Як приклад розглянемо роботу деяких лабораторних приладів, а саме фотоелектроколориметра

ФОТОЕЛЕКТРОКОЛОРИМЕТРІЯ

Матеріальне забезпечення

Фотоелектроколориметр, досліджувані розчини.

Навчальна мета

Знати

1. Фотоелектроколориметричний метод аналізу.

2. Будову фотоелектроколориметра.

3. Принцип роботи фотоел ектроколориметра.

Уміти

1. Підготувати прилад до роботи.

2. Визначати концентрацію розчину за допомогою фотоелект- роколориметра.

План проведення заняття

1. Фотоелектроколометричний метод аналізу, його суть.

2. Будова приладу ФЕК-56М.

3. Визначення концентрації розчину фотоелектроколоримет- рично.

Теоретичні ВІДОМОСТІ

Фотоелектроколориметрія

Фотоелектроколориметрія - визначення концентрації речови­ни в розчині за зміною сили струму в фотоелементі при попаданні на нього променя світла, який пройшов через досліджуваний роз­чин.

При проходженні світлового потоку через забарвлену прозору рідину частина світла поглинається. Ступінь поглинання світла (коефіцієнт екстинкції) у багатьох випадках прямо пропорційний інтенсивності забарвлення розчину. Забарвлення розчину зале­жить від концентрації в ньому розчиненої речовини: чим більша концентрація, тим інтенсивніше забарвлення і тим більше світла поглинає розчин. Ступінь світлопоглинання визначають у фото- електроколориметрі (ФЕК). Для цього порівнюють інтенсивність світла, що пройшло через досліджуваний забарвлений розчин, і світла, що пройшло через контрольну рідину - безбарвний роз­чинник досліджуваної речовини. За ступенем світлопоглинання визначають вміст речовини в розчині.

Для добування точних об'єктивних даних про інтенсивність світла в прилад вводять фотоелемент. Фотоелемент перетворює світ­лове випромінювання на електричний струм. При попаданні світла на деякі світлочутливі речовини (селен, цезій) енергія світлових квантів передається електронам цієї речовини, які починають ру­хатися в одному напрямку. Якщо пластинки фотоелемента сполу­чити провідником, то в ньому виникає потік електронів, тобто елек­тричний струм, силу якого можна виміряти мікроамперметром.

Сила струму пропорційна світловому потоку, що падає на фо­тоелемент. Якщо на шляху світлового потоку кладуть кювету з розчином, який поглинає або розсіює світло, то на фотоелемент падає менше променів. Сила струму в ланцюгу зменшується, на що вказує відхилення стрілки амперметра. За зміною сили струму можна визначити концентрацію досліджуваної сполуки.

На вимірюванні світлопоглинання ґрунтується визначення кон­центрації прозорих забарвлених розчинів, тобто фотоелектроколо­риметрія. Описаний прилад дозволяє проводити і нефелометричні визначення, тобто визначати концентрацію речовини в зависях та емульсіях за ступенем розсіювання ними світла.

Частинки зависі на шляху вузького бічного пучка світла відби­вають світлові хвилі - розсіюють світло. Чим мутніша завись, тоб­то чим більша її концентрація, тим більше світла відбивається і тим менше воно проникає через завись і потрапляє на фотоелемент, і тим меншої сили струм виникає в фотоелементі. Між концентра­цією речовини в зависі та силою фотоструму існує обернено про­порційна залежність.

Фотоелектроколориметр ФЕК 56-М

Оптична схема приладу ФЕК 56-М (мал. 19). Від джерела стру­му - лампи розжарювання (7) світловий потік спрямовується на призму (3), яка ділить його на два пучки і направляє на плоскі дзер­кала (4). Дзеркала відбивають світло двома паралельними пучка­ми: правий світловий пучок є вимірювальним, лівий - компенса­торним.

 

2 У 4 5 7 9 19 11 17 15

Мал. 19. Оптична схема приладу ФЕК 56-М:

1 - лампа розжарювання; 2 - світлофільтр; 3 - призма; 4 - плоскі дзеркала; 5,6 - кольорові світлофільтри; 7 - кювета з контрольним роз­чином; 8 - кювета з досліджуваним розчином; 9,10 - розсувні діафраг­ми; 11, 12 - лінзи; 13, 14 - дзеркала; 15, 16 - матове скло; 17,18 - фотоелементи; 19,20 - відлікові барабани

Паралельні пучки світла проходять через світлофільтри і по­трапляють у кювети з контрольним (7) і досліджуваним (8) розчи­нами. Тут частина світла поглинається або розсіюється. Пучки світ­ла, що вийшли через кювети, проходять через розсувні діафрагми (9,10) і потрапляють на лінзи (11,12), у фокусі яких поміщені дзер­кала (1З,14), які відбивають світло на матове скло (15,16), за яким розміщені фотоелементи (17,18).

