- ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМ МЕТОДАМ АНАЛИЗА Часть 1. Спектральные методы анализа
- Лабораторный практикум по физико-химическим методам анализа. Часть 1. Спектральные методы анализа
- 1 ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА 1.1 Теоретические основы
- Прямой фотометрический анализ.
- 1.2 Блок-схема фотоколориметра КФК-2
- 1.3 Порядок работы на фотоколориметре КФК-2
- Таблица 1.1 - Таблица дополнительных цветов
- 1.4 Блок- схема установки монохроматора УМ-2
- 1.5 Порядок титрования на УМ-2
- Лабораторная работа № 1 ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КРАСИТЕЛЕЙ ПО МЕТОДУ СОБСТВЕННОГО ПОГЛОЩЕНИЯ
- Цель работы
- Расчет результатов анализа
МУ 2635 ФХМА часть 1. Практикум по физикохимическим методам анализа часть Спектральные методы анализа Рекомендовано
 Скачать 0.66 Mb.
|
  Федеральное агентство по образованиюГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ярославский государственный технический университет» Кафедра аналитической химии и контроля качества продукции ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМ МЕТОДАМ АНАЛИЗА Часть 1. Спектральные методы анализа Рекомендованонаучно-методическим советом университетав качестве учебного пособияЯрославль 2006 УДК 543.2/5 (07)ББК 53.114 Л 12 Л 12 Лабораторный практикум по физико-химическим методам анализа. Часть 1. Спектральные методы анализа: Учебное пособие / Н.С. Кичева, С.А. Машина, О.П. Яблонский, О.В. Кузьмичев, В.Н. Крутецкая, О.С. Горячева, И.Ю. Звонкина. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2006. – 92 с. ISBN 5-230-20667-5 Рассмотрены краткие теоретические основы физико-химических методов анализа: фотометрического, спектрального (УФ, ВИД, ИК), эмиссионного, турбидиметрического, кинетического. Представлены методики лабораторных работ по указанным методам анализа.Предназначено для студентов химико-технологических специальностей, специальностей 020101.65 «Химия», 200503.65 «Стандартизация и сертификация»Ил. 30. Табл. 31. Библиогр. 15. УДК 543.2/5 (07)ББК 53.114 Рецензенты: кафедра «Аналитическая химия и контроль качества продукции»; Е.А. Сапунов, канд. хим. наук, член-корреспондент Академии проблем качества, директор АНО СЦ «Яртест». ISBN 5-230-20667-5 © Ярославский государственный технический университет, 20061 ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА 1.1 Теоретические основы Фотометрический метод анализа основан на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через анализируемый раствор. Основным законом фотометрии является закон Ламберта-Бугера-Бера (1.1):  , (1.1)где  ,  – интенсивность падающего и прошедшего через раствор света соответственно, Лм; 10 – основание десятичного логарифма; – молярный коэффициент ослабления, дм3моль-1см-1; С – концентрация раствора, моль/дм3; l – толщина слоя поглощающего раствора, см.Смысл закона Ламберта-Бугера-Бера можно выразить следующим образом. Одинаковые слои одного и того же вещества поглощают свет в одинаковой степени в независимости от интенсивности падающего на них светового потока. Если прологарифмировать уравнение (1.1) и изменить знаки на обратные, то уравнение принимает вид (1.2):  , (1.2)где Т – светопропускание раствора, отн. ед. Величина  является важной оптической характеристикой веществ, ее называют абсорбцией и обозначают А: . (1.3)Из уравнения (1.3) вытекает, что абсорбция раствора прямо пропорциональна концентрации анализируемого вещества и толщине слоя раствора. Существуют два метода фотометрического анализа: 1) Прямой фотометрический анализ. Метод основан на определении концентрации анализируемого вещества по закону Ламберта-Бугера-Бера (1.3). Аналитическим сигналом в этом методе является либо абсорбция, либо светопропускание растворов. Если вещество окрашено ( 104 дм3/мольсм), то анализ проводят по методу собственного поглощения. В основном этот метод применяется для определения красителей или их смесей. В последнем случае при расчете концентраций отдельных компонентов смеси используют закон аддитивности абсорбций (1.4):  , (1.4)где  – абсорбция смеси невзаимодействующих красителей на аналитической длине волны  ; – абсорбции отдельных красителей, измеренные на той же длине волны и в тех же кюветах, что и абсорбция смеси.