Порядок выполнения работы

Разновидности фотоэлементов

а) сурьмяно-цезиевые фотоэлементы получают конденсацией паров сурьмы на поверхности стекла, при этом получается почти непрозрачный слой металлической сурьмы толщиной около 150 мк. При последующем прогреве сурьмы в парах цезия образуется соединение, обладающее полупроводниковыми свойствами. На поверхности этого слоя абсорбируются атомы цезия, снижающие работу выхода электрона. Для увеличения чувствительности готовая поверхность фотоактивного слоя подвергается действию малых количеств кислорода или паров серы (сенсибилизация фотоэлемента - т.е. повышение его чувствительности).

Характеристика:

1. Фотоэлемент отличается высокой чувствительностью в видимой и
ультрафиолетовой области. Падение чувствительности в далёкой
ультрафиолетовой области объясняется снижением прозрачности баллона для
ультрафиолетовых лучей. В настоящее время для расширения диапазона
чувствительности в стеклянный баллон помещают кварцевые окна.

2. Интегральная чувствительность фотоэлементов достаточно велика 100-
200мА/лм.

3. Характерной особенностью сурьмяно-цезиевые фотоэлементов
является полная независимость их чувствительности при повышении
температуры до 50 °С.

4. Область применения: 210-620 им.

б ) кислородно-цезиевые элементы готовят нанесением серебряной подкладки на стеклянные стенки баллона. Затем слои серебра подвергаются окислению на глубину порядка 100*200 молекулярных слоев. Окисленный слой восстанавливается в парах цезия. При этом на шероховатой поверхности катода абсорбируются атомы цезия в количестве, отвечающем, примерно, монослою.

Таким образом, кислородно-цезиевый фотоэлемент состоит из металлической подкладки (серебро), полупроводника в качестве промежуточного слоя и атомов цезия.

Характеристика:

1. Интегральная чувствительность 1-20 мА/лм. Характеристикой данного
фотоэлемента является высокая чувствительность к лучам длинноволновой
части спектра (750-1000), однако, имеется максимум и в ультрафиолетовой
области.

2. Диапазон применения 600-1200 нм.

3. Фотоэлемент способен "утомляться", то есть уменьшать силу фототока
при освещении. Причём наибольшее утомление наблюдается при облучении ультрафиолетовым и фиолетовым светом и не наблюдается при облучении красным и инфракрасным светом.

4. Температурная устойчивость к кислородно-цезиевым фотоэлементам меньше, чем у сурьмяно-цезиевых.

Работа состоит из 4 этапов:

1. Приготовление серии стандартных растворов разной концентрации.

В 5 мерных колб ёмкостью 50 мл приливают пипеткой 1, 2, 3, 4, 5 мл раствора 0,1 М CuSO₄, затем производят нейтрализацию раствором аммиака по каплям до появления слабой мути (осадок основного сульфата меди), после чего прибавляют цилиндром 15 мл раствора аммиака и доводят до метки дистиллированной водой. А также для измерения оптической плотности стандартных растворов необходимо приготовить нулевой раствор. Нулевым называется раствор, содержащий все компоненты, кроме определяемого иона. В данном случае в мерную колбу ёмкостью 50 мл приливают цилиндром 15 мл раствора аммиака и доводят объем до метки дистиллированной водой.

Концентрацию раствора в каждой колбе считают по формуле:

, (20)

где С_СТ – концентрация стандартного раствора;

V_i – объем стандартного раствора, взятый для приготовления раствора;

V_KОЛБЫ – объем мерной колбы.

2. Выбор длины волны, соответствующей максимуму поглощения (максимальной оптической плотности) раствора медноаммиачного комплекса, построение графика зависимости А=f(λ) с целью проведения двух последующих (основных) этапов работы.

Для этого нужно снять спектры поглощения раствора средней концентрации в интервале длин волн 430-710 нм в кювете толщиной 1 см. Результаты опыта занесите в табл. 2. Постройте график зависимости A=f(λ), и по нему определите длину волны, соответствующую максимуму поглощения А_mах. Все последующие измерения в третьем и четвертом этапах работы следует проводить при выбранной длине волны.

3.Изучение влияния концентрации раствора на характер зависимости A=f(c).
Измерьте оптическую плотность каждого из приготовленных стандартных растворов при выбранной длине волны, результаты опыта занесите в таблицу №3. Постройте график зависимости A=f(с). Для каждого значения оптической плотности рассчитайте молярный коэффициент поглощения по формуле . Результаты расчетов занесите в табл. 3.

