Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Посмотреть оригинал

Абсорбционно-оптический метод анализа

Поглощение света — это уменьшение интенсивности оптического излучения, проходящего через среду, заполненную веществом.

Основным законом, описывающим поглощение света, является закон поглощения, или Бугера — Ламберта — Бера (Р. Bouguer — французский ученый, 1698—1758, J. Lambert — немецкий ученый, 1728—1777, A. Beer — немецкий физик, 1825—1863),

где /0,1 сила света до и после поглощения; k} показатель поглощения; / — длина кюветы.

В зависимости от вида поглощаемой энергии и способа трансформирования избыточной энергии различают:

  • • молекулярный абсорбционный спектральный анализ;
  • • турбидиметрический и нефелометрический методы анализа;
  • • атомно-абсорбционный спектральный анализ;
  • • люминесцентный спектральный анализ.

Оптико-абсорбционный метод является неселективным количественным методом анализа.

Молекулы веществ, состоящие более чем из двух различных атомов, обладают характерными только для них спектрами и полосами поглощения излучения. Это предопределяет универсальность и широкое применение метода для анализа состава растворов.

Различают спектрофотометрический (в монохроматическом излучении) и фотометрический (когда излучение ограничено некоторым спектральным интервалом) методы молекулярного абсорбционного спектрального анализа.

Спектрофотометры имеют достаточно сложную конструкцию и часто снабжены электронными устройствами (усилителями фототоков, дисплеями). Оптические детали изготавливают из кварца, что позволяет измерить светопоглощение не только в видимой, но и в УФ-области. Спектрофотометры применяют для получения спектров поглощения, а также для измерения концентраций веществ с узкой полосой поглощения или веществ с близкими длинами волн поглощения.

В фотометрических анализаторах для выделения спектрального интервала или отделения спектральной области используют селективные стеклянные абсорбционные или интерференционные оптические фильтры, реже — пленочные, жидкостные, газовые. Фотоколориметр предназначен для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности прозрачных жидкостных растворов, а также скорости изменения оптической плотности вещества и определения его концентрации в растворах после предварительной градуировки фотометра.

Фотоколориметры имеют простую конструкцию и пригодны для измерений в видимой и ближней (до 300 нм) УФ-области, оптические детали этих приборов изготовлены из стекла. Фотоколориметры чаще используют для проведения серийных определений концентраций веществ.

Рабочий интервал измерения оптической плотности фотоколориметров составляет 0,2—0,8, оптимальный — 0,2—0,6, наименьшую погрешность получают при ее значении, равной 0,434. Относительная ошибка фотоко- лориметрического определения концентрации обычно не превышает 3%.

В зависимости от способа измерения различают одно- и двухлучевые приборы, по способу монохроматизации — фотоколориметры и спектрофотометры.

Наибольшее распространение получили два типа измерительных схем: одноканальные двухлучевые (рис. 6.13) и двухканальные однолучевые (рис. 6.14).

Одноканальный двухлучевой фотоколориметр

Рис. 6.13. Одноканальный двухлучевой фотоколориметр:

  • 1 источник света; 2 — светофильтр; 3 — светоделительная призма; 4, 4' — линзы;
  • 5, 5' — зеркала; 6, 6’ — кюветы; 7,8 — диафрагмы; 9, — фотоэлементы; 10 — ВП

Одноканальные двухлучевые анализаторы имеют минимальную погрешность от изменения спектральных характеристик излучателя, фотоприемников и других элементов, так как эти изменения одинаково воздействуют на оба луча. Однако погрешности таких приборов велики из-за неидентич- ности загрязнения окон кювет и других элементов на пути лучей.

Двухканальные однолучевые схемы обеспечивают минимальную погрешность от загрязнения окон кювет и несколько большую погрешность от изменения спектральных характеристик элементов схемы.

Микропроцессорный фотоколориметр показан на рис. 6.15.

Этот микропроцессорный фото кол ори метр имеет следующие характеристики:

Двухканальный однолучевой фотоколориметр

Рис. 6.14. Двухканальный однолучевой фотоколориметр:

  • 1 источник света; 2 кювета; 3 — зеркало; 4 — обтюратор; 5, 14 нулевая и компенсационная заслонки; 6, 13 — сравнительный и рабочий светофильтры;
  • 7 — светоделитель нос зеркало; 8 — фотоприемник; 9 — усилитель;
  • 10 фазочувствительный детектор; 11 усилитель; 12у 16 — привод нулевой и компенсационной заслонки; 15 датчик обтюратора
  • • спектральный диапазон работы — 315—990 нм;
  • • спектральный интервал, выделяемый монохроматором фотометра, — не более 7 нм;
  • • пределы измерения:
    • — коэффициента пропускания — 0,1 — 100%;
    • — оптической плотности — 0—3;
  • • предел допускаемого значения основной приведенной погрешности при измерении коэффициента пропускания — 0,5% (абс.).
Внешний вид фотоколориметра

Рис. 6.15. Внешний вид фотоколориметра:

  • 1 табло отображения длин волны; 2 — табло отображения измеряемой величины; 3 — тумблер включения фотометра в сеть; 4 — клавиатура; 5 — кожух;
  • 6 металлическое основание; 7 — откидная крышка кюветного отделения;
  • 8 ручка перемещения каретки; 9 — ручка настройки длины волны

Задачи

6.2.1. При фотометрическом определении титана с хромотроновой кислотой в растворе, содержащем 0,45 мкг титана, в кювете с толщиной слоя 5 см гальванометр показал 90 мкА. Для падающего светового потока показания гальванометра равны 155 мкА. Определите молярный коэффициент поглощения окрашенного соединения, в котором на атом титана приходится молекула хромотроповой кислоты.

