Тема 2. Метод молекулярной абсорбционной фотометрии

Цель – овладение практическими приемами фотометрического анализа.

Задачи:

- изучение устройства фотоэлектроколориметра;

- изучение способов подготовки образцов сельскохозяйственной продукции для анализа методом фотометрического анализа;

- овладение приемами проведения фотометрических измерений;

- изучение способов обработки результатов фотометрических измерений.

Принцип метода. Абсорбционная спектрофотометрия в видимом или ультрафиолетовом свете основана на измерении уменьшения интенсивности (абсорбции) потока электромагнитного излучения при прохождении его через анализируемый раствор. Этот метод используют для определения концентраций переходных металлов и органических соединений. Главное условие применимости метода - интенсивное поглощение излучения раствором.

Поглощение излучения обусловлено переходом молекул из основного энергетического состояния с минимальной энергией Е ₀в возбужденное состояние с большей энергией Е ₁. Молекулы поглощают только те кванты света, энергия которых h n равна энергии, которая необходима для перехода молекулы из основного в одно из возбужденных состояний:

h n = E ₁ - E ₀,

где h – постоянная Планка, n - частота поглощаемого излучения.

Частоты n или длины волн l (l = с /n), при которых молекула поглощает излучение, различны для разных молекул. График, изображающий зависимость интенсивности поглощения от частоты или длины волны излучения, называют спектром поглощения. Спектр поглощения – это такая же «особая примета» молекулы, как отпечатки пальцев или цвет радужной оболочки глаза у человека. При построении спектра поглощения обычно по оси абсцисс откладывают числовые значения частот или длин волн, а по оси ординат – числовые значения оптической плотности или молярного коэффициента поглощения (эти величины описаны ниже). В молекулярных спектрах поглощения имеются участки (полосы поглощения), в которых молекулы поглощают свет наиболее интенсивно. Имея спектр поглощения для анализируемого вещества, можно выбрать нужные для осуществления анализа частоты или длины волн. Эти частоты или длины волн соответствуют полосам поглощения молекул. Для создания излучения с нужной частотой или длиной волны используют светофильтры, каждый из которых пропускает свет только в определенном диапазоне частот или длин волн. Выбранный диапазон пропускания светофильтра должен совпадать с диапазоном частот или длин волн, в котором анализируемое вещество интенсивно поглощает излучение. При прохождении монохроматического излучения (излучение с одной длиной волны) через окрашенный раствор поток света ослабляется тем сильнее, чем больше энергии поглощают частицы данного вещества. Уменьшение интенсивности светового потока называют коэффициентом пропускания или просто пропусканием:

T = I/I_0,

где I₀ – интенсивность падающего светового потока, I – интенсивность прошедшего через раствор потока.

Пропускание – безразмерная величина. На шкалах приборов ее часто выражают в процентах:

T = (I/I₀)×100

Ослабление интенсивности излучения зависит от концентрации поглощающего вещества и длины пути, проходимого светом в растворе. Эту зависимость выражает основной закон светопоглощения – закон Бугера – Ламберта – Бера:

lg I ₀/ I = e_λ lc,

где I ₀ – интенсивность падающего светового потока; I – интенсивность потока, прошедшего через раствор; ε_λ – молярный коэффициент поглощения; l – толщина светопоглощающего слоя; c – концентрация поглощающего вещества. Десятичный логарифм отношения интенсивности падающего потока к интенсивности выходящего потока называют оптической плотностью или поглощением. Эта величину обозначают буквой A

A = lg I ₀ / I

Молярный коэффициент поглощения ε_λ – постоянная (для данного окрашенного вещества) величина, равная оптической плотности одномолярного раствора при толщине слоя раствора 1 см.

Зависимость оптической плотности A от концентрации с имеет прямолинейный характер при соблюдении закона светопоглощения, основным

критерием которого является постоянство средней величины ε_λ.

Для нахождения концентраций веществ методом абсорбционной спектрофотометрии в видимом и ультрафиолетовом свете обычно применяют метод градуировочного графика. Выбрав кювету оптимального размера и подходящий светофильтр, измеряют оптические плотности серии эталонных растворов. Затем строят график в координатах «концентрация с - оптическая плотность A». После этого измеряют оптическую плотность анализируемого раствора и по ней с помощью графика определяют концентрацию вещества.

Лабораторная работа 4. ИЗУЧЕНИЕ ПРИЕМОВ РАБОТЫ С КОЛОРИМЕТ-

РОМ КФК-2

Для измерения оптической плотности используют колориметр КФК – 2 (рис. 8).

Подготовка прибора к работе. 1.Включить прибор, нажав кнопку «сеть», дать ему прогреться в течение 15 мин. Во время прогрева прибора кюветное отделение должно быть открыто.

2. При помощи ручки 3 ввести в световой поток нужный светофильтр.

