Фотометрические методы анализа

     Определив оптическую плотность опытного раствора А_х, находят ее значение на оси ординат, а затем на оси абсцисс - соответствующее ей значение концентрации С_х.

     Этот  метод применяют при выполнении серийных фотометрических анализов. Он дает хорошие результаты при соблюдении основного закона светопоглощения.

     В отличие от других фотометрических  методов, метод градуировочного  графика позволяет определить концентрацию окрашенных растворов даже в тех случаях, когда основной закон светопоглощения не соблюдается. Для построения градуировочной кривой в этих случаях приготавливают значительно большее число стандартных растворов, отличающихся друг от друга по концентрации не более чем на 10%. Такой градуировочный график, имеющий на пологом участке угол наклона не менее 15°, все же позволяет проводить фотометрические измерения, несмотря на то, что между концентрацией раствора и его оптической плотностью нет линейной зависимости. Воспроизводимость определений в этом случае ниже, чем в случае линейной зависимости А = f(C).

     МЕТОД СРАВНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПЛОТНОСТЕЙ СТАНДАРТНОГО И ИССЛЕДУЕМОГО РАСТВОРОВ.

 

     Для определения концентрации вещества берут аликвотную часть исследуемого раствора, приготавливают из нее окрашенный раствор для фотометрирования и измеряют его оптическую плотность. Затем аналогично приготавливают 2-3 стандартных окрашенных раствора определяемого вещества известной концентрации и измеряют их оптические плотности при той же толщине слоя (в тех же кюветах).

     Значение  оптической плотности исследуемого раствора: 

     Значение  оптической плотности стандартного раствора равно: 

     Разделив  одно выражение на другое получим: 

     Так как то

     Метод сравнения применяют при однократных  определениях; он требует обязательного  соблюдения основного закона светопоглощения.

     Существует  и другой более точный способ определения  неизвестной концентрации С_х, называемый методом ограничивающих растворов. Приготавливают два стандартных раствора с концентрациями С₁ и С₂ так, чтобы оптическая плотность первого из них A₁ была бы меньше оптической плотности А_х исследуемого раствора, а оптическая плотность А₂ второго стандартного раствора была бы, наоборот, больше, чем А_х.

     Неизвестную концентрацию исследуемого вещества рассчитывают по формуле:

     ФОТОЭЛЕКТРОКОЛОРИМЕТРЫ.

 

     Фотоэлектроколориметр - это оптический прибор, в котором монохроматизация потока излучения осуществляется с помощью светофильтров.

     Колориметр фотоэлектрический  концентрационный КФК-2

     Назначение  и технические  данные. Однолучевой фотоколориметр КФК-2 предназначен для измерения пропускания, оптической плотности и концентрации окрашенных растворов, рассеивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в области спектра 315-980 нм. Весь спектральный диапазон разбит на спектральные интервалы, выделяемые с помощью светофильтров. Пределы измерения пропускания от 100 до 5% (оптической плотности от 0 до 1,3). Основная абсолютная погрешность измерения пропускания не более 1%.

       
 

     Рис. Общий вид КФК-2.

     1 – микроамперметр; 2 - осветитель; 3- рукоятка ввода цветных светофильтров; 4 - рукоятка перемещения кювет; 5 - рукоятка (ввода фотоприемников в световой поток) «Чувствительность»; 6 - рукоятка настройки прибора на 100%-е пропускание; 7 - кюветное отделение;

     Светофильтры. Для того чтобы из всей видимой области спектра выделить лучи определенных длин волн в фотоколориметрах на пути световых потоков перед поглощающими растворами устанавливают избирательные поглотители света - светофильтры. Светофильтры пропускают лучи лишь в определенном интервале длин волн с полушириной пропускания и практически полностью поглощают лучи других длин волн (см. таблицу). Чем уже область максимального пропускания лучей (размытость максимума пропускания) светофильтра, тем выше его избирательность к лучам этого интервала длин волн. 

Характеристики светофильтров
Маркировка  на диске	Маркировка  светофильтра	Длина волны, соответствующая	Полуширина  полосы
		максимуму пропускания, нм	пропускания,нм
1	315	315±5	35±15
2	364	364±5	25±10
3	400	400±5	45±10
4	440	440±10	40±15
5	490	490±10	35±10
6	540	540±10	25±10
7	590	590±10	25±10
8	670	670±5	20
9	750	750±5	20
10	870	870±5	25
11	980	980±5	25

     Порядок работы:

     Включите  колориметр в сеть за 15 минут до начала измерений. Во время прогрева кюветное отделение должно быть открыто (при этом шторка перед фотоприемником перекрывает световой пучок).