Розсувні діафрагми при повертанні зв'язаних з ними відлікових барабанів (19, 20) змінюють площу отвору і цим самим змінюють інтенсивність світлового потоку, що падає на фотоелементи (17,18).

У фотоелементах виникає струм, сила якого пропорційна світ­ловому потоку. Обидва фотоелементи сполучені з мікроампермет- ром таким чином, що при виникненні в них струму однакової сили стрілка мікроамперметра стоїть на нулю.

Будова приладу ФЕК-56 М (мал. 20). У корпусі приладу є освіт­лювач, оптична система, кюветотримачі, фотоелементи, електрич­на мережа з мікроамперметром. Корпус освітлювача (2) кріпиться до задньої стінки приладу. В ньому може бути встановлена лампа розжарювання або ртутно-кварцова. До освітлювальної частини приладу належать також призма, яка розділяє світловий потік на два промені, конденсори та дзеркала, які відображають світло дво­ма паралельними променями.

Світлові промені перекриваються завісою, яка перегороджує шлях світла в напрямку фотоелемента. Відслоняється і заслоняєть­ся завіса ручкою (3). В оптичну частину приладу входять світ­лофільтри, лінзи, розсувні діафрагми. Дев'ять скляних світло­фільтрів попарно вмонтовані в диск, закріплений на задній стінці корпусу приладу. Світлофільтри позначені номерами згідно з довжинами хвиль, які максимально пропускаються фільтром.

Для увімкнення світлофільтра в світловий промінь повертають диск ручкою (9). Цифри на шкалі показують, які світлофільтри ввімкнені. Робочі положення кожного світлофільтра фіксуються.

Розсувні діафрагми складаються з декількох металевих плас­тинок, які утворюють прямокутник, бічні грані якого можуть пе­ресуватися назустріч одна одній, зменшуючи ширину щілини від максимального відкриття до нуля. Цим регулюється світловий потік, який падає на фотоелементи. Бічні грані діафрагми приводять в рух повертанням відлікових барабанів (5).

Мал. 20. Будова приладу ФЕК-56 М:

а - вигляд спереду; б - вигляд ззаду. 1 - мікроамперметр; 2 - кор­пус освітлювача; З - ручка для закривання завіси; 4 - перемикач кю­вет; 5 - відліковий барабан; 6 - шкала відлікового барабана; 7 - ручка для встановлення нуля; 8- ручка для регулювання чутливості мікро- амперметра; 9 - перемикач світлофільтрів.

На кожному ба­рабані нанесено дві шкали (б). Чорна шкала (шкала світлопропус- кання) показує інтенсивність світлового потоку, який проходить через діафрагму. Ця інтенсивність пропорційна ширині щілини. Червона шкала показує оптичну густину речовини, або ступінь поглинання ним світла, між величиною якої і концентрацією ре­човини в забарвленому розчині існує прямо пропорційна залеж­ність.

Шкала світлопропускання нанесена так, що 100 % світлопро- пускання відповідає максимальному відслоненню розсувної діа­фрагми, а 0 - повному її заслоненню. Нульова точка червоної шка­ли знаходиться на рівні позначки 100 % на чорній шкалі. Червона шкала нерівномірна.

У приладі є два кюветотримачі, які вставлені в каретки. У пра­вому кюветотримачі встановлюють дві кювети. Кювети в правому світловому пучку переміщуються повертанням ручки (4). У ліво­му кюветотримачі є гніздо тільки для однієї кювети.

До приладу додається 4 набори кювет. Кожен з них складаєть­ся із 7 пар кювет, у яких різні відстані між робочими гранями. Зав­дяки цьому можна досліджувати рідини в шарах різної товщини.

Закріплені в корпусі приладу два фотоелементи пов'язані з мікроамперметром (І), який розміщений на передній його стінці. Регулюється мікроамперметр за допомогою ручки чутливості (5).

Прилад вмикають в електромережу через стабілізатор, який забезпечує постійність напруги струму, що живить джерело світла. У корпусі стабілізатора вмонтовано випрямляч струму, який знижується трансформатором. Тумблер для перемикання ламп (лам­па розжарювання або ртутнокварцова) виведений з корпусу пра­воруч. На передній стінці корпусу знаходиться вимикач напруги електромережі.