Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ




Скачать 120.33 Kb.
НазваниеЛабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ
Дата06.11.2012
Размер120.33 Kb.
ТипЛабораторная работа





Лабораторная работа №9


ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ


Цель работы: получить представление о молекулярно-абсорбционном спектральном анализе. Освоить методику работы на фотоэлектроколориметре.


ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Физические основы спектрального анализа

Спектрофотометрический и фотоколориметрический анализы являются разновидностями молекулярно-абсорбционного спектрального анализа. Сущность молекулярно- абсорбционного спектрального анализа заключается в качественном и количественном определении веществ по их спектрам поглощения. Физической основой спектрального анализа является взаимодействие электромагнтитного излучения с веществом.

Молекулы, как и атомы, могут находиться в различных энергетических сосотояниях Е1, Е2, Е3, и т. д. При переходе из одного состояния в другое молекула либо поглощает, либо испускает квант излучения. Если при прохождении света через вещество поглощения света не происходит, то в данном случае вещество с излучением не взаимодействует и молекулы не изменяют своего энергетического состояния. Если при пропускании света через вещество или его раствор мы наблюдаем поглощение света в определённой части спектра, то это означает, что молекулы вещества поглотили часть энергии излучения и перешли в состояние с более высокой энергией. Энергия кванта поглощённого излучения равна разности энергий двух состояний молекулы.

Е = Е2 – Е1 = h.

Наблюдаемая при прохождении излучения через вещество картина называвется спектром поголощения. Измерение спектров поглощения в молекулярно-абсорбционном спектральном анализе производят обычно в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой части спектра. Напомним, что инфракрасная область спектра включает в себя излучение с длиной волны 10-2 – 7  10-7м. Видимое излучение лежит в диапазоне длин волн 7  10-7 – 3,2  10-7 м., ультрафиолетовое 3,2  10-7 – 10-9 м.

10-2
7  10-7 3,2 10-7 10-9

Энергия отдельной молекулы складывается из энергии движения электронов Еэл., энергии колебания атомов Екол. и энергии вращения молекулы Евр.


Е = Еэл. + Екол. + Евр.

Если при прохождении света через вещество изменяется только вращательная энергия молекул, то поглощение лежит в области длин волн порядка 510-5 – 10-4 нм. Наблюдаемый спектр называется вращательным. Он лежит в далёкой инфракрасной области спектра. Если изменяется энергия вращения и энергия колебания атомов, то наблюдаемый спектр поглощения называется колебательно-вращательным. Он лежит в близкой инфракрасной области спектра. Колебания могут быть направлены вдоль оси связи между атомами, такие колебания называются валентными. Если колебания атомов происходит в одном направлении, то такое колебание называется симметричным, если в разных, то ассимметричным.











симметричные ассимметричные


Если колебания происходят с изменением угла между связями, то колебания называются деформационными.





Энергия деформационных колебаний обычно меньше, чем валентных и полосы поглощения, обусловленные валентными колебаниями, лежат в области более длинных волн.

Если изменяется энергия движения электронов, спектр поглощения, наблюдаемый при этом называется электронным и лежит в области видимого и ультрафиолетового излучения.

Молекулы определённых веществ поглощают в строго определённой части спектра и, как правило, дают много полос поглощения. Спектр отдельного вещества является в достаточной степени специфичным. Некоторые вещества имеют практически одинаковые спектры поглощения, но интенсивность поглощения в различных участках спектра у них различается. Спектры поглощения большого числа веществ собраны в специальные каталоги, по которым, в случае необходимости можно идентифицировать исследуемое вещество. Отдельные функциональные группы ( - СН3, - СООН, - ОН. и т. д.) дают характерные полосы поглощения в определённой части спектра. Данные полосы поглощения называются характеристическими и они будут присутствовать в спектрах поглощения всех веществ, содержащих данную функциональную группу. Например, полосу поглощения, соответствующую группе – СН3 будут давать все органические соединения, в которых присутствует эта функциональная группа: алканы, толуол, уксусная кислота и т. д. Таким образом, определить неизвестное вещество по его спектру поглощения можно двумя способами:

1. Определить спектр поглощения вещества и, сопоставив его с известным спектром поглощения по каталогу, идентифицировать вещество.