Если вещество не окрашено ( = 0), то используют метод реагентов. Реагенты – это соединения, которые при взаимодействии с неокрашенным анализируемым веществом, образуют продукты реакции с высоким коэффициентом экстинкции. В методе реагентов используются реакции окисления, комплексообразования, синтеза красителей [2]. Абсорбция (светопропускание) анализируемых растворов измеряется на фотометрах или колориметрах. При измерении абсорбции используется относительный метод, который позволяет исключить поглощение света растворителем и учесть спектральные характеристики источников и приемников излучения. В качестве раствора сравнения используют либо чистый растворитель (метод «обычной», или «прямой» фотометрии), либо раствор анализируемого вещества с точно известной концентрацией (метод «дифференциальной» фотометрии). Метод обычной фотометрии используется для анализа растворов с абсорбцией до 0,8 отн. ед абсорбции. В методе дифференциальной фотометрии измеряется относительная абсорбция А отн = А ан. р-ра – А р-ра срав., что позволяет анализировать растворы с более высокой абсорбцией (более 0,8 отн.ед. абсорбции). 2) Косвенный метод– фотометрическое титрование. Фотометрическое титрование – это титриметрический метод анализа, в котором точка эквивалентности (Т.Э.) определяется по резкому изменению абсорбции в ходе титрования. С помощью этого метода можно изучать реакции, протекающие с изменением окраски растворов в ходе титрования. По результатам титрования вычерчивают кривую в координатах «абсорбция – объем титранта», аналитическим сигналом в этом методе является объем титранта в точке эквивалентности. В фотометрическом титровании используются реакции нейтрализации, осаждения, окислительно-восстановительные и комплексообразования. Метод позволяет проводить титрование по собственному поглощению и с помощью реагентов, в качестве последних могут использоваться индикаторы. Для фотометрического титрования по собственному поглощению необходимо, чтобы титруемые растворы или продукты реакции имели собственную характерную полосу поглощения в видимой области спектра. Если ни анализируемое вещество, ни титрант, ни продукты реакции не поглощают излучение в видимой области спектра, то применяют цветной индикатор. На практике титрование осуществляют либо в кювете с мешалкой при непрерывном добавлении титранта из бюретки к анализируемому раствору, либо титрант добавляется порциями в мерные колбы с одинаковой аликвотой анализируемого раствора, объем колб доводят растворителем до метки, перемешивают, а затем фотометрируют растворы. В первом случае удобно проводить титрование на монохроматоре, установив аналитическую длину волны в максимуме полосы поглощения окрашенного компонента или индикатора, во втором - на фотоколориметре. Фотометрический метод анализа используется для широкого диапазона определяемых концентраций от 10-3-10-4 до 20-30 % . Косвенный метод менее чувствительный, чем прямой метод, фотометрическое титрование, как правило, применяют для определения больших концентраций, порядка 10-2-10-3 моль/дм3. Селективность фотометрического метода довольно высокая, что позволяет анализировать сложные смеси веществ без их предварительного разделения. Погрешность фотометрического метода 0,1 –1,0 %. 1.2 Блок-схема фотоколориметра КФК-2 Блок-схема фотоколориметра КФК-2 представлена на рисунке 1.1.  Рисунок 1.1 – Блок-схема фотоколориметра КФК-2: 1 - источник видимого излучения (перекальная точечная лампа); 2 - конденсор – система линз, собирающих лучи в одной точке; 3 - входная щель; 4 - коллиматор – система линз, направляющая параллельный пучок света на кювету; 5 - тепловой фильтр; 6 - сменные светофильтры (от 3 до 11); 7,7’ - кюветы с раствором сравнения и анализируемым раствором соответственно; 8 - светокомпенсатор (серые фильтры); 9 - фотоэлемент – преобразует световую энергию в электрическую; 10 – усилитель; 11 - измерительный прибор, шкала которого отградуирована в единицах абсорбции и светопропускания 1.3 Порядок работы на фотоколориметре КФК-2 1) Фотоколориметр включает лаборант за 10-15 мин до начала работы. Во время прогрева прибора кюветное отделение прибора должно быть открытым. 2) Подготавливают две кюветы с одинаковой толщиной. Одну кювету заполняют раствором сравнения, другую анализируемым раствором. В качестве раствора сравнения используется либо чистый растворитель (метод обычной фотометрии), либо стандартный раствор анализируемого вещества (метод дифференциальной фотометрии). Предварительно кюветы должны быть вымыты водопроводной водой, ополоснуты дистиллированной водой и два раза фотометрируемым раствором. Оптические поверхности, сквозь которые проходит свет, нельзя трогать руками, кюветы следует заполнять раствором выше метки. Капли раствора с внешних поверхностей следует снимать, промокая фильтровальной бумагой. 3) Устанавливают соответствующий светофильтр. Светофильтр выбирают по таблице дополнительных цветов (таблица 1.1) или подбирают экспериментально [3]. Таблица 1.1 - Таблица дополнительных цветов