3. Установить минимальную чувствительность прибора. Для этого ручку 5 повернуть в положение «1», отмеченное черным цветом, если выбран светофильтр, отмеченный на лицевой панели черным цветом. Если же выбран светофильтр, отмеченный красным светом, то и ручку 5 нужно повернуть в положение «1», отмеченное красным цветом. Ручки «установка 100», «грубо» повернуть в крайнее левое положение.

Рис. 8. Общий вид колориметра КФК-2: 1 – показывающий прибор, 2 – источник света, 3 – ручка выбора длины волны (выбора светофильтров), 4 – ручка перемещения кювет в световом пучке в кюветодержателе, 5 – ручка переключения фотоприемников, 6, 7 – ручки установки 100%-го светопропускания «грубо» и «точно»

Измерение оптической плотности. 1. В одну из кювет налить растворитель (дистиллированную воду) и поставить ее в дальнее отделение кюветодержателя. В другую кювету налить один из эталонных растворов, начиная с меньшей концентрации, и поместить ее в ближнее отделение кюветодержателя. Устанавливая кюветы, нельзя касаться пальцами поверхностей кюветы, через которые проходит световой поток. В случае загрязнения поверхности кюветы, последнюю помыть дистиллированной водой и протереть мягкой бязевой тканью.

2. Поворотом металлической ручки 4 в положение 1 на лицевой панели прибора поместить кювету с растворителем в световой поток. Закрыть крышку кюветного отделения.

3. Установить светопропускание Т на 100% по верхней шкале показывающего прибора, пользуясь ручками 6 «грубо» и 7 «тонкая регулировка».

4. Поместить кювету со стандартным раствором с самой меньшей концентрацией в световой поток, повернув ручку 4 в положение 2.

5. Снять показания оптической плотности по нижней шкале.

6. Повторить пункты 2,3,4,5, при этом каждый раз меняя стандартный раствор в кювете 2 от меньшей концентрации к большей.

7. Измерить оптическую плотность исследуемого раствора. Выключить прибор. По данным измерений построить градуировочный график.

,мг/л

Рис. 9. Градуировочная кривая определения концентрации исследуемого раствора методом абсорбционной спектрофотометрии.

Лабораторная работа 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА В ВИДЕ СОЕДИНЕНИЙ С СУЛЬФОСАЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТОЙ

В зависимости от значений рН железо(III) образует с сульфосалициловой кислотой несколько различных соединений. При рН 1,8-2,5 образуется комплексное соединение фиолетового цвета, в котором на 1 моль железа приходится 1 моль сульфосалицилат-иона. Это моносульфосалицилат железа, для которого длина волны, соответствующая максимуму поглощения, λ_макс = 510 нм, а молярный коэффициент поглощения ε_l = 1,7×10³. При рН 9-11,5 образуется комплексное соединение желтого цвета, в котором на 1 моль железа приходится 3 моль сульфосалицилат-иона. Это трисульфосалицилат железа, для которого λ_макс = 416 нм и ε_l = 1,8×10³. При рН > 12 происходит разложение комплексного соединения с выделением в осадок гидроксида железа(III).

Цель работы состоит в определении содержания железа в контрольном растворе с помощью метода абсорбционной спектрофотометрии в виде соединения с сульфосалициловой кислотой.

Реагенты. 1. Стандартный раствор железа (III), содержащий 0,1 мг/мл или 1 мг/мл катионов Fe³⁺. 2. Сульфосалициловая кислота, 10%-й раствор. 3. Серная кислота, 2 н. раствор. 4. Аммиак, 10%-й раствор.

Методика определения железа в виде моносульфосалицилата при отсутствии посторонних ионов. Для приготовления эталонных растворов в 5 мерных колб вместимостью 50 мл вводят по 10 мл воды. В первую колбу приливают из бюретки 1 мл стандартного раствора железа, во вторую – 1,5 мл и т.д., увеличивая его содержание в каждом эталонном растворе на 0,05 мг. Во все растворы добавляют по 1 мл серной кислоты и по 5 мл раствора сульфосалициловой кислоты. Объем раствора доводят до метки, колбы закрывают пробками и тщательно перемешивают растворы. Строят градуировочный график, измеряя оптическую плотность растворов на фотоколориметре КФК–2. В качестве раствора сравнения используют дистиллированную воду.

Для определения железа в контрольный раствор добавляют те же компоненты и в той же последовательности, что и в эталонные растворы (раствор соли железа(III) наливает преподаватель). Измерение проводят в условиях построения градуировочного графика. По градуировочному графику находят содержание железа (табл. 3).

Строят градуировочный график (рис. 9) на миллиметровой бумаге, находят концентрацию и рассчитывают массу железа.

Таблица 3

Дата добавления: 2015-10-28