Б15. Кюветное отделение, материал кювет. Выбор материала и размера кювет. Выбор раствора сравнения при фотометр измерениях

Требования к кюветам:

1. Основным требованием к кюветам – прозрачность в области спектра, в которой ведется измерение оптической плотности (А).

2. При построении градуировочного графика концентрации эталонных растворов и толщина слоя кюветы должны быть выбраны такими, чтобы измеренные оптические плотности (А) находились в интервале ~ 0,1 – 1,0.

3. Объем кюветы выбирают в зависимости от количества раствора.

В абсорбционной спектроскопии измеряют не абсолютное значение оптической плотности, а разность оптических плотностей исследуемого раствора и раствора сравнения, оптическая плотность принимается равной нулю. Кювету с исследуемым раствором называют рабочей, а с раствором сравнения – кюветой сравнения. Обе кюветы должны быть идентичными по возможности. В зависимости от конструкции прибора кюветы имеют различную форму (прямоугольные, цилиндрические) и могут быть сделаны из различных материалов (стекло, кварц). Наборами таких кювет снабжено большинство фотоэлектроколориметров и спектрофотометров. В каждом из наборов имеется несколько пар кювет с толщиной слоя от 0,1 до 5,0 (10,0) см. Раствор сравнения выбирают согласно закону аддитивности (А_измер.=ΣАi), т.е. нужно учесть все посторонние поглощения за исключением поглощения определяемого компонента, как правило в виде соответствующего комплексного соединения.

Растворами сравнения могут быть:

1. Растворитель: вода, CH₃Cl, CCl₄, толуол и т.д.

2. Раствор реагента – при наличии наложения в спектрах поглощения растворов реагента и комплексного соединения. Например, определение Cu с купфероном.

3. Раствор «холостого опыта», который готовят в условиях приготовления эталонных растворов, но не вводят при этом определяемый элемент. При использовании «холостого опыта» исключается влияние загрязнений, имеющихся в применяемых реагентах. «Х.о.» рекомендуется при определении ультрамалых количеств элементов, являющихся примесями.

4. Раствор анализируемого объекта, т.е. определяемый элемент с концентрацией С_о, если другие элементы, присутствующие в этом растворе, не дают соединений с применяемым реагентом.

Кюветы для работы в определенной области спектра должны быть изготовлены из соответствующего материала.

Материал	Спектральная область использования
Различные сорта стекла	300 нм – 2,5 мкм
Кварц кристаллический	185 нм – 400 нм; 700 нм – 3,5 мкм
Флуорит CaF2	125 нм – 200 нм; 3 – 7 мкм
Каменная соль NaCl	6 мкм – 15 мкм
Сильвин KCl	10 мкм – 20 мкм
KBr	15 мкм – 25 мкм

Приборы со стеклянной оптикой пригодны для работы только в видимой и в бл.ИК области спектра. В УФ области используют кварц. Однако в области длин волн короче 200 нм кварц непрозрачен. Кроме того, в этой области непрозрачным становится также воздух. Поэтому для измерений при λ < 200 нм используют вакуумные приборы или на всем пути излучения воздух вытесняют азотом, который не имеет характерных полос поглощения в данной области. В качестве материала в этой области используют флуорит (флю-). Для проведения некоторых работ требуются кюветы специальной конструкции. Так, при исследовании кинетики реакций применяют термостатированные кюветы, в автоматических установках – проточные.

Б 16. Классификация фотометрических методов анализа. Визуальные фотометрические методы определения концентраций В зависимости от способа регистрации поглощения выделяют две группы методов:

1. визуальные, где регистрирующее устройство – глаз;

2. фотоэлектрические – регистрация аналитического сигнала осуществляется с помощью прибора.

Визуальные

Существует несколько визуальных методов определения концентрации. Они не очень точны, однако их до сих пор применяют в полевых условиях или при оценочных анализах.

1. Метод стандартных серий

Метод заключается в сравнении окраски раствора неизвестной концентрации определяемого компонента с окраской стандартной серии растворов с известной концентрацией, т.е. с эталонными растворами (используют колориметрические пробирки или цилиндры

2. Метод уравнивания окраски

;

Уравнивание окраски раствора неизвестной концентрации вещества С_х с окраской раствора известной концентрации (эталон) – С_эт.. Прибор для визуальных определений.