2. Определить характеристические полосы и по ним определить функциональные группы, входящие в состав молекулы вещества.

Спектрофотометрические методы используются также для количественного определения веществ. Главным образом, его используют для измерения концентраций растворов. Методы количественного определения основаны на измерении поглощения монохроматического света, прошедшего через раствор. Длину волны света подбирают соответственно максимуму поглощения исследуемого вещества. Основной закон спектрофотометрии – закон Бугера – Ламберта – Бера. Применительно к растворам его запись выглядит следующим образом:

(1)

Где: I0 = начальная интенсивность светового потока.

I – интенсивность светового пучка после прохождения раствора.

 - коэффициент поглощения (экстинкции) светового потока. Зависит от природы вещества и длины волны света.

С – концентрация вещества в растворе в м/л.

l – толщина слоя светопоглощающего раствора.

Из (1) следует:

. (2)

Величина lg (I0/I) называется оптической плотностью раствора и обозначается символом D. Из (3) имеем:

. (3)

Как видно из уравнения (3) оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации светопоглощающего вещества в растворе и толщине слоя раствора. Другими словами, при определённой толщине слоя раствора, оптическая плотность будет тем больше, чем больше концентрация вещества в растворе. Отсюда следует, что, определяя оптическую плотность раствора, мы можем напрямую определять концентрацию вещества в растворе. При помощи современной техники оптическая плотность может быть измерена очень точно. Увеличивая толщину слоя l можно измерять очень малые концентрации веществ.

Оборудование и техника эксперимента.

Для проведения спектрофотометрического анализа используются спектрофотометры и фотоэлектроколориметры. Принцип действия этих приборов основан на пропускании света определённой длины волны через раствор и определение интенсивности выходящего светового потока при помощи фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). В спектрофотометрах источниками излучения служат обычно лампа накаливания, служащая источником инфракрасного и видимого света и дейтериевая газоразрядная лампа, служащая источником ультрафиолетового излучения. Свет, испускаемый источником излучения, проходит через монохроматор, где он расщепляется при помощи системы призм или дифракционных решёток на отдельные пучки определённой длины волны. При помощи выходной щели из всего диапазона вычленяется свет определённой длины волны и пропускаётся через специальную кювету с исследуемым раствором. Пройдя через раствор луч света улавливается фотоэлементом, который преобразует энергию света в постоянный электрический ток. После усиления сила тока измеряется чувствительным амперметром или гальванометром. Шкала измерительного прибора отградуирована обычно под оптическую плотность (D) или коэффициент пропускания (Т%), который представляет собой величину, обратную оптической плотности раствора и показывает сколько процентов составляет интенсивность светового пучка после прохождения раствора от начальной интенсивности.

Фотоэлектроколориметры – более простые приборы. Они предназначены для измерения концентраций растворов окрашенных веществ. Источником излучения в них служит лампа накаливания, а монохроматором набор светофильтров из цветного стекла или полимерных плёнок. В общем случае схему работы спектрофотометра и фотоэлектроколориметра можно представить следующим образом:







Источник монохроматор кювета с раствором фотоэлектронный амперметр

излучения умножитель


Для пропускания света через раствор служат специальные кюветы. Обычно это сосуды из специального стекла с плоско-параллельными стенками. Кюветы бывают различной толщины, обычно от 5 до 50 мм. Толщина кюветы указывается на ней специальной маркировкой. Для измерения оптической плотности концентрированных растворов используют кюветы малой толщины. Для растворов с малой концентрацией используются кюветы большей толщины. Кюветы, предназначенные для измерения в ультрафиолетовой области спектра, изготавливаются из кварцевого стекла, которое хорошо пропускает ультрафиолет. Кюветы требуют аккуратного и бережного обращения. Брать кюветы можно только за те грани, через которые не пропускается свет. После проведения эксперимента кюветы должны быть тщательно вымыты и уложены в специальный футляр. В кюветном отделении обычно имеется места для двух кювет: опытной и контрольной. Сначала свет пропускается через кювету с контрольным раствором, например с раствором, не содержащим определяемого вещества.1 Оптическая плотность контрольного раствора считается равной нулю. Затем, при помощи специального устройства кюветы перемещаются и свет пропускается через кювету с опытным раствором.

