек- тра 315-980 нм. Пределы измерения пропускания 100
5% (D = 0-1,3). Ос- новная абсолютная погрешность измерения пропускания 1%.
Рис. 38. Фотоэлектроколориметр ФЭК 56 М
Принципиальная оптическая схема фотоколориметра КФК-2 пред- ставлена на рис. 39.
Свет от галогенной малогабаритной лампы (1) проходит последова- тельно через систему линз, теплозащитный (2), нейтральный (3), выбран- ный цветной (4) светофильтры, кювету с раствором (5), попадает на пла- стину (6), которая делит световой поток на два: 10% света направляется на фотодиод при измерениях в области спектра 590 – 540 нм) и 90% – на фотоэлемент (при измерениях в области спектра 315 – 540 нм).
Рис. 39. Принципиальная оптическая схема фотоколориметра КФК-2:
1 – источник света; 2 – теплозащитный светофильтр; 3 – нейтральный свето- фильтр; 4 – цветной светофильтр; 5 – кювета с исследуемым раствором или рас- твором сравнения; 6 — пластина, которая делит световой поток на два потока;
7 – фотодиод; 8 – фотоэлемент
|
Скачать 1.87 Mb.