Классификация фотометрических методов анализа

 

Фотометрические методы исследования базируются на способности жидких сред (растворов) поглощать и/или рассеивать, отражать электромагнитное излучение и даже излучать в результате химической реакции.

 

Рис.7 Классификация фотометрических методов лабораторных исследований

 

Измерение концентрации вещества в растворе

Проводят

- методом градуировочного графика

- методом добавок

- методом дифференциальной фотометрии

- эктракционно-фотометрическим методом

см.

1. Е.А. Мухина стр. 12-32, стр.43-67

вопросы для самоконтроля – стр.56, 66

2. Васильев В.П. Лабораторный практикум стр. 149-157

 

Вопросы

 

1. Фотоэлектроколориметрия. Спектрофотометрия. Выбор длины волны светового потока для измерения светопоглощения. Характеристика и назначение светофильтров.

2. Принципиальная схема прибора КФК — 3

3. Принципиальная схема прибора CФ — 46.

4. Основные приемы фотометрических измерений. Meтод градуировочного графика. Принцип его построения при фотометрических определениях.

5. Основные приемы фотометрических измерений. Метод дифференциальной фотометрии. В каких случаях применяют дифференциальный спектрофотометрический метод анализа и каковы его преимущества.

6. Основные приемы фотометрических измерений. Метод молярного коэффициента поглощения и метод добавок.

7. Молярный коэффициент светопоглощения. Физический смысл. Факторы, влияющие на его величину. Как можно экспериментально определить молярный коэффициент светопоглощения?

8. Закон аддитивности и его практическое применение для количественного определения компонентов при их совместном присутствии.

9. Ограничения и условия применения закона Бугера-Ламберта-Бера.

10. Количественный анализ. Оптимальные условия фотометрического определения. Выбор оптимальных значений температуры и рН при исследовании фотометрической реакции.

11. Фотометрическая реакция. Как выбрать эффективную длину волны и оптимальную толщину кюветы для фотометрических определений?

12. Концентрационные условия проведения фотометрической реакции. Как правильно выбрать количество добавляемого реагента, чтобы была достигнута необходимая полнота фотометрической реакции.

13. Стандартные растворы. Растворы сравнения.

14. Оптическая плотность. Факторы, влияющие на величину оптической плотности раствора.

Задачи

 

1. Сколько г рибофлавина (витамина В₂) следует взять для приготовления 250 мл стандартного раствора, содержащего 0,08 мг в 1 мл.

2. Вычислить молярную и нормальную концентрацию серной кислоты плотностью 1,43 г/см³. Сколько следует взять этой кислоты для приготовления 2 л 0,1 М и 0,1 н растворов?

3. Как из стандартного раствора перманганата калия, содержащего 0,1 мг марганца в 1 мл, приготовить растворы с концентрацией марганца 0,025 мг/мл и 0,05 мг/мл в мерных колбах емкостью 50 мл.

4. Как приготовить из стандартного раствора дихромата калия, содержащего 0,2 мг хрома в 1 мл, растворы с концентрацией хрома 0,04 мг/мл и 0,08 мг/мл хрома в мерных колбах емкостью 50 мл?

5. Как приготовить 100 мл стандартного раствора перманганата калия, содержащего 0,1 мг марганца в 1 мл из 0,1 н раствора перман­ганата калия?

6. Имеется раствор дихромата калия с концентрацией хрома в нем 0,4 мг/мл. Как из него приготовить 250 мл раствора с концентрацией хрома 0,05 мг/мл?

7. Молярная концентрация эквивалента дихромата калия равна 0,1 моль/л. Сколько мл этого раствора следует взять для приготовления 200 мл раствора с концентрацией 0,2 мг хрома в 1 мл.

8. Молярная концентрация эквивалента перманганата калия равна 0,11 моль/л. Сколько мл этого раствора следует взять для приготовления 200 мл с концентрацией 0,05 н?

9. Как приготовить стандартный раствор соли Мора 0,01 н? Выразить концентрацию этого раствора через титр и молярную концентрацию.

10. Вычислить, сколько следует взять хлористого натрия для приготовления стандартного раствора, содержащего 50 мкг натрия в 1 мл раствора.

11. Как приготовить стандартный раствор хлористого калия, содежащего 2 мг калия в 1 мл раствора? Выразить концентрацию полученного раствора через титр и молярную концентрацию.

12. Рассчитать концентрацию Fe⁺³ в мг/л в воде, если для определения было взято 100 мл воды, после упаривания ее и обработки орто-фенантралином было получено 25 мл окрашенного раствора. Оптическая плотность этого раствора 0,460; толщина слоя 1 см, молярный коэффициент светопоглощения 1100.

13. При определении железа в виде моносульфосалицилата оптическая плотность раствора, содержащего 0,5 мг железа в 100 мл, равна 0,42 (1 -2 см). Вычислите молярный коэффициент поглощения раствора моносульфосалицилата железа.

14. Вычислите оптическую плотность раствора хлорида меди с концентрацией 0,01 моль/л с толщиной поглощающего слоя 2 см (e =100).

15. Оптическая плотность раствора, содержащего 0,07 мг марганца (в виде перманганата) в 50 мл равна 0,54. Толщина поглощающего слоя кюветы 2 см. Вычислите молярный коэффициент поглощения,

16. Вычислите молярную концентрацию раствора комплексного соединения титана с хромотроповой кислотой (e = 10⁵), оптическая плотность которого при измерении в кювете с толщиной поглощающего слоя 3 см составляет 0,46.

