Включає матеріал лекцій з дисципліни за темами

 

1. Вступ. Предмет і зміст курсу. Завдання, значення дисципліни, класифікація методів аналізу. Аналітичні параметри: відтворюваність, селективність, чутливість, правильність. Похибки аналізу.

2. Оптичні методи аналізу.

2.1. Фотометричний аналіз. Спектри поглинання. Спектральні характеристики. Закон Бугера-Ламберта-Бера, відхилення від закону. Оптична густина. Елементи конструкції оптичних приладів: джерела випромінювання, пристрої для регулювання світла, для дисперсії світла, кювети та світлофільтри, пристрої для реєстрації інтенсивності світла. Прилади для фотометричних вимірювань – фотометр, фотоколориметр, спектрофото-метр. Методика проведення фотометричних вимірювань: етапи роботи; розрахунки за умовними одиницями, за стандартними розчинами, за калібрувальним графіком, за коефіцієнтом перерахунку; переваги і недоліки фотометрії.

2.2. Нефелометрія та турбідиметрія: теоретичні основи методів. Їх застосування, переваги та недоліки.

2.3. Атомно-абсорбційний аналіз. Полум'яна фотометрія. Застосування емісійних спектрів для аналізу матеріалів та сплавів. Атомно-абсорбційний аналіз. Чутливість та точність методів, їх переваги. Пристрої та техніка виконання аналізу.

2.4. Люмінесценція. Теоретичні основи метода, ефекти люмінесценції, квантовий вихід, гасіння люмінесценції. Методи кількісного люмінесцентного аналізу. Пристрої та техніка виконання аналізу.

2.5. Рефрактометрія. Поляриметрія. Теоретичні основи, пристрої та техніка виконання аналізу, застосування.

Питання контрольних завдань

1. Предмет та задачі дисципліни "Аналітична хімія (інструментальні методи аналізу)".

2. Аналіз: визначення, класифікація.

3. Характеристика аналітичних параметрів: відтворюванність, правильність результатів, специфічність та чутливість.

4. Характеристика методів за аналітичними параметрами.

5. Помилки аналізу: систематичні та випадкові, абсолютні та відносні. Наведіть приклади розрахунку.

6. Теоретичне обґрунтування фотометричного методу аналізу. Причини виникнення забарвлення.

7. Залежність сприйняття оком світла різної довжини хвилі.

8. Оптична густина: визначення, властивість адитивності, залежність від концентрації (причини відхилення від лінійності). Залежність оптичної густини від концентрації. Вимоги до побудови калібрувального графіку.

9. Охарактеризуйте пристрої для виділення світла певної довжини хвилі. Спектральна характеристика розчину.

10. Охарактеризуйте пристрої для регулювання та дисперсії світла (їх переваги та недоліки).

11. Охарактеризуйте пристрої для реєстрації світла. Намалюйте схему та поясніть принцип роботи фотоелементу з зовнішнім фотоефектом та із запираючим шаром. Темновий струм.

12. Джерела випромінювання у фотометричних приладах в залежності від діапазону довжин хвиль.

13. Призначення кювет. Їх відмінність при різних спектральних діапазонах.

14. Зобразіть схеми та позначте основні вузли приладів:

візуального фотометру ФМ-56, фотоколориметра ФЭК-56М, фотометра КФК-2, спектрофотометра СФ-4.

15. Етапи проведення фотометричних вимірювань та способи фотометричних розрахунків. Спектро-фотометричне титрування.

16. Переваги та недоліки фотометричного методу аналізу. Діапазон роботи на приладах (?).

17. Теоретичне обґрунтування нефелометричного методу аналізу. У чому відмінність власне нефелометрії від турбідиметрії? Вимоги до нефелометричних вимірювань.

18. Якісний та кількісний аналіз металів та сплавів за спектрами випромінювання.

19. Атомно-абсорбційний аналіз: теорія методу, переваги та недоліки методу. Зобразіть схему та позначте основні вузли спектрометру – приладу атомно-абсорбційного аналізу.

