Методика проведения измерений

Процесс получения данных о площади листа включает в себя следующие операции:

1. Калибровку прибора. Для этого необходимо взять не менее 5 листьев растений исследуемого вида, максимально различающихся между собой по площади и не имеющих признаков какого либо повреждения или увядания. Предварительно площадь этих листьев необходимо определить традиционным способом (весовым методом или подсчетом квадратов на миллиметровой бумаге). После этого необходимо зарегистрировать показания прибора на этих же листьях и далее, на основании реальных значений площади и соответствующих им показаний прибора, построить калибровочный график.

2. Регистрацию показаний прибора на опытных растениях.

3. Получение реальных значений площади листьев при помощи калибровочного графика.

Точность метода в значительной степени зависит то конструктивных особенностей измерительной камеры. Так, например если камера предназначена для работы с листьями, имеющими площадь до 20 см², то она может иметь недостаточную точность при работе с листьями площадью менее 1 см². Также большую роль играет точность взаимной установки источника света, фокусирующей линзы, исследуемого образца и фотоэлемента. Кроме того, снижение точности измерений может иметь место и при следующих обстоятельствах:

1. Измерении площади увядающих листьев. В этом случае проницаемость листьев для света постепенно снижается. Это происходит в силу постепенного снижения толщины листьев и постепенного разрушения фотосинтетического аппарата, и в первую очередь – хлорофилла. В результате измеренная световым методом площадь листа может быть занижена на 1-1,5 см² по сравнению с действительным значением.

2. Изменениях напряжения в сети электропитания источника света. Это может иметь место как в случае питания прибора от батареек, так и в случае питания от электросети. Поэтому возможные изменения напряжения в ходе эксперимента необходимо постоянно контролировать по нулевому сигналу – сигналу фотоэлемента, когда в камере отсутствует объект. Нулевой сигнал необходимо поддерживать на постоянном уровне при помощи ручек грубой и плавной регулировки блока питания.

Лекция 5 Измерение концентрации, качественного и количественного состава растворовкондуктометрия, ионселективная потенциометрия полярография,;

Измерение концентрации, качественного и количественного состава растворов неорганических соединений.

Кондуктометрия.

. Кондуктометрический метод.

Под термином «кондуктометрия» обычно понимается целая группа родственных методов (прямая и косвенная кондуктометрия, кондуктометрическое титрование и т.д.), основанных на измерении проводимости (или сопротивления) исследуемого раствора. Большая часть этих методов известны еще с 50-х годов 20 в. и широко применяются в научных исследованиях, при проведении различных видов химического анализа, а также – в промышленности (например – на очистных сооружениях, для определения качества воды). В физиологии растений может быть с успехом применен метод, называемый «прямая кондуктометрия». К сожалению, он применим для отслеживания динамики только общего потребления ЭМП, поскольку используемая аппаратура не обладает селективностью, т.е. неспособна различать отдельные группы катионов и анионов. Однако, метод обладает высокой чувствительностью в диапазоне (10^-3 – 10^-5 М/л).

Оборудование. В комплект оборудования для прямой кондуктометрии входит стандартная кондуктометрическая ячейка и непосредственно сам измерительный прибор. При исследовании раствор помещается во внутренний объем ячейки, который представляет собой кубическую полость со стороной 1 см. В две боковые противоположно расположенные грани этой кубической полости вмонтированы квадратные платиновые электроды, площадью 1 кв.см. каждый. Возможны также варианты экспериментов, в которых вместо стандартной ячейки используются выносные электроды. В этом случае появляется возможность отслеживать мгновенные значения потребления ЭМП. Измерительный прибор представляет собой стандартный мост переменного тока (например, серии Р-5010).

Принцип метода. Согласно современным представлениям, проводимость водных растворов определяется следующими факторами:

1. Наличием частиц - переносчиков заряда. В качестве таких частиц выступают, в первую очередь, различные ионы, и в гораздо меньшей степени – недиссоциированные молекулы растворенных в воде органических веществ.

2. Подвижностью частиц – носителей заряда в водном растворе. Этот показатель зависит в первую очередь от концентрации раствора и от его температуры.

3. Общим количеством частиц- переносчиков заряда. Этот параметр зависит от концентрации раствора, а для слаборастворимых соединений и растворов высокой концентрации – еще и от степени их диссоциации.

Таким образом при кондуктометрическом исследовании растворов наблюдается следующая картина: дистиллированная вода характеризуется максимальным значением сопротивления (порядок величин – 10⁵ Ом) и минимальным – проводимости в силу того, что в ней всегда присутствуют ионы Н⁺ и ОН^-. При постепенном увеличении концентрации солей общее сопротивление раствора быстро снижается на несколько порядков и достигает минимума при общей концентрации примерно 0,5 М/л (порядок величин – 10^-1 Ом). При дальнейшем насыщении раствора, его сопротивление снова начинает возрастать, в силу того, что снижается подвижность ионов.