В последнем случае измеряют абсорбцию (согласно п.п. 4-7) стандартного раствора с наибольшей концентрацией со всеми имеющимися в приборе светофильтрами. Для работы выбирают светофильтр, при котором абсорбция стандартного раствора наибольшая. 4) Кюветы с анализируемым раствором и с раствором сравнения помещают в кюветное отделение. Кювету с раствором сравнения ставят в положение I, с анализируемым раствором – в положении II на панели фотоколориметра. 5) Поворотом ручки (положение I) вводят в световой поток кювету с чистым растворителем. С помощью ручки 100 % «грубо» и «точно» устанавливают стрелку прибора на ноль по нижней шкале (шкала абсорбции). Если стрелка не устанавливается на ноль, то следует подобрать другое положение ручки «чувствительность» (1, 2, 3). При измерениях со светофильтрами, помеченными на лицевой панели КФК-2 черным цветом, ручку «чувствительность» следует установить в положения 1-3, помеченные черным цветом. Аналогично поступают при измерениях со светофильтрами, помеченными красным цветом. 6) Поворотом ручки (положение II) вводят в световой поток кювету с анализируемым раствором. При этом крышка кюветного отделения должна быть закрыта. 7) Снимают отсчет по шкале абсорбции (нижняя шкала) с точностью до сотых, результат измерения заносят в таблицу. 8) По окончании работы прибор выключают, вынимают кюветы из кюветного отделения. Кюветы ополаскивают дистиллированной водой и протирают фильтровальной бумагой. Рабочее место приводят в порядок. 1.4 Блок- схема установки монохроматора УМ-2 Блок-схема установки монохроматора УМ-2 представлена на рисунке 1.2.  Рисунок 1.2 – Блок-схема установки монохроматора УМ-2: 1 – монохроматор УМ-2; 2 – диспергирующая призма; 3 – барабан углаповорота диспергирующей призмы; 4 – микробюретка; 5 – кювета с мешалкой; 6 – магнитная мешалка; 7 – фотоэлемент; 8 – цифровой вольтметр 1.5 Порядок титрования на УМ-2 Универсальный монохроматор УМ-2 предназначен для записи спектров поглощения в широком диапазоне длин волн. В данной работе УМ-2 используется как фотометр, т.е. измеряется интенсивность света, прошедшего через анализируемый раствор в ходе титрования на одной – аналитической длине волны.
Лабораторная работа № 1 ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КРАСИТЕЛЕЙ ПО МЕТОДУ СОБСТВЕННОГО ПОГЛОЩЕНИЯ
Выполнение работы 1) Работу выполняют на фотоколориметре КФК-2. Порядок включения и измерения абсорбции смотри в разделе 1.3. 2) Приготавливают пять стандартных растворов красителя с различной концентрацией в мерных колбах на 50 см3. Колбы должны быть предварительно вымыты, ополоснуты дистиллированной водой и промаркированы. В каждую колбу отбирают по бюретке заданное лаборантом количество миллилитров исходного раствора красителя. Затем доводят объем колб до метки дистиллированной водой, закрывают пробкой. Тщательно перемешивают. 3) Получают у лаборанта анализируемый раствор красителя в мерную колбу вместимостью 50 см3, доводят объем в колбе дистиллированной водой до метки. Колбу закрывают пробкой, тщательно перемешивают. 4) Выбирают светофильтр. Для этого используют самый концентрированный стандартный раствор красителя (колба № 5). В качестве раствора сравнения используют дистиллированную воду. Подготавливают две кюветы, одну из них заполняют раствором красителя, другую дистиллированной водой. Порядок подготовки кювет и выбора светофильтра смотри в разделе 1.3. Измеряют абсорбцию раствора красителя на всех имеющихся в приборе светофильтрах, результаты заносят в таблицу 1. 5) Устанавливают выбранный светофильтр и измеряют абсорбцию стандартных растворов (колбы 1-5) и анализируемого раствора, в качестве раствора сравнения используют дистиллированную воду. Результаты заносят в таблицу 2. 6) По окончании работы моют посуду, приводят рабочее место в порядок. Расчет результатов анализа
 ,где Сисх.ст. р-ра – концентрация исходного стандартного раствора красителя в склянке, моль/дм3; Сст. – концентрация, приготовленного раствора в колбе, моль/дм3; Vисх.ст.р-ра – объем исходного стандартного раствора, отмеренный по бюретке, дм3; Vк– объем колбы, дм3.
|