Общий порядок работы на фотоэлектроколориметре такой:

  1. Фотоэлектроколориметр включается за 15 мин. до начала измерений. Во время прогрева прибора кюветное отделение должно быть открыто.

  2. Устанавливают необходимый светофильтр (длина волны света, при которой производится измерение, обычно указывается в методике).

  3. Проверяют установку нуля при открытом кюветном отделении, если стрелка прибора отклонена от нулевого деления, устанавливают её регулировочным винтом.

  4. В кюветное отделение устанавливают кюветы с опытным и контрольным растворами.

  5. Устанавливают кювету с контрольным раствором под световой пучок и закрывают крышку кюветного отделения.

  6. При помощи регулировочных рукояток «чувствительность» и «установка нуля», устанавливают ноль по шкале оптической плотности или 100% по шкале коэффициента пропускания.

  7. При помощи рукоятки меняют кювету с контрольным раствором на кювету с исследуемым раствором.

  8. Снимают показания оптической плотности или коэффициента пропускания.

  9. Измерение проводят обычно 3-5 раз и окончательное значение находят как среднее арифметическое.

Методы фотоколориметрического измерения.

1.Установление концентрации исследуемого раствора методом сравнения оптических плотностей.

Для определения готовят эталонный раствор с известной концентрацией. Измеряют оптическую плотность при определённой длине волны и толщине слоя раствора. Измеряют оптическую плотность исследуемого раствора при той же длине волны и толщине слоя. Из формулы (3) имеем:


Dэт. = Cэт.l

Dисп = Cисп.l

отсюда

Dэт./ Dисп = Сэт.исп.

и

Сисп.= DиспСэт./ Dэт.

2. Определение концентрации по значению коэффициента экстинкции . Сначала определяют коэффициент экстинкции раствора исследуемого вещества при определённой длине волны света. Затем измеряют оптическую плотность исследуемого раствора и рассчитывают концентрацию вещества по формуле.

С = D/l.

Коэффициент экстинкции можно найти из специальных таблиц. Однако табличное значение коэффициента экстинкции зачастую сильно отличается от опытного. Поэтому этот способ определения используют относительно редко.

3 Определение концентрации вещества при помощи калибровочного графика. Этот метод применяется наиболее часто. Он особенно удобен при проведении массовых анализов. В основе метода лежит графическое изображение зависимости оптической плотности (D) от концентрации раствора (С). Для этого готовят серию растворов определяемого вещества различной концентрации. Измеряют оптическую плотность растворов и результаты записывают в виде таблицы. Например:

раствора 1 2 3 4 5 6 7

Конц. вещества в мг/мл 1 4 6 8 10 12 14

D 0,1 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Н
а основе полученных данных строят график зависимости оптической плотности концентрации. График строят по точкам, или прибегают к математическому методу наименьших квадратов. Определяя оптическую плотность исследуемого раствора на фотоколориметре, по графику находят его концентрацию.


ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Определение ионов аммония фотоколориметрическим методом



Оборудование и реактивы

Мерная колба на 500 мл. 2шт., стеклянный бюкс, пробирки мерные, пипетки, бюретка, хлорид аммония, реактив Несслера, раствор сегнетовой соли.

Выполнение работы


1. Приготовление стандартного раствора хлорида аммония.

Чистый стеклянный бюкс взвесьте на технических весах, затем на аналитических. Взвесьте 0,3703г. высушенного при 1050С хлорида аммония. В мерную колбу на 500 мл. вставьте чистую воронку. Навеску осторожно высыпьте в воронку и бюкс тщательно ополосните дистиллированной водой над воронкой. Рассчитайте концентрацию полученного раствора в мг./мл.

С = m(расворенного вещества)/V(раствора в (мл.).

Из полученного раствора пипеткой отберите 10 мл. раствора и поместите в другую колбу на 500 мл. Дополните дистиллированной водой до метки и перемешайте. Данный раствор является рабочим. Рассчитайте концентрацию рабочего раствора и вычислите содержание ионов аммония в г./мл.

2. Построение калибровочной кривой.

