Теоретичні відомості. Визначення концентрації розчину за допомогою фотоелектроколориметра

Визначення концентрації розчину за допомогою фотоелектроколориметра

Лабораторна робота № 6

Мета роботи: вивчити будову і принцип роботи фотоелектроколориметра, визначити концентрації забарвлених розчинів.

Обладнання: фотоелектроколориметр ФЕК-56, набір розчинів.

При пропусканні світла через шар речовини його інтенсивність зменшується. Зменшення інтенсивності є наслідком взаємодії світлової хвилі з електронами речовини, в результаті якої частина світлової енергії передається електронам. Це явище називається поглинанням світла (рис.4.6.1). Нехай через однорідну речовину проходить пучок паралельних монохроматичних променів, довжиною хвилі l. Виділимо елементарну дільницю шару речовини, товщиною dх (рис.4.6.2).

При проходженні світла через таку дільницю його інтенсивність І послаблюється. Зміна інтенсивності dІ пропорційна інтенсивності падаючого світла і товщині шару dх:

dІ = -kIdx, (4.6.1)

де k — монохроматичний показник поглинання, який залежить від властивостей середовища і не залежить від товщини шару dх. Знак «-» означає, що інтенсивність світла зменшується.

Знайдемо інтенсивність І світла, яке пройшло шар речовини, товщиною l, якщо інтенсивність світла, яке входить у середовище, І₀.

Рис 4.6.1. Зменшення інтенсивності світла І при пропусканні через речовину, товщиною l.

Рис. 4.6.2. Схема доведення закону поглинання.

Для цього проінтегруємо вираз (4.6.1), попередньо розділивши змінні:

.

В результаті отримаємо:

,

звідки

І = . (4.6.2)

Це закон Бугера. Він показує, що інтенсивність світла зменшується в геометричній прогресії, якщо товщина шару зростає в арифметичній прогресії. Натуральний монохро­матичний показник поглинання k є величиною, оберненою відстані, на якій інтенсивність світла зменшується за рахунок поглинання в середовищі в е разів.

Монохроматичний натуральний показник поглинання розчину поглинаючої речовини в непоглинаючому розчиннику пропорційний концентрації С розчину (закон Бера):

, (4.6.3)

де k_l — натуральний показник поглинання, віднесений до концентрації розчину. Закон Бера виконується тільки для розбавлених розчинів. В концентрованих розчинах він порушується внаслідок впливу взаємодії між близько розташованими молекулами поглинаючої речовини. Підставляючи вираз (4.6.3) в (4.6.2), отримуємо закон Бугера–Ламберта–Бера:

(4.6.4)

Відношення є коефіцієнтом пропускання. Оптична густина речовини рівна:

Д = . (4.6.5)

З виразів (4.6.4) і (4.6.5) отримуємо:

Д = . (4.6.6)

Закон Бугера–Ламберта–Бера є основою концентраційної колориметрії — фотометричний метод визначення концентрації речовини в зафарбованих розчинах. В концентраційній колориметрії використовуються методи, пов’язані з тією або іншою формулою фотометрії, тобто зміною інтенсивності світла. Для цього використовують дві групи приладів: об’єктивні (фотоелектроколориметри) і суб’єктивні або візуальні (фотометри).

Рис.4.6.3. Оптична схема фотоелектроколоримера ФЕК-56.

В клінічній практиці цей метод використовується для: вимірювання процентного вмісту оксигемоглобіну в крові; визначення мікроелементів у крові; залишкового азоту, сечовини і креатину в крові і амінокислотах: фосфору, ліпідів у біологічних тканинах; цукру в крові та сечі.

В нашій лабораторній роботі вико­рис­товується фотоелектроколориметр ФЕК — 56. Оптична схема представлена на рис.4.6.3. В основі принципу роботи приладу покладено метод вимірювання двох світлових потоків шляхом зміни одного з них з допомогою діафрагми із змінним отвором.

Світло від джерела 1 з допомогою дзеркал 2 і конденсорів 3 розділяється на два пучки. Пучок 1 проходить через кювету 4 з досліджуваним розчином і систему оптичних клинів 5. Пучок світла 2 проходить через кювету 6 з розчинником і щілинну діафрагму 7.

Потім обидва пучки світла попадають на фотоелементи 8 і 9. Гальванометр 10 реєструє різницю фотострумів. За допомогою оптичних клинів зрівнюються світлові потоки, які попадають на фотоелементи при відсутності розчинів. При цьому стрілка гальванометра встановлюється на 0.

Якщо на шляху пучка 1 поставити кювету з досліджуваним розчином, а на шляху пучка 2 — з розчинником, рівність світлових потоків порушиться за рахунок різних оптичних густин і покази гальванометра будуть відрізнятися від 0.

Щоб відтворити порушену рівновагу, потрібно змінити інтенсивність пучка світла 2 за допомогою щілинної діафрагми. Розмір щілини діафрагми регулюється барабаном 2, на шкалі якого нанесені значення оптичної густини (і коефіцієнта пропускання). Щоб виміри проводити в монохроматичному світлі, на шляху обох пучків ставляться світлофільтри 12.

Дата добавления: 2014-12-07