Контрольні питання

1. Що називається граничнодопустимою концентрацією шкідливих речовин у повітрі робочої зони?

2. Засоби санітарно-хімічного аналізу повітря.

3. Устрій газоаналізатора УГ-2.

4. Принцип роботи газоаналізатора УГ-2.

Література: [1, с. 111–118; 3].

Лабораторна Визначення концентрації

робота 4 шкідливих речовин у розчинах

Мета роботи

1. Вивчити основні принципи визначення концентрації шкідливих речовин у розчинах.

2. Ознайомитися з будовою і роботою колориметра КФК-2.

3. Визначити концентрацію шкідливої речовини у розчині.

Прилади та обладнання: колориметр кфк-2, набір з п’яти градуювальних водних розчинів речовини, досліджуваний водний розчин речовини.

4.1. Теоретичні відомості

Для забезпечення нормальної життєдіяльності людини важливо вміти визначати концентрацію шкідливих речовин у розчинах (наприклад, у питній або стічній воді).

Для визначення концентрації речовин у розчинах застосовуються такі методи: фотометричний (колориметрія, спектрофотометрія тощо); хромато-графічний; потенціометричний; кондуктометричний.

Сутність колориметрії полягає у тому, що компонент, який визначають, переводять у забарвлене сполучення (якщо до цього він був безбарвним) і його концентрацію визначають за кількістю світла, що ним поглинається.

Відповідно до основного закону колориметрії (закону Бугера–Лам­берта–Бера) між поглинанням світла розчином і концентрацією в ньому речовини, що поглинає світло, існує наступна залежність:

, (4.1)

де I₀, I_l – інтенсивність відповідно світла, що пройшло через шар роз-чину товщиною l, і інтенсивність вхідного пучка світла; – молярний коефіцієнт поглинання, або екстинкції, який не залежить від концентрації досліджуваної речовини, а тільки від її природи, довжини хвилі світлового потоку і температури; С – концентрація речовини, яка поглинає світло.

Увівши у розгляд безрозмірну міру:

яку називають оптичною густиною середовища, вираз (4.1) можна записати наступним чином:

. (4.2)

Це означає, що якщо світлопоглинання підпорядковується закону Бугера–Ламберта–Бера, то оптична густина розчину прямо пропорційна кон­центрації речовини в ньому. У цьому випадку графік залежності оптичної густини від концентрації виражається прямою лінією, що йде від початку координат, як показано на рис. 4.1.

Рис. 4.1 – Залежність оптичної густини розчину

Від концентрації речовини за законом Бугера–Ламберта–Бера

Різноманітні речовини, а також окремі їхні функціональні групи не однаково поглинають світлові хвилі різної довжини. Якщо побудувати графік залежності оптичної густини речовини D від довжини хвилі світла, що проходить крізь нього, то цей графік буде мати вигляд кривої із відповідними максимумами і мінімумами. Виміри оптичної густини речовини варто проводити при довжині хвилі, яка відповідає максимальному поглинанню світла досліджуваною речовиною, оскільки при цьому досягається найбільша чутливість і точність визначення.

Оптична густина – адитивна величина, тобто складається з оптичних густин усіх компонентів, що знаходяться в розчині:

. (4.3)

Якщо в кювету для порівняння помістити розчин, що містить усі компоненти в тих же концентраціях, що й у досліджуваному розчині, за винятком визначуваного компонента, то буде виміряна оптична густина цього компонента. Тому розчин, що поміщається в кювету для порівняння, називають нульовим. У випадку двокомпонентної системи нульовим розчином є розчинник, наприклад вода.

Існує декілька прийомів аналізу світлопоглинання. Найбільш простим і зручним є метод градуювальної кривої. Сутність цього методу полягає в наступному. Спочатку вимірюють оптичні густини декількох (5…10) розчинів з відомою концентрацією (маються на увазі розчини тієї речовини, кон­центрація якої має бути визначена). Потім будують градуювальний графік, відкладаючи по осі ординат оптичну густину, а по осі абсцис – концентрацію, як показано на рис. 4.1.

Після цього вимірюють оптичні густини досліджуваних розчинів і за калібрувальним графіком знаходять їхні концентрації. Якщо ж у деякій об­ласті концентрації калібрувальний графік відхиляється від прямої, тобто спостерігається відхилення від закону Бугера–Ламберта–Бера, то виміри проводять при тих концентраціях, де цей закон виконується.

Причини відхилення від закону Бугера–Ламберта–Бера можуть бути різними. У деяких випадках залежність D(C) відхиляється від прямої при використанні немонохроматичного світла. Дисоціація, полімеризація забарв-лених сполук, взаємодія їх із розчинником або іншими компонентами розчину також змінюють світлопоглинання. Часто колір розчину і його оптична густина залежать від рН середовища. Зміна оптичної густини розчину може відбуватися внаслідок коагуляції, у деяких випадках – через руйнацію компонентів під впливом світла і т.п. Тому використовують свіжовиготовлені розчини, або добавляють до них стабілізатори. Якщо визначенню заважають сторонні забарвлені речовини, то виміри проводять при тій довжині хвилі, при котрій ці речовини не поглинають світло, або маскують цю речовину.