Оценка концентрации исследуемого раствора производится при помощи калибровочного графика. Поскольку зависимость показаний прибора от концентрации раствора носит явно выраженный нелинейный характер, калибровочный график необходимо строить на основании 6-7 точек, расположенных в интересующем исследователя диапазоне концентраций. Необходимо отметить, что в отличие от описанного ниже потенциометрического метода исследования растворов, аппаратура, используемая для кондуктометрии, не содержит элементы, имеющие заведомо «плавающие» показатели. Поэтому единожды построенной калибровочной кривой можно пользоваться на протяжении нескольких месяцев. В силу того, что особенно на малых концентрациях метод обладает высокой чувствительностью, необходимо тщательно следить за чистотой ячейки. В качестве способа контроля чистоты ячейки можно порекомендовать снятие показаний проводимости при заполнении ячейки дистиллированной водой. Кроме того, необходимо отслеживать и стандартизировать температуру исследуемых растворов.

При отсутствии стандартной электрохимической ячейки ее функции может выполнить стеклянная химическая посуда небольшого объема, в которую погружаются выносные платиновые электроды. При этом, кроме температуры необходимо стандартизировать следующие параметры:

· Линейные геометрические размеры ячейки. Идеальной ситуацией является использование одной и той же посуды на протяжении всей серии экспериментов.

· Количество исследуемого раствора. Фактически количество исследуемого раствора определяет его линейные размеры и в частности – площадь поперечного сечения раствора как проводника. Превышение количества исследуемого раствора в 2 раза при прочих равных условиях может привести к ошибке в 20%.

· Площадь электродов, их ориентацию относительно друг друга и исследуемого раствора.

В отличие от измерения сопротивления радиодеталей, измерение сопротивления (или проводимости) водных растворов проводится при переменном напряжении. Частота, при которой производится измерение показателей проводимости растворов, автоматически подбирается прибором, и может варьировать в диапазоне 1-10 Кгц. Необходимость в использовании переменного напряжения вызвана тем, что при постоянном напряжении на электродах начинают происходить явления, характерные для электролиза – осаждение отдельных ионов окислов и гидроокислов, выделение газов и т.д. В результате всего вышесказанного значительно искажаются результаты измерений

Ионселективная потенциометрия (ионометрия)

Данный метод представляется наиболее удобным и перспективным для анализа динамики поглотительной функции корней. С его помощью можно непрерывно отслеживать динамику активной концентрации многих элементов минерального питания непосредственно в питательном растворе в диапазоне концентраций от 10^-1 до 10^-4 М/л и выявлять индивидуальные различия в потреблении растениями отдельных ионов. Метод потенциометрического определения концентрации стал возможен только после изобретения ионселективных электродов (ИСЭ), обладающих избирательной чувствительностью к отдельным анионам и катионам. В настоящее время изготовляются ИСЭ, чувствительные к большинству одно- и двухвалентным анионам и катионам (ионам водорода, калия, натрия, кальция, аммония, меди, магния, хлорид-иона, нитрат-иона, карбонат-иона и т.д.). К сожалению, потенциометрическое определение такого важного ЭМП, как фосфат- ион, невозможно из-за его трехвалентной природы. Причина заключается в том, что в водных растворах диссоциация солей этого иона может идти по одной, по двум, или по трем ступеням, и по каждой ступени степень диссоциации может быть различной. В результате в растворе образуются различные количества одно- двух- и трехвалентных фосфат-содержащих ионов, что в целом делает невозможным точное определение количества этого иона потенциометрическим методом.

Оборудование. Для определения концентрации ионов потенциометрическим методом необходимы ионселективные электроды, электроды сравнения, первичный преобразователь-усилитель сигнала и растворы для калибровки и отмачивания электродов. Варианты комплектации оборудования различны. В 70-80 х годах 20 в. Советском Союзе получили большое распространение отдельные ионселективные электроды (например ЭМ-1) с полимерной мембраной. Электродами сравнения для них служили каломельные или хлорсеребрянные электроды (типа ЭВЛ-1). Впоследствии на смену электродам с полимерной мембраной пришли ИСЭ, обладающие кристаллической мембраной. В настоящее время хорошо известны выносные чувствительные элементы, в которых электрод сравнения и чувствительный электрод сразу изготовлены в блоке. Кроме того, у современных ИСЭ имеется функция автоматической термокомпенсации. Оборудование, которое может выступать в качестве первичного преобразователя- усилителя сигнала также разнообразно. В различных лабораториях встречаются универсальные иономеры (например, отечественные ЛПУ-01, ЭВ-74) различные цифровые и аналоговые рН- и ионометры отечественного и иностранного производства. Из современного отечественного оборудования особенного упоминания заслуживают многоканальные цифровые иономеры серии «Экотест», наиболее удобные для экспериментов в области минерального питания. Кроме оборудования, имеющего выносные электроды, встречается также и проточное оборудование, снабженное устройством для забора проб.

Дата добавления: 2014-01-06