4. Изучение влияния толщины кюветы b на характер зависимости A=f(b).

Исследовав зависимость оптической плотности от концентрации, переходите к четвертому этапу работы. Измерьте оптическую плотность растворов одной определённой концентрации (3-я проба), применяя кюветы разной толщины. Полученные данные занесите в табл. 4.

5. Сделайте вывод о том, соблюдается ли закона Бугера-Ламберта-Бера в условиях эксперимента.

Таблица 2

b = _____см c = ____ моль/л

Длина волны λ,нм
Оптическая плотность А

Таблица 3

λ =_____ нм, b = _____см

Концентрация раствора     моль/л
Оптическая плотность А
Молярный коэффициент погашения ε

Таблица 4

λ =_____ нм, с = _____ моль/л

Толщина кюветы b, см
Оптическая плотность А

Контрольные вопросы

1. В чем сущность колориметрических методов анализа?

2. Вывод закон Бугера - Ламберта- Бера.

3. Отрицательные и положительные отклонения от закона Бугера- Ламберта- Бера.

4. Что является мерой чувствительности фотоколориметрического анализа, от каких факторов зависит молярный коэффициент светопоглощения?

5. Чем объясняется цвет растворов? Какие растворы называются окрашенными?

6. Какой раствор называется нулевым и как он готовится?

7. Общая и спектральная чувствительность фотоэлементов. Объяснить на примерах.

Чувствительность и точность колориметрических определений.

8. Физический смысл молярного коэффициента абсорбции света.

9. Что такое фототок? Основные законы фототока.

10. Что такое фотоэффект, каковы его разновидности?

11. Что называется красной границей и порогом фотоэффекта?

12. Каково устройство и принцип действия фотоэлемента, работающего на

внешнем фотоэффекте?

13. Каково устройство и принцип действия фотоэлемента, работающего на

внутреннем фотоэффекте (кислородно- цезиевый, сурьмяно-цезиевый).

14 Принцип работы и устройства однолучевых фотоколориметров.

Оптическая схема фотоколориметров КФК-2, КФК-3.

15. Принцип работы и устройство двухлучевых фотоэлектроколориметров

на примере ФЭК-М, ФЭК-56.

16. Оптическая схема, источники освещения и фотоэлементы

спектрофотометров СФ-4, СФ-46. Принцип работы, характеристика.

Использованная литература

1. Ляликов Ю. С. Физико-химические методы анализа. - М.: Высшая шк., 1974. - 535 с.

2. Физико-химические методы анализа / Под ред. В. Б. Алексеевского, К. Б. Яцимирского. - Л.: Химия, 1971. - 452 с.

3. Васильев В. П. Аналитическая химия. В 2-х ч. Ч. Z: Физико-
химические методы анализа. - М: Высшая шк., 1989. - 383 с.

4. Шишловский А. А. Прикладная физическая оптика. - М.: Физматиздат, 1961.-819 с.

5. Киреев П. С, Загорянская Е. В. Молекулярный спектральный анализ.-М.: Высшая шк., 1971. -142 с.

6. Бабко А. К., Пилипенко А. Г. Фотометрический анализ. - М.: Химия, 1978. - 386 с.

7. Афанасьева В. А. Физические методы в химии. - М.: Наука, 1984. -250 с.

8. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров. В 2-х ч. Ч.2.: - М.: Мир, 1983. - 461 с.

9. Ю.Бранд Дж., Эглинтон Г. Применение спектроскопии в органической химии. - М.: Мир, 1967. - 279 с.

10. Колебательные спектры и молекулярные процессы в каучуках / Под ред. К. В. Нельсона. - Л.: Химия, 1965. - 149 с.

11. Фихтенгольц В. С, Золотарева Р. В., Львов Ю. А. Атлас ультрафиоле­товых спектров поглощения веществ, применяющихся в производстве синтетических каучуков. - М.: Химия, 1965. - 113 с.

12. Воробьёв М. К., Голышшидт и др. Практикум по физической химии. -М.: Химия, 1964. - 384 с.

13. Техническое описание спектрофотометра СФ-46.

14. Булатов М. И., Калинкин И. П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. - Л.: Химия, 1986.

15. Пешков В.М., Громова М.И. Методы абсорбционной спектроскопии в аналитической химии. М.: Химия, 1997. - 436 с.

Составители: Галина Ивановна Зорина

Валерий Васильевич Першин

Галина Михайловна Курунина

Проверка закона Бугера-Ламберта-Бера. Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплинам «Аналитическая химия и ФХМА» и «Технический анализ и контроль производства»

Дата добавления: 2015-06-28