20. Зобразіть схему емісійного спектрографу, позначте основні вузли приладу.

21. Полум'яна фотометрія. Переваги та недоліки методу.

22. Зобразіть схему полум'яного фотометру, позначте основні вузли приладу.

23. Теоретичне обґрунтування рефрактометричного методу аналізу.

24. Теоретичне обґрунтування поляриметричного методу аналізу. Оптично-активні речовини.

25. Теоретичне обґрунтування люмінесцентного методу аналізу. Гасіння люмінесценції: види та причини.

26. Поясніть ефекти резонансного випромінювання, флюоресценції та фосфоресценції в люмінесцентному аналізі.

27. Що спільного та що відрізняє флюоресцентний та фосфоресцентний аналіз. Дія люмінесцентних індикаторів.

28. Техніка вимірювання флюоресценції. Наведіть схему флюориметра.

Розрахункові задачі

1. Молярний коефіцієнт світлопоглинання сполуки платини в розчиннику при 635 нм дорівнює 3,00 · 10³. Яку масову частку платини можна визначити, якщо із наважки зразка сплаву масою 2,00 г одержують розчин об’ємом 50 мл і вимірюють у кюветі товщиною 2 см мінімальну оптичну густину, яка становить 0,030?

2. Обчисліть молярний коефіцієнт поглинання розчину купрум (ІІ) аміакату, який містить 9,6 мг/л катіонів Сu²⁺ у кюветі товщиною 2 см, якщо оптична густина його дорівнює 0,127.

3. Визначте молярну концентрацію йонів Стануму, якщо оптична густина досліджуваного розчину дорівнює 0,250, а стандартного розчину, який містить 0,0576 мг йонів Стануму в об’ємі 50 мл, 0,820.

4. Оптична густина розчину речовини у кюветі товщиною 3 см дорівнює 0,750. Стандартний розчин, який містить 5 мг/л цієї речовини має оптичну густину 0,550 у кюветі з товщиною 5 см. Обчисліть концентрацію розчину у мг/л.

5. Визначте концентрацію рутину (вітаміну Р) (у моль/л і мг/л), якщо оптична густина досліджуваного розчину дорівнює 0,780, а стандартного розчину з молярною концентрацією 6,1 · 10^–5 моль/л станове 0,650 за довжини хвилі 258 нм (М_рутину = 610 г/моль).

6. Оптична густина розчину комплексонату свинцю, який містить 5 мкг/мл Плюмбуму, становить 0,640 за довжини хвилі 240 нм і товщини шару 3 см. Обчисліть значення молярного коефіцієнту поглинання цієї сполуки.

7. Оптична густина барвника стандартного розчину концентрацією 0,005 моль/л у кюветі товщиною 1 см дорівнює 0,6. Оптична густина барвника досліджуваного розчину в кюветі товщиною 0,5 см дорівнює 0,35. Обчисліть концентрацію досліджуваного розчину.

8. При спектрофотометричному визначенні міді як комплексної сполуки оптична густина розчину, який містить 0,029 мг міді у 50 мл органічного розчинника, становить 0,300. Вимірювання проводили в кюветі з товщиною шару 2 см і за довжини хвилі 436 нм. Обчисліть значення молярного коефіцієнту поглинання комплексу.

9. Обчисліть мінімальну концентрацію цинку у моль/л і мг/л, яку можна визначити фотометричним методом з дитизоном, якщо значення молярного коефіцієнту поглинання дитизонату цинка у чотирьоххлористому вуглеці за довжини хвилі 538 нм становить 7,2·10⁴. Вимірювання проводяться у кюветі з товщиною шару 2 см, а мінімальне значення оптичної густини, яке визначається з достатньою точністю, дорівнює 0,100.