Решение

0,45-10"6 -103

/ = /0Ю“еС/ или lg/0 — lg/ = гС1. Концентрация титана С = —1-——- =

  • -0,9410-5 моль/л. Тогда в-MizM' _ =5-103.
  • 6.2.2. Молярный коэффициент поглощения водорастворимого комплекса никеля с диметилглиоксимом при 470 нм равен 1,30 104. Рассчитайте: а) оптическую плотность раствора, в 1 мл которого содержится 1 мкг никеля, при толщине поглощающего слоя / = 1,00 см; б) его пропускание; в) толщину слоя, необходимую для десятикратного ослабления падающего на него монохроматического потока с X = = 470 нм, если концентрация комплекса в растворе равна 1,0Ю-5 М; г) концентрацию никеля в растворе (мкг/мл), если оптическая плотность раствора, содержащего диметилглиоксиматный комплекс и помещенного в кювету с /=3,00 мм, равна 0,190 при Х = 470 нм.

Решение

6.2.3. Рассчитайте предел измерений оптических плотностей раствора, если предел измерений поглощения света составляет 0,5—100%.

Решение

п , 100 п ,100 п

Оптическая плотность раствора равна D = lg—-, Dm[n = lg-тт—- = 0,02, Dmax =

I J Д/ к)

  • -I 100
  • 8100-90
  • 6.2.4. Коэффициент поглощения некоторого вещества для монохроматического света определенной длины волны равен 0,1 см-1. Определите толщину слоя вещества, которая необходима для ослабления света в два раза. Потери на отражение света не учитывать.

Ответ: 6,93 см.

6.2.5. При прохождении в веществе пути х интенсивность света уменьшилась в три раза. Определите, во сколько раз уменьшится интенсивность света при прохождении пути 2х.

Ответ: /0 //2 = 9.

6.2.6. Коэффициент поглощения вещества для монохроматического света определенной длины волны а равен 0,1 см-1. Определите толщину слоя вещества, которая необходима для ослабления света в пять раз. Потери на отражение света нс учитывать.

Ответ: 16,1 см.

6.2.7. Определите, во сколько раз изменилась концентрация раствора в кювете фотоколориметра, если световой поток увеличился в два раза?

Ответ: концентрация уменьшилась в 0,693 раза.

6.2.8. Определите концентрацию вещества, загрязняющего воду. Основная относительная погрешность фотоколоримстра при измерении оптической плотности равна +5%. Номинальное значение оптической плотности раствора — 0,2, длина кюветы — 20 мм, коэффициент поглощения равен 1-10-3 1/мм.

Ответ: С = 10 ± 0,5.

6.2.9. При построении градуировочного графика для определения меди в растворе на фотометре были получены следующие данные:

С меди, мг/л 0 0,1 0,2 0,5 0,75 1,0

Показания 80 67,5 57,0 34,5 28,5 15,0.

Постройте градуировочный график и определите содержание меди в исследуемом растворе при показании фотометра 45,5.

Ответ: С = 0,335 мг/л.

6.2.10. Из анализируемого раствора объемом 100 мл, содержащего окрашенный комплекс никеля с диметилглиоксимом, отобрали пробу. Оптическая плотность раствора в кювете длиной 1 см при длине волны 470 нм равна 0,655. Градуировка на эталонных растворах дала следующие результаты:

С, мкг/мл 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0

D 0,182 0,364 0,546 0,728 0,910.

Постройте градуировочный график, определите концентрацию С и массу т никеля в растворе.

Ответ: С = 2,90 мкг/мл, т = 290 мкг.

6.2.11. Оптическая плотность раствора D = 0,562. Рассчитайте коэффициент пропускания того же раствора в процентах.

Ответ: 27,4%.

6.2.12. Коэффициент пропускания раствора 50,85%. Вычислите оптическую плотность этого раствора.

Ответ: 0,294.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Напишите закон Бугера — Ламберта — Бера в интегральной форме.
  • 2. Что служит критерием соблюдения основного закона светопоглощения? Какие причины вызывают отклонения от этого закона?
  • 3. Нарисуйте графические зависимости А = /(С), Т=f(C), ? = /(С), А = /(/), Т= = /(/),?=/(/).
  • 4. В каких единицах измеряют оптическую плотность?
  • 5. При каком значении оптической плотности погрешность измерения минимальна?
  • 6. Дайте определение понятия «фотометрическая реакция». Какие требования к ней предъявляют?
  • 7. Что такое раствор сравнения в фотометрическом анализе? Каковы его состав и назначение?
  • 8. Как выбрать оптимальную длину волны для проведения фотометрического анализа, если в спектре поглощения наблюдается несколько максимумов?
  • 9. Можно ли обеспечить селективное определение компонентов одним фотоколориметром?
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Популярные страницы