Тема лекции № 10. Апппаратура и техника фотометрических измерений

План лекции: 1. Классификация спектральных методов анализа

2. Теоретические основы анализа

3. Основные элементы спектральных приборов и их назначение.

Цель лекции: Ознокомить с аппаратурой и техникой фотометрического анализа и обьяснить роль физико-химических методов анализа в решении проблем экологии

Конспект лекции:.

Фотометрические методы определения концентрации раствора основаны на сравнении поглощения или пропускания света стандартным и исследуемым раствором. Степень поглощения света измеряют на фотоколориметрах или спектрофотометрах. Измерение оптической плоности окрашенных растворов всегда производят по отношению к раствору сравнения.В качестве раствора сравнения используют аликватную часть исследуемого раствора, содержащего все добавляемые компоненты, кроме реагента, образующего с определяемым ионом окрашенное соединение.

В качестве раствора сравнения можно использовать чистый растворитель. Фотоколориметрия – это поглощение полихроматического света. В фотоколориметрии используют видимый свет, что позволяет анализировать окрашенные соединения. Интенсивность окраски растворов оценивают с помощью специальных устройств – фотоэлементов. В основе работы которых лежит явление фотоэффекта.

Фотоэффектом называется явление отрыва электронов от атомов веществ под действием светового потока.

Фотоэлементы – это устройства с помощью которых световая энергия преобразуется в электрическую, регистрируемую гальвонометром.

В фотоколориметрических методах анализа используются приборы 2-х типов:

- однолучевые фотоколориметры: КФК-2, КФК – 3;

-двулучевые: ФЭК-56, ФЭК -56 М.

Они предназначены для измерения пропускания или оптической плотности в диапазоне 315-630 нм. Спектрофотометры дают более точные результаты измерений, так как в них световой поток, проходящий через кювету монохроматичен, т.е. имеет одну длину волны.Измерения оптической плотности растворов на спктрофотометрах проводят при длине волны максимального поглощения, что позволяет анализировать в одном растворе разные вещества максимального поглощения, которые расположены при разных длинах волн:

- однолучевые: СФ-16 предназначены для измерения пропускания и оптической плотности растворов в диапазоне 186-1100 нм.

- регистрирующие двулучевые спектрофотометры СФ-10, СФ-14, СФ-18. Они предназначены для измерения пропускания и оптической плотности прозрачных и мутных сред, коэффициентов диффузионных отражений твердых и порошкообразных веществ в видимой области от 400 до 750 нм.

 

Рис. 1. Внешний вид фотоэлектроколориметра КФК -2

1 – Шкала регистрирующего прибора; 2 – кнопка включения прибора в сеть; 3 – ручка переключения светофильтров; 4 – ручка перемещения кювет; 5 – ручка «Чувствительность»; 6 – ручки установки 100%-го светопропускания («Грубо»; «Точно»); 7 – крышка кюветного отделения

 

Инфракрасная спектроскопия или ИК-спектроскопия. Поглощение ИК-излучения связано с увеличением колебательной и вращательной энергии ковалентной связи, если поглощение приводит к изменению дипольного момента молекулы. Это значит, что практически все молекулы с ковалентными связями в той или иной мере способны к поглощению в ИК-области. ИК-спектры многоатомных ковалентных соединений обычно очень сложные: они состоят из множества узких полос поглощения и сильно отличаются от обычных УФ- и видимых спектров.Обычно по оси ординат при построении ИК-спектров откладывают пропускание в процентах, а не оптическую плотность. При таком способе построения полосы поглощения выглядят как впадины на кривой, а не как максимумы на УФ-спектрах. По оси абсцисс откладывают волновое число в обратных сантиметрах (см), реже длину волны в микрометрах (мкм).Различают несколько типов колебаний в многоатомной молекуле:

- валентно-симметричные;

- валентно-антисимметричные;

- деформационные.

Каждый тип колебаний характеризуется определенной энергией возбуждения. Валентные колебания отвечают более высоким энергиям, чем деформационные, следовательно полосы валентных колебаний лежат в более коротковолновой области.Выделяют 4 основных области спектра:

1) 2,7-4,0 мкм – валентные колебания с участием атома водорода (С-Н, N-Н,О-Н)

2) 4,0 – 5,0 мкм –тройные валентные связи (С≡С)

3) 5,0-6,4 мкм–двойные валентные связи и группы (С=С, С=N, С = О).

4) 6,4 – 15 мкм – одинарные связи и группы (-СН₃; -СН₂).

ИК-спектры являются источником информации о структуре молекулярных соединений. В специальной справочной литературе приведены длины волн и частоты полос поглощения. Положение полос в спектрах вещества позволяют установить наличие той или иной функциональной группы в соединениях. Присутствие в молекуле других атомов может вызвать определенное смещение полос.

В специальной справочной литературе приведены длины волн и частоты полос поглощения. Положение полос в спектрах вещества помогает установить наличие той или иной функциональной группы в соединении. Присутствие в молекуле других атомов может вызвать определенное смещение полосы. Таким образом, каждое соединение будет иметь свой характерный ИК-спектр. Неизвестное соединение индетифицируют, сравнивая его спектр со спектрами известных соединений, снятых в тех же условиях. ИК-спектры сногих соединений сняты и собраны в специальных атласах, которыми пользуются при идентификации соединений и анализе смесей веществ.

Образцы для снятия ИК-спектров подготавливают следующим образом. ИК-спектр веществ в значительной степени зависит от физического состояния образца, от концентрации соединения. Получению правильных результатов мешают рассеяние света, межмолекулярное взаимодействие, поляризуемость окружающей среды и другие факторы.

Сложные органические вещества можно изучать в виде тонкого слоя жидкостей, в виде твердых пленок вещества между платинами, в виде пасты 1) ближневолновая ИК-спектроскопия. Используются ИК-спектры в интревале длин волн от 750 до 2 500 нм или в волновых числах 3300- 4000 см^-1, расположенных между видимой и средней ИК-областями.

2) средневолновая ИК-спектроскопия. Используются ИК-спектры в интервале длин волн 2 500-50 000 нм или 4000 – 200 см^-1.

3) длиноволновая ИК-спектроскопияоснована на изучении ИК-спектров длиноволнового диапазона в области 50 000 до 100 000 нм (в волновых числах от 200 до 10 см^-1). В ИК-спектрах длинноволновой области находят отражение внутри и межмолекулярные взаимодействия, обладающие низкой энергией. В основном здесь проявляются водородные связи, связи в кристаллической решетке, слабые координационные связи.

Контрольные вопросы:

1. Основной закон светопоглощения.

2. Причины отклонений от основного закона светопоглощения.

3. Закон аддитивности светопоглощения.

4. Как выбирают длину волны в методе фотометрии?

5. Опишите принцип работы фотоэлектроколориметра

Тема самостоятельной работы студентов (СРС):

1. Чувствительность и точность анализа

2. Использование компьютера в аналитической химии

 

Литература:

1. Зяблов А.Н. Аналитическая химия. Воронеж, 2006. –С. 75

2. Алемасова А.С., Луговой К.С. Экологическая аналитическая химия. Донецк. 2010.

–С.103