10. Визначте вміст Fe³⁺ (в мг/л), якщо оптична густина розчину солі Fe³⁺ з сульфосаліциловою кислотою в кюветі товщиною 2 см дорівнює 0,44. Оптична густина стандартного розчину, який містить 2 мг/л, дорівнює 0,28.

 

11. Молярний коефіцієнт світлопоглинання дитизоната купруму (ІІ) у тетрахлориді карбону при λ_еф. = 550 нм дорівнює ε = 4,52 · 10⁴. Яку масову частку (%) міді можна визначити з дитизонатом, якщо із наважки зразка сплаву масою 1,00 г отримано 25,00 мл розчину дитизонату у ССl₄ і мінімальну оптичну густину 0,020 у кюветі з l = 5,0 см?

 

12. Значення молярного коефіцієнту поглинання сполуки бісмуту з тіосечовиною (складу 1:3) за довжини хвилі 440 нм становить 3,5 · 10⁴. Яка оптична густина розчину цієї сполуки, що містить 0,9 мкг/мл Ві у кюветі з товщиною шару 2 см?

 

 

13. Для визначення Ніколу з диметилгліоксимом наважку сталі розчиняють і розводять розчин до 100,0 мл. До 5,00 мл розчину додають реактиви, розводять водою до 50,00 мл і фотометрують при товщині шару розчину 1,0 см, (λ_еф. = 470 нм, ε = 1,30·10⁴). Обчисліть масу наважки сталі, якщо оптимальне значення оптичної густини 0,435 і приблизна масова частка Ніколу у сталі дорівнює 0,5 %.

14. Обчисліть концентрацію (мг/л) антрацену у досліджуваному розчині, якщо відносна оптична густина його дорівнює 0,396, а оптична густина стандартного розчину, який містить 35,0 мг/л антрацену, 0,412. У кюветі порівняння в обох випадках був розчин з вмістом антрацену 30,0 мг/л.

 

15. Обчисліть молярний коефіцієнт поглинання речовини ZrR₄, якщо при товщині шару розчину 1 см і концентрації цирконію 1 · 10^–5 моль/л, отримано оптичну густину 1,2.

16. Оптична густина барвника стандартного розчину концентрацією 0,001 моль/л у кюветі товщиною 2 см дорівнює 0,7. Оптична густина досліджуваного розчину в тій же кюветі дорівнює 0,35. Обчисліть концентрацію досліджуваного розчину.

17. Визначте масову частку міді у 10 г зразка, 1 г якого розчинили у мірній колбі вмістом 100 мл. Оптична густина отриманого розчину у кюветі з товщиною шару 3 см склала 0,675, а молярний коефіцієнт поглинання 4,5 · 10⁴.

18. Обчисліть молярний коефіцієнт поглинання калій хромату, якщо відносна оптична густина розчину з молярною концентрацією К₂Сr₂O₄ 2,65 · 10^–3 моль/л, яка обміряна за λ = 372,5 нм у кюветі з товщиною шару 2,3 см по відношенню до розчину порівняння з молярною концентрацією К₂Сr₂O₄ 1 · 10^–3 моль/л, дорівнює 1,38.

19. Оптична густина розчину забарвленої сполуки Феруму, який містить 1 мг/л Fe³⁺ у монохроматичному світлі у кюветі товщиною 3 см, дорівнює 0,450. Обчисліть молярний коефіцієнт поглинання Fe³⁺ в цієї сполуці.

20. Визначте вміст Cs⁺-йонів у розчині, якщо при фотометрируванні його розчинів на полум'яному фотометрі отримано такі дані:

С (Cs⁺), мкг/мл..... 21 47 х

І, мкА................... 26,0 64,5 45,0

 

21. Для люмінесцентного визначення вітаміну В₂ у харчовому продукті методом добавок 0,2002 г продукту розчинили і після обробки інтенсивність люмінесценції отриманого розчину виявилася 23,5. Після додавання стандартного розчину, що містить 15,0 мкг віта­міну В₂, інтенсивність люмінесценції збільшилася до 45,7. Визначте масову частку вітаміну В₂ у продукті, якщо інтенсивність люмінесценції холостого розчину склала 5,5.