.

Б 17. Абсолютные фотометрические методы определения концентраций (метод градуировочного графика, метод навесок, метод сравнения)

Методы определения концентрации делятся на две группы:

1. Абсолютные – аналитический сигнал (оптическая плотность) фиксируется по сравнению с нулевым раствором, не содержащим определяемый компонент.

2. Дифференциальные – в качестве нулевого раствора используют какой-либо стандартный раствор определяемого вещества.

1. Абсолютные

   1. Расчет по ε

(17)

Молярный коэффициент поглощения определяют по градуировочному графику либо находят по литературным источникам. При расчете ε используют такие же эталонные растворы, при той же оптимальной длине волны, что и при определении концентрации испытуемого раствора. Этот метод используют для определения концентрации вещества в растворе, не содержащем примесей.

2. Метод сравнения оптических плотностей стандартного и исследуемого раствора

(18) (19) (20) (21)

Готовим серию стандартных растворов (с известной концентрацией определяемого вещества). Создаем для исследуемого раствора те же оптимальные условия фотометрирования (оптимальная длина волны, кислотность, количество реагента, время, толщина кюветы), что и для стандартных растворов. Сравниваем интенсивность окраски эталонных растворов и исследуемого. Нужно подобрать раствор с такой концентрацией С_ст., чтобы оптические плотности стандартного и исследуемого растворов были как можно ближе (интенсивность окраски примерно одинакова), т.к. закон Б-Л-Б выполняется в узком интервале концентраций. Этот метод используют, когда знают приблизительную концентрацию определяемого вещества в пробе и при проведении единичных анализов.

3. Метод градуировочного графика

Этот метод применяется при наличии большого количества проб и содержание вещества в пробах может быть различным в широком интервале концентраций. Для проведения метода готовим серию стандартных растворов определяемого вещества. Стандартные растворы должны быть выбраны по следующим принципам:

• стандартные растворы должны охватывать весь интервал ожидаемых концентраций;

• должен выполняться основной закон светопоглощения, т.е. линейность градуировочного графика (Г.Г.);

• интервал оптических плотностей стандартных растворов должен соответствовать максимальной воспроизводимости (~ 0,1 – 1,0).

Оптическую плотность исследуемого раствора измеряют относительно растворителя или «холостого» опыта. При построении Г.Г. дальше последней точки график не строят. В идеале Г.Г. должен проходить через начало координат, тангенс угла наклона равен 1 (α = 45˚). Но довольно часто Г.Г. идет выше, т.е. по уравнению прямой: А = вс+а. Это может быть в результате не очень чистых реактивов. Работать с подобным графиком можно, т.к. исследуемый раствор фотометрируют в этих же условиях. Коэффициент в (А = вс+а) является тангенсом угла наклона Г.Г. или угловым коэффициентом. Чем круче идет Г.Г., тем метод будет чувствительней. Если линейность Г.Г. не соблюдается, готовят больше стандартных растворов, чтобы концентрация отличалась не больше, чем на 10%. С Г.Г. можно работать только в том случае, если α > 15˚.

4. Метод добавок

Представляет собой разновидность метода сравнения. Этот метод целесообразно применять для определения малых количеств различных элементов в присутствии больших количеств посторонних веществ при анализе солевых растворов (т.е. для устранения мешающего влияния посторонних примесей). Метод добавок требует обязательного соблюдения основного закона светопоглощения. Сущность метода: определение концентрации основано на сравнении оптической плотности исследуемого раствора и оптической плотности того же исследуемого раствора с добавкой известного количества стандартного раствора определяемого вещества. Существует два варианта этого метода: расчетный и графический.

а) Графический метод

Методика: в несколько мерных колб вносят одинаковое количество (объем) исследуемой пробы и во все колбы кроме одной определенные количества стандартного раствора определяемого вещества. Измеряют оптические плотности А_х, А_х+а1, А_х+а2, ….А_х+аn. Строят график зависимости -А – f (C_a), где а – добавка стандартного раствора определяемого раствора.

б) Расчетный метод

Методика: в две мерные колбы вносят одинаковое количество (объем) исследуемой пробы и в одну из них определенное количество стандартного раствора определяемого вещества. Измеряют оптические плотности - А_х и А_х+а.

(22) (23) (24) (25).