Фотоколориметрия[править | править вики-текст]

Фотоколориметрия — количественное определение концентрации вещества по поглощению света в видимой и ближней ультрафиолетовой области спектра. Поглощение света измеряют на фотоколориметрах илиспектрофотометрах.

Полярография

Полярография — метод качественного и количественного химического анализа, основанный на получении кривых зависимости величины тока от напряжения в цепи состоящей из исследуемого раствора и погруженных в него электродов, один из которых сильно поляризующийся, а другой практически неполяризующийся. Получение таких кривых — полярограмм — производят при помощи полярографов. 

Рис. 1. Схема полярографа. Рис. 2. Полярограмма.

Схема простейшего полярографа дана на рис. 1. От потенциометра 2, соединенного с аккумулятором 1, подают постепенно возрастающее напряжение на поляризующийся, обычно капельный ртутный электрод 3 и неполяризующийся электрод 4 — слой ртути с относительно большой поверхностью. Величину тока, проходящего при этом через анализируемый раствор 5, измеряют гальванометром 6. При определении восстанавливающихся веществ поляризующийся электрод соединяют с отрицательным полюсом внешнего источника тока, при определении окисляющихся веществ — с положительным полюсом. На основании полученных данных вычерчивают полярограмму. В авторегистрирующих полярографах кривая вычерчивается автоматически. При наличии в растворе одного определяемого вещества полярограмма имеет вид, показанный на рис. 2. Кривую ab называют полярографической волной. Высота h этой волны пропорциональна концентрации анализируемого вещества в растворе. Напряжение E_1/2, соответствующее половине высоты волны и называемое потенциалом полуволны, зависит от природы анализируемого вещества. Если в растворе содержится несколько веществ, способных восстанавливаться или окисляться на поляризующемся электроде, полярограмма состоит из нескольких волн. При этом природа каждого вещества определяется по величинам Е_1/2, а их концентрации в растворе — по высотам h соответствующих волн. Полярографический метод характеризуется большой чувствительностью. Для выполнения анализа обычно достаточно 3—5 мл исследуемого раствора. Анализ при помощи авторегистрирующего полярографа длится всего около 10 минут. Полярографию используют для определения в объектах биологического происхождения содержания ядовитых веществ (например, соединений ртути,свинца, таллия и др.), для определения степени насыщения крови кислородом, исследования состава выдыхаемого воздуха, вредных веществ в воздухе промышленных предприятий. При ряде заболеваний (злокачественные опухоли,лучевая болезнь и др.) полярограммы сыворотки крови и ее безбелкового фильтрата заметно изменяются, что позволяет использовать их при постановке диагноза.

Полярография — физико-химический метод анализа, основанный на получении вольтамперных кривых (подпрограмм, поляризационных кривых), выражающих зависимость величины тока от напряжения в цепи, состоящей из исследуемого раствора и двух погруженных в него электродов, один из которых должен быть сильно поляризующимся. В качестве поляризующегося электрода обычно используют капельный ртутный электрод, который может служить как катодом (при определении электровосстанавливающихся веществ), так и анодом (если определяемые вещества способны к электроокислению). Вторым вспомогательным электродом служит практически не поляризующийся ртутный электрод с большой поверхностью. Можно использовать также твердые электроды, например платиновые, причем поверхность поляризующегося электрода должна быть в тысячи раз меньше поверхности вспомогательного электрода. Получение вольтамперных кривых производят при помощи полярографов, простых, с визуальным отсчетом величины тока и напряжения (рис. 1) и более сложных, с автоматической регистрацией поляризационных кривых. При помощи аккумулятора 6 и потенциометра 5 на капельный ртутный электрод 2 и вспомогательный электрод 3 полярографа можно подавать любое определенное напряжение. При этом через электролитическую ячейку 1, содержащую исследуемый раствор, проходит ток, величину которого измеряют чувствительным гальванометром 4. Исследуемый раствор, помимо анализируемого вещества, содержит избыток индифферентного электролита, ноны которого в условиях эксперимента не разряжаются на электродах. Добавление этого электролита (так называемый фон) обеспечивает высокую электропроводность раствора и создание условий, при которых изменение приложенного извне напряжения равно изменению потенциала капельного ртутного электрода. Последний (рис. 1, 2) является катодом и служит для определения электровосстанавливающихся веществ. При постепенном увеличении внешнего напряжения вначале весь ток идет на заряжение электрода, и величина тока в цепи остается исчезающе малой (так называемый остаточный ток — рис. 2, участок Оа кривой), что указывает на отсутствие электрохимической реакции. При достижении напряжения, соответствующего точке а, происходит резкое увеличение тока, свидетельствующее о начале восстановления определяемых ионов на капельном ртутном катоде. При дальнейшем росте напряжения концентрация восстанавливающихся ионов у поверхности катода падает до нуля, а скорость диффузии их в прикатодное пространство становится максимальной и постоянной, вследствие чего величина тока в цепи достигает предельного значения (точка b), которое не изменяется с дальнейшим увеличением напряжения. Такой ток называют предельным диффузионным током (участок bc кривой). Получаемая при этом кривая Oabc называется полярографической волной. Высота h этой волны, определяемая ординатой точки b, пропорциональна концентрации восстанавливающихся ионов в растворе. Это позволяет использовать полярографию для количественного определения веществ в растворе. Потенциал e½ , при котором ток достигает половины предельного диффузионного тока, называют потенциалом полуволны. Величина потенциала полуволны определяется природой разряжающихся на поляризующемся электроде ионов. Таким образом, определение потенциалов полуволны дает возможность судить о качественном составе анализируемого раствора. Если в растворе находится несколько ионов, которые способны восстанавливаться (или окисляться) на поляризующемся электроде, то полярограмма состоит из нескольких волн. Восстановлению (или окислению) каждого вида ионов соответствует определенная волна (рис. 3). Это позволяет определять одновременно несколько веществ в одной пробе. При этом природа ионов устанавливается по величинам потенциалов полуволн e½, а их концентрация — по высотам соответствующих волн. Полярографический метод анализа обладает большой чувствительностью и дает возможность определять вещества при очень незначительной (до 0,0001%) концентрации их в растворе. Для выполнения анализа достаточно 3—5 мл раствора; количество раствора можно уменьшить до 0,1—0,5 мл. Проведение анализа на авторегистрирующих полярографах занимает около 10 мин. Полярография широко используется в медико-биологических исследованиях для качественного и количественного определения в биологических объектах и лекарственных препаратах неорганических и органических электролитов, белков, гормонов, витаминов и других веществ, для определения степени насыщения крови кислородом, состава выдыхаемого воздуха, для определения вредных веществ в воздухе промышленных предприятий. При ряде заболеваний (злокачественные опухоли, лучевая болезнь и др.) высота полярографической волны сыворотки крови и ее безбелкового фильтрата претерпевает заметные изменения, что может быть использовано для разработки новых методов диагностики и для определения эффективности лечения.