     Введите рабочий светофильтр.

     Установите  минимальную чувствительность колориметра. Для этого ручку "ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ" установите в положение «1», ручку "УСТАНОВКА 100 ГРУБО" - в крайнее левое положение.

     Стрелку колориметра вывести на нуль с  помощью потенциометра «НУЛЬ».

     В световой пучок поместите кювету с контрольным раствором.

     Закройте  крышку кюветного отделения

     Ручками "ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ" и "УСТАНОВКА 100 ГРУБО" и "ТОЧНО" установите стрелку микроамперметра на деление  «100» шкалы пропускания.

     Поворотом рукоятки кюветной камеры поместите  в световой поток кювету с исследуемым  раствором.

     Снимите показания по шкале колориметра  в соответствующих единицах (Т% или  Д).

     После окончания работы отключите колориметр от сети, очистите и протрите насухо кюветную камеру. 
 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРЕ С ПОМОЩЬЮ КФК-2.

 

     При определении концентрации вещества в растворе с помощью калибровочного графика следует соблюдать следующую последовательность:

• выбрать светофильтр;
• выбрать кювету;
• построить градуировочную кривую;
• измерить оптическую плотность исследуемого раствора и определить его концентрацию, используя градуировочную кривую.

     Выбор светофильтра. Наличие в колориметре узла светофильтров и набора кювет позволяет подобрать такое их сочетание, при котором погрешность в определении концентрации будет минимальной.

     Если  спектральные характеристики окрашенного  вещества неизвестны, светофильтр для  работы можно выбрать самостоятельно. В видимой части спектра воспринимаемый цвет есть результат избирательного поглощения определенного участка  спектра белого света. Цвет раствора является дополнительным к цвету  поглощения излучения. Поэтому измерение  поглощения следует проводить в дополнительной для цветной реакции области спектра. Так, если раствор окрашен в сине-зеленый цвет, то нужно измерять поглощение этим раствором красного цвета.

Интервал  длин волн поглощенного излучения, нм	Цвет поглощенного излучения	Наблюдаемый цвет
400-450	Фиолетовый	желто-зеленый
450-480	синий	желтый
400-550	сине-зеленый	оранжевый
500-560	зеленый	красно-пурпурный
400-610	сине-зелено-желтый	красный
450-650	зелено-желто-красный	пурпурный
625-750	Красный	сине-зеленый

 

     Более точный выбор светофильтра осуществляется следующим образом. Налейте окрашенный раствор в кювету и определите оптическую плотность для всех светофильтров.

     По  полученным данным постройте кривую, откладывая по горизонтальной оси длины  волн, соответствующие максимуму  коэффициента пропускания светофильтров (см. таблицу), а по вертикальной оси  - соответствующие значения оптической плотности раствора. Отметьте тот участок кривой, для которого выполняются следующие условия:

• оптическая плотность имеет максимальную величину;
• ход кривой примерно параллелен горизонтальной оси, т.е. оптическая плотность мало зависит от длины волн.

     Светофильтр для работы выбирается так, чтобы  длина волны, соответствующая максимуму  коэффициента пропускания светофильтра, приходилась на отмеченный выше участок  спектральной кривой испытуемого раствора.

     Если  эти условия выполняются для  нескольких светофильтров, то выберите тот из них, для которого чувствительность колориметра выше.

     Выбор кюветы. Предварительный выбор кювет проводится визуально, исходя из интенсивности окраски раствора. Если раствор интенсивно окрашен (темный), следует пользоваться кюветами с малой длиной оптического пути (1-5 мм). В случае слабоокрашенных растворов измерения проводят в кюветах с большой длиной оптического пути (20-50 мм).

     Построение  градуировочной кривой и определение  концентрации. Принципы построения градуировочного графика и его использование для определения концентрации вещества подробно рассмотрены в разделе "Метод градуировочного графика".

     Вопросы для самоконтроля:

• Для чего нужны светофильтры?
• Как правильно выбрать рабочий светофильтр?
• Кюветы из какого материала можно использовать при работе как в ультрафиолетовой, так и в видимой области спектра? Почему?
• Перечислите основные правила работы с кюветами.
• Благодаря какому устройству в спектрофотометре световая энергия преобразовывается в электрическую?
• Что свидетельствует о правильном выборе ширины щели?
• Расскажите о правилах работы на КФК-2.
• Как осуществляется выбор рабочего светофильтра и кюветы?
• Как выглядит общая схема определения концентрации раствора с помощью КФК-2?