17. Рассчитайте молярную концентрацию раствора комплексного соединения титана с пероксидом водорода (e =10³), оптическая плотность которого равна 0,23 (1 = 1 см).

18. Вычислите оптическую плотность 0,1 М раствора меди (в виде сульфата меди) в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см;

e =10⁴.

19. Вычислите молярный коэффициент светопоглощения раствора окрашенного соединения железа с концентрацией 0,08 мг в 50 мл раствора, если оптическая плотность раствора составила 0,350 при толщине поглощающего слоя 3 см.

20. Рассчитайте наименьшую молярную концентрацию раствора, которую можно установить фотоэлекгроколориметрическим методом в кювете с толщиной поглощающего слоя 2 см, если значение оптической плотности составляет 0,01, молярный коэффициент светопо­глощения e = 10³.

21. Рассчитайте оптимальную толщину поглощающего слоя кюветы (мм), необходимую для измерения оптической плотности раствора сульфата меди, содержащего 4 мг соли в 50 мг раствора. Величина оптической плотности составляет 0,520; молярный коэффициент све-гопоглощсния e = 10³.

22. Молярный коэффициент поглощения воднорастворимого комплекса никеля с диметилглиоксимом при 470 нм равен 1,30•10⁴. Рассчитайте: а) оптическую плотность раствора комплекса, в 1 мл которого содержится 1 мкг никеля, при толщине поглощающего слоя l = 1,00 см; б) его пропускание; в) концентрацию никеля в растворе (мкг/мл), если оптическая плотность раствора, содержащего диметилглиоксимат никеля и помещенного в кювету с l = 3,00 см, равна 0,190 при 470 нм.

23. При определении железа в виде моносульфосалицилатного комплекса пропускание раствора, содержащего 0,115 мг металла в 25,0 мл раствора, равно 54,5% при толщине поглощающего слоя l = 2,00 см. Рассчитайте молярный коэффициент поглощения комплекса.

24. Образец стали содержит 0,5% кремния. Какую навеску стали (г) следует растворить в 100,0 мл, чтобы, отобрав 25,0 мл этого раствора в колбу на 50,0 мл, получить раствор

-кремнемолибденовой гетерополикислоты H₄(SiMo₁₂O₄₀)•nH₂O ( = 2,2•10³ л•моль^-1•см^-1 при = 400 нм), поглощение которого в кювете с l = 1,00 см отвечало бы минимальной погрешности фотометрических измерений (А_опт = 0,434)?

Практическая часть

 

Устройство фотометра КФК-3

Фотометр выполнен в виде одного блока. На металлическом основании 3 закреплены узлы фотометра, которые закрываются кожухом 1. Кюветное отделение закрывается съемной крышкой 5.

В фотометр входят фотометрический блок 2, блок питания 3, микропроцессорная система 4.

На боковой стенке фотометра расположена ось резистора 1 (УСТ. 0) и тумблер 2 (СЕТЬ).

На задней стенке основания фотометра расположена розетка 5 для подключения к фотометру термопечатающего устройства типа УТП-2.

Блок фотометрический

В фотометрический блок входят: осветитель, монохроматор, кюветное отделение, кюветодержатель, фотометрическое устройство. Конструкция механизма осветителя обеспечивает перемещение лампы в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Монохроматор 1 служит для получения излучения заданного спектрального состава и состоит из корпуса, узла входной щели, сферического зеркала, дифракционной решетки, узла выходной щели и синусного механизма.

В фотометрическое устройство входят фотодиод и усилитель постоянного тока. Усилитель постоянного тока устанавливается в фотометр через разъем.

В кюветодержатель устанавливают кюветы с растворителем (контрольным раствором) и исследуемым раствором и помещают их в кюветное отделение 6.

Кюветодержатель устанавливают в кюветное отделение на столик так, чтобы две маленькие пружины находились с передней стороны.

Ввод в световой пучок одной или другой кюветы осуществляется поворотом рукоятки 4 до упора влево или вправо.

При установке рукоятки до упора влево в световой пучок вводится кювета с растворителем, при установке рукоятки до упора вправо в световой пучок вводится кювета с исследуемым раствором.

При открытой крышке кюветного отделения шторка перекрывает световой пучок.

 

Порядок работы

Установить в кюветное отделение кюветы с растворителем или контрольным раствором, по отношению к которому производится измерение, и исследуемым раствором. Кювету с растворителем или контрольным раствором установить в дальнее гнездо кюветодержателя, а кювету с исследуемым раствором — в ближнее гнездо кюветодержателя.

В световой пучок установить кювету с растворителем (рукоятка 4 — влево до упора).

Установитьручкой 2 длину волны, на которой проводятся измерения раствора. Длина волны высветится на верхнем цифровом табло.

При закрытой крышке кюветного отделения•нажать клавишу «Г». На нижнем цифровом табло слева от мигающей запятой высветится символ «Г». Нажать клавишу «П» или «Е». Слева от мигающей запятой высветится соответственно символ «П» или «Е», а справа от мигающей запятой — соответственно значения «100,0 ±0,2» или «0,000 ±0,002», означающие, что начальный отсчет прoпускания (100,0%) или оптической плотности (0,000) установился на фотометре правильно.

Открыть крышку кюветного отделения и нажать клавишу НУЛЬ, закрыть крышку, нажать клавишу П или Е.

Затем рукоятку 4 установить вправо до упора, при этом в световой пучок вводится кювета с исследуемым раствором. Отсчет на световом табло справа от мигающей запятой соответствует коэффициенту пропускания или оптической плотности исследуемого раствора.

Повторить операции по три раза, вычислить среднее арифметическое значение измеряемой величины.