22. При аналізі розчину рибофлавіну показання флюориметру дорівнює 0,47, а контрольного розчину – 0,08. Обчисліть концентрацію розчину рибофлавіну, якщо показання флюориметру для стандартного розчину з вмістом рибофлавіну 0,5 мкг/мл склало 0,72, а контрольного розчину 0,08.

23. Визначте концентрацію розчину L-морфіну (у г/100мл) у метанолі, якщо довжина кювети 25 см, а кут обертання площини поляризації складає –4,92⁰.

Для визначення складу водно-ацетонової суміші отримали показники заломлення стандартних розчинів:

 

 

w, %
nД	1,3340	1,3410	1,3458	1,3550	1,3610

 

 

Визначте масову частку ацетону в двох сумішах, якщо їх показники заломлення n₁ = 1,3500 и n₂ = 1,3400.

 

НАВЧАЛЬНІ ТЕСТИ

з теми: "Оптичні методи аналізу"

(модуль № 1)

1) Математичний вираз основного закону фотометрії:

а) ; в) ;

б) ; r) .

2) Пристрої для регулювання світлового потоку – це:

а) світлофільтр; в) діафрагма;

б) дифракційна решітка; г) фотоелемент.

3) Діапазон вимірів оптичної густини:

а) 0 – ∞; в) 0 – 14;

б) 396 – 760; г) 0 – 2-3.

4) Призми в оптичних приладах призначені для:

а) реєстрації інтенсивності світлового потоку;

б) регулювання світлового потоку;

в) монохроматизації світла;

г) дисперсії світла.

5) Пристрій, який не служить для реєстрації інтенсивності світлового потоку:

а) фоторезистор; в) оптичний клин;

б) фотоелемент; г) фотопластина.

6) Світлофільтри – це:

а) забарвлені стекла; в) силітові стрижні;

б) напівпровідникові пристрої; г) скляні ємності.

7) Розчин з точно відомою концентрацією називається:

а) холостий; в) еталонний;

б) дослідний; г) колоїдний.

8) Фотоелемент – це пристрій...

а) для регулювання світла;

б) для реєстрації світлового потоку;

в) джерело випромінювання;

г) для дисперсії світла.

9) Молярний коефіцієнт поглинання залежить від:

а) природи розчиненої речовини;

б) концентрації сторонніх речовин;

в) величини рН;

г) гідролізу речовини.

Вкажіть відповідність

Джерело випромінювання: Спектральний діапазон:

а) ртутно-кварцова лампа А) <400 нм

б) глобар Б) 400 - 760 нм

в) звичайна лампа накалювання. В) >760 нм.

 

а) аА бВ вБ; б) аВ бА вБ; в) аВ бБ вА; г) аА бБ вВ.

11) Пристрій для виділення світла певної довжини хвилі:

а) діафрагма; в) кювета;

б) фотоелемент; г) світлофільтр.

12) Вкажіть межі видимої області спектра (нм):

а) 0 – 14; в) 400 – 1200;

б) 200 – 1200; г) 400 – 760.

13) Температурне гасіння люмінесценції – це:

а) зменшення виходу світіння з підвищенням температури;

б) збільшення виходу світіння з підвищенням температури;

в) збільшення виходу світіння зі зменшенням температури;

г) зменшення виходу світіння зі зменшенням температури.

14) В автоматичних аналізаторах застосовується спосіб фотометричного розрахунку:

а) за калібрувальним графіком;

б) за коефіцієнтом перерахунку;

в) за умовними одиницями;

г) за стандартним розчином.

15) Одиниці виміру оптичної густини:

а) безрозмірна величина; в) люмен;

б) вольт; г) моль/л.

16) Щілини в оптичних приладах служать для:

а) реєстрації світла; в) дисперсії світла;

б) монохроматизації світла; г) регулювання світла.