Полярография используется для определения малых количеств неорганических и органических веществ. Разработаны тысячи методик количественного полярографического анализа. Предложены способы полярографического определения практически всех катионов металлов, ряда анионов (бромат-, иодат-, нитрат-, перманганат-ионов), органических соединений различных классов, содержащих диазогруппы. Карбонильные, пероксидные, эпоксидные группы, двойные углерод-углеродные связи, а также связи углерод-галоген, азот-кислород, сера-сера.

Метод - фармакопейный, применяется для определения салициловой кислоты, норсульфазола, витамина В1, алкалоидов, фолиевой кислоты, келлина в порошке и в таблетках, никотинамида, пиридоксина гидрохлорида, препаратов мышьяка, гликозидов сердечного действия, а также кислорода и различных примесей в фармацевтических препаратах.

Метод обладает высокой чувствительностью (до 10-5 - 10-6 моль/л); селективностью; сравнительно хорошей воспроизводимостью результатов (до ~2 %); широким диапазоном применения; позволяет анализировать смеси веществ без их разделения, окрашенные растворы, небольшие объемы растворов (объем полярографической ячейки может составлять всего 1 мл); вести анализ в потоке раствора; автоматизировать проведение анализа.

К недостаткам метода относятся токсичность ртути, ее довольно легкая окисляемость в присутствии веществ-окислителей, относительная сложность используемой аппаратуры.

Выбор ртутного электрода в первых вариантах полярографии не случаен. На ртутном электроде в водном растворе, содержащем электрохимически неактивные соли, скажем, фторид натрия, в широком диапазоне напряжений не протекает никаких реакций, связанных с протеканием тока через электрод. Поэтому, если прикладывается какое-то напряжение к ртутно-капельному электроду, ток остается нулевым, т.к. никаких реакций на электроде нет. Такой электрод называется поляризуемым, от слова «поляризация», что в данном случае означает отклонение потенциала (напряжения) на электроде от равновесного значения. Возможность изменять напряжение позволяет измерить вольтамперограмму. В качестве противоположного примера - обычно платиновый электрод в водном растворе. За счет высоких каталитических свойств платины при приложении отрицательных напряжений на платине выделяется водород с соответствующим протеканием тока (восстановление воды), а при приложении положительных потенциалов – кислород (окисление воды) с соответствующим протеканием тока в одном и другом направлении. Поэтому невозможно произвольно менять напряжение на платиновом электроде в водном растворе, не создавая значительного тока. Такой электрод называется «неполяризуемым». Для него нельзя произвольно изменять напряжение и измерить аналитическую вольтамперограмму. Капающий электрод позволяет все время обновлять поверхность датчика. Есть и некоторые другие достоинства ртутного электрода, связанные с химическими свойствами ртути. К сожалению все это несколько портится тем, что ртуть ядовита.

Метроло́гия — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. ...