3730 АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Лабораторная работа № 1

Изучение спектрофотометра

Цель работы: ознакомление с основными методами фотометрического анализа и устройством спектрофотометра КФК-3.

Краткие теоретические сведения

В основе фотометрических методов измерения лежит закон Бугера-Ламберта-Бера, связывающий уменьшение интенсивности света, прошедшего через раствор I, с концентрацией вещества в растворе С и толщиной стеклянного сосуда - кюве­ты, в которую помещают изучаемый раствор. Чтобы учесть потери света на отражение и рассеяние, сравнивают интенсивность света, прошедшего через ис­следуемый раствор и растворитель (рис. 1).

При   одинаковой   толщине кювет, изготовленных из кварцевого стекла и со­держащих один и   тот    же растворитель, потери на от­ражение и рассеяние света примерно одинаковы у обоих пучков. Уменьшение   интенсивности света, прошедшего через раствор, характеризуется коэффициентом пропускания Т:

T = I , (1)

I0

где I0 - интенсивность света, прошедшего через растворитель.

 

 

Рис. 1

 

Взятый с обратным знаком десятичный логарифм Т называется оптической плотностью D:

.                                        (2)

Согласно закону Бугера - Ламберта – Бера

(3)

или  -lgT=D=εlC, (4)

где ε - коэффициент поглощения, С - концентрация примеси в растворе. Ко­эффициент поглощения зависит от длины волны, температуры растворителя и не зависит от толщины слоя 1 и концентрации.

При наличии в растворе нескольких окрашенных веществ

D=l(ε1C1 + ε2C2 + ….+εkCk ). (5)

Распределение по длинам волн значений оптической плотности называет­ся спектром поглощения (рис. 2).

 

 

Рис. 2

 

Условия анализа

Спектр   поглощения содержит один или несколько максимумов (полос). При анализе длину волны выбирают на максимуме полосы поглощения. Если в спектре имеется несколько полос, выбор останавливают на более интенсивной. Это обеспечивает наиболее высокую чувствительность определения концентрации.

Необходимым условием фотометрического анализа является реакция превращения водного  раствора изучаемого реагента в окрашенное (светопоглощающее) соединение. Окрашенные соединения в растворе получают в результате реакций окисления-восстановления.

При решении некоторых задач удобнее оперировать коэффициентом пропускания, а не оптической плотностью. На рис. 3 приведена зависимость относительной погрешности от пропускания раствора. Из рисунка видно, что относительная погрешность возрастает при очень малых и очень больших значениях Т. При Т=0,37 достигается наибольшая точность измерений. Расчеты и опыт показывают, что для растворов, имеющих 0,33 ≥ D ≥ 2,0, фотометрические исследования сопровождаются большими погрешностями.

Уравнение (3) показывает, что чем больше толщина слоя, тем больше оп­тическая плотность и, следовательно, тем больше чувствительность. Однако с ростом толщины кюветы возрастают и потери на рассеяние света. Поэтому кюветы с толщиной слоя больше 5 см обычно не применяют.


Рис. 3

 

Чувствительность и точность метода

Минимальную концентрацию, которую можно определить фотометриче­ским методом, рассчитывают по соотношению:

 

,                                                 (6)

 

Если принять

Dmin=0,01; l=1см;  ε=103, то Cmin=10-5 моль/л.

Иногда в качестве показателя чувстви­тельности фотометрической реакции   указывают  просто величину ε. Погрешность фотометрических методов обычно составляет 1...2 %.

Метод градуировочного графика

В соответствии с законом Бугера – Ламберта - Бера график в координатах D=f(C) должен быть линеен и прямая должна проходить через начало координат. Градуировочный график строят не менее чем по трем точкам, что повышает точность определений. На рис. 4 в качестве примера приведена градуировочная кривая для определения содержания аммиака в воде.

Для построения графика готовят ряд стандартных растворов с различной концентрацией примеси и определяют их оптическую плотность.

 

 


Рис. 4

 

Метод молярного коэффициента поглощения

По этому методу определяют оптическую плотность нескольких стандартных растворов Dст  , для каждого раствора рассчитывают e=DСТСТ и полу­ченное значение усредняют. Затем измеряют оптическую плотность анализируемого раствора Dx и рассчитывают Cx по формуле Cx =Dx/εl.