Установка для прямой фотометрии и методика измерения

 

В лаборатории для измерения оптической плотности А или пропускания Т в видимой области спектра используют спектрофотометр UNICO 1200/1201 и фотоколориметр КФК–2. Общий принцип действия спектрофотометра и фотоколориметра описан в разделе 1. Блок–схема спектрофотометра показана на рисунке 1.4, внешний вид прибора – на рисунке 2.2.

Принципиальное отличие фотоколориметров от спектрофотометров состоит в том, что для монохроматизации светового потока в первых используют светофильтры, во вторых – дифракционные решетки и призмы. Светофильтры (набор цветных стекол) избирательно пропускают излучение шириной 40 - 80 нм и практически полностью поглощают остальные лучи светового потока.  Монохроматоры (призма, дифракционная решетка),  разлагают световой поток на узкие диапазоны волн и выделяют монохроматическое излучение определенной длины волны. Спектрофотометры имеют разную цену деления длин волн от 2 до 0,1 нм.

 Для работы в видимой области все оптические части в узле монохроматора (призма, система линз), кюветы выполнены из стекла, так как стекло пропускает световые лучи.

Для проведения анализа определяемое вещество переводят в раствор и помещают в кювету, которая обеспечивает определенную толщину поглощающего слоя.

 

Рисунок 2.2 – Внешний вид спектрофотометра UNICO

   

     Методика измерений на спектрофотометре UNICO

1. Включите  прибор в сеть,  нажмите  кнопку на задней стенки прибора и прогрейте прибор в течение 20 мин. При включении на передней панели загорится красная лампочка.

2. На передней панели выберите режим измерения оптической плотности (Режим А), нажав соответствующую кнопку «А».

3. Заполните одну кювету раствором сравнения, другую – анализируемым раствором. Жидкость наливают в кюветы до метки на боковой стенке кюветы. Протрите кюветы с наружной стороны  фильтровальной бумагой, чтобы удалить отпечатки пальцев или капельки  раствора.

4.  Откройте  вверх крышку кюветного отделения. В нем находятся три ячейки для кювет, что позволяет одновременно проводить измерения для двух анализируемых растворов относительно одного раствора сравнения.

5. Установите кювету с анализируемым раствором  в ближнюю ячейку, кювету с раствором сравнения – в следующую за ней ячейку. Закройте крышку кюветного отделения. При установке кювет в кюветодержатель нельзя касаться пальцами рабочих участков поверхностей, через которые проходит световой поток (ниже уровня жидкости в кювете).

6. Выберите длину волны, при которой будете проводить измерение, поворачивая ручку «Регулятор длин волн» на верхней панели справа.

7. Введите в световой поток кювету с раствором сравнения, выдвигая вперед ручку «Перемещение кювет»  на передней панели. Если кювета находится в самой дальней ячейке, то ручка выдвигается до упора.

8. Нажмите кнопку «0А/100%Т». Подождите несколько секунд, пока на дисплее мигает надпись «BLA», а затем загорается  значение  «,000». Это означает, что начальный отсчет оптической плотности установился правильно (А = 0,000 ± 0,002).

9. Не открывая кюветного отделения, вводите в световой поток кювету с анализируемым раствором, задвигая ручку в прибор на один щелчок, если кюветы стоят в соседних ячейках.

10. На цифровом дисплее  высветится значение оптической плотности исследуемого раствора, например « ,234». Это означает, что оптическая плотность А = 0,234. Снимите это показание.

11. Если необходимо измерить ту же пробу при других длинах волн, повторите шаги с 6 по10.

 

2.1.2. Исследование условий определения методом прямой фотометрии в видимой области спектра

 Для выполнения анализа исследуемого объекта (технологических растворов, природных и сточных вод) предварительно проводят исследования по выбору оптимальных условий проведения фотометрических определений. Оптимальные условия  включают выбор длины волны, выбор толщины кюветы, установление рабочего интервала   концентраций определяемого вещества, выбор разбавления анализируемого раствора.                                                                   

Выбор оптимальной  длины волны. Исследование начинают со снятия спектра поглощения раствора определяемого компонента с целью выбора длины волны, при которой в дальнейшем следует проведать измерения оптических плотностей всех растворов. Спектр поглощения снимают на спектрофотометре путем измерения оптической плотности стандартного раствора определяемого компонента во всем интервале видимой области спектра с шагом длины волны 10 – 20 нм. На фотоколориметре измеряют оптическую плотность раствора со всеми светофильтрами.  По полученным данным строят спектр поглощения А = f (λ). Выбирают длину волны λ_max, которой соответствует максимальное значение оптической плотности.

Установление  рабочего интервала концентраций определяемого вещества, где наблюдается подчинение закону Бугера-Ламберта-Бера:      A = ε _λ ^. l ^. C. Для этого проводят измерения оптической плотности в стандартных растворах определяемого компонента при λ_max и  строят градуировочный график А = f (С).      На  градуировочной кривой  выделяют участок, где соблюдается прямолинейная зависимость. Однако следует учесть, что практическое значение будет иметь часть графика, соответствующая диапазону оптической плотности 0,15 – 1,0. где относительная погрешность не превышает 2%.

При этом стремятся получить оптимальную оптическую плотность раствора, входящую в интервал А 0,3 – 0,6, который соответствует минимальной погрешности. Линейную часть градуировочного графика используют при определении концентрации исследуемого раствора.

Выбор кюветы.  Для того чтобы измеряемые оптические плотности  стандартных растворов попадали  в оптимальный интервал, проводят измерения в кюветах различной толщины (1, 2, 3, 5 см) при выбранной длине волны.

Проверка стабильности градуировочного графика во времени. Измерения оптической плотности стандартных растворов определяемого компонента при выбранных условиях (длина волны и толщина кюветы) повторяют на следующем лабораторном занятии.  

Определение молярного коэффициента поглощения при λ_max. По данным измерений снятия спектра или  по градуировочному графику А = f (С) рассчитывают молярный коэффициент поглощения   ε = А _max / lC.  

Влияние посторонних компонентов в растворе. Если в растворе присутствуют другие компоненты, способные помешать определению, необходимо проверить их влияние на спектр поглощения и вид градуировочного графика. Если сопутствующиe  компоненты имеют окраску, то надо снять их спектр и выбрать такую область длин волн, где поглощает только определяемый компонент.   Кроме того следует приготовить фоновый раствор, содержащий все компоненты за исключением определяемого, добавить к нему все реагенты используемой фотометрической реакции и снова снять спектр поглощения.  Если полученный спектр накладывается на спектр определяемого компонента, то фоновый раствор используют в качестве раствора сравнения. В отдельных случаях используют маскирующие реагенты для перевода мешающего компонента в бесцветное комплексное соединение.

Выбор разбавления анализируемого раствора. Если измеренная оптическая плотность анализируемого раствора превышает верхний предел линейной области градуировочного графика, то это означает, что концентрация определяемого компонента большая. Раствор необходимо разбавить и повторить измерения. Разбавление подбирают таким образом, чтобы оптическая плотность раствора после разбавления укладывалась в середину линейной области градуировочного графика.

Разбавление анализируемого раствора проводят в мерной колбе, пробу для разбавления отбирают пипеткой.