В 10 мерных пробирок из бюретки налейте следующие объёмы рабочего раствора:

пробирки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V раствора мл.0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Доведите объём дистиллированной водой до 10 мл. Прибавьте 1 мл. раствора сегнетовой соли и 1 мл. реактива Несслера. Окраска развивается через 10 - 15 минут. Параллельно с приготовлением калибровочных растворов приготовьте контрольный раствор: в пробирку налейте 10 мл. дистиллированной воды, 1 мл. раствора сегнетовой соли и 1 мл. реактива Несслера. По прошествии указанного времени измерьте на фотоколориметре оптическую плотность D растворов в кюветах 30 мм. с длиной волны 400 нм. против контрольного раствора. Измерение следует начинать с растворов с меньшей концентрацией. Постройте график зависимости коэффициента пропускания раствора от содержания ионов аммония.


3. Определение содержания ионов аммония в растворе с неизвестной концентрацией и почвенной вытяжке.

В 2 пронумерованных мерных пробирки налейте по 10 мл. раствора неизвестной концентрации и почвенной вытяжки.

Прибавьте по 1 мл. раствора сегнетовой соли и по 1 мл. реактива Несслера. Выждав 10 - 15 мин. измерьте на фотоколориметре оптическую плотность против контрольного раствора. По графику найдите содержание ионов аммония в исследуемых растворах в г./мл.

Контрольные вопросы


1. Что является физической основой спектрального анализа?

2. Какие явления на молекулярном уровне определяют существование спектров поглощения веществ?

3.Опишите в общих чертах принцип работы спектрофотометров и фотоэлектроколориметров. В чём заключается их различие

4. Запишите формулу закона Ламберта – Бера, объясните, какие величины входят в это выражение.

5. Какими способами можно производить определение концентрации раствора фотоколориметрическим методом? Какой из этих способов использовался в данной лабораторной работе?

6. Как производится построение калибровочного графика.



1 Большинство современных спектральных приборов сконструировано по так называемой двухлучевой схеме, когда луч света от источника излучения разделяется на два пучка, которые одновременно проходят через опытную и контрольную кювету.

Похожие:

Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ iconЛабораторная работа №5 Анализ операций с ценными бумагами
Лабораторная работа №5 включает 5 заданий. Для выполнения этих заданий необходимо ознакомиться с теоретическим материалом, приведенным...
Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ iconЛабораторная работа Установка и настройка 6 Лабораторная работа Демонстрационный проект 7 Упражнение 1: Работа с основной схемой проекта 7 Упражнение 2: Работа со схемой «Резервуарный парк»
Разработка систем диспетчерского контроля и управления с использованием Infinityscada 4
Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ iconЛабораторная работа. Получение и свойства оксидов, гидроксидов и солей
Лабораторная работа. Ряд напряжений металлов. Гальванические элементы. Электролиз юююююю
Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ iconТематическое планирование биология, 6 класс
Морфология листа (лабораторная работа) 12. Строение растительного организма. Клетки и ткани 13. Типы растительных тканей (Лабораторная...
Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ iconЛабораторная работа №3 Анализ информации и выполнение базовых административных операций в службе dns

Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ iconЛабораторная работа №1 (одномерные массивы) 27
Лабораторная работа №6 (статические массивы, знакомство с графическим режимом. Возможно будет изменена) 49
Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ iconЛабораторная работа №5. Эксперимент лабораторная работа №6 Раздел II. Эмпирические исследования познавательных процессов. Ощущения и восприятие лабораторные работы №7-9: Методика «Специфика восприятия»
Цель: Выявление типов поведения студентов (коллег) в дискуссии (наблюдение по схеме Р. Бейлза)
Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ iconЛабораторная работа №1 Изучение автоматической телеграфной станции ат-пс-пд лабораторная работа №2 Изучение телеграфного коммутационного сервера «Вектор-2000»
Рецензент – зам начальника Гомельской дистанции сигнализации и связи Белорусской железной дороги В. И. Прокопюк
Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ iconЛабораторная работа №2
Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 7 обеспечивает графический ввод аналоговых электронных схем и анализ их простейших...
Лабораторная работа №9 фотоколориметрический анализ iconЛабораторная работа Правила работы с вычислительной установки Лабораторная работа Работа с клавиатурой
Лабораторный практикум по информатике представляет собой учебно-практическое издание для студентов педагогического вуза непрофильных...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница