Определение концентрации растворов фотоэлектроколориметром

Лабораторная работа № 18

Порядок выполнения работы

1. Подготовить прибор к работе — свет от осветителя направить в прибор с помощью зеркала. Добиться равномерного освещения тройного поля зрения, определить нулевое положение прибора и, если необходимо, определить поправку.

2. Поставить в ложе кювету (трубку) с раствором известной концентрации, добиться снова равномерного освещения тройного поля зрения, отсчитать угол поворота a.

3. Поставить в ложе кювету (трубку) с раствором неизвестной концентрации, добиться равномерного освещения, отсчитать угол поворота a. Опыт повторить для всех растворов с неизвестной концентрацией.

4. Полученные данные занести в таблицу 1 и произвести расчет неизвестной концентрации С_х по рабочей формуле (2).

Таблица 1

№ п/п	a	aх	С	Сх	DСх	Е = (DСх / Сх) 100%
1.
2.
3.
Ср.

5. Построить график зависимости a_х = f (С_х). Рассчитать абсолютную и относительную погрешности измерений.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается двойное лучепреломление? 2. Как получают поляризованный свет? 3. Что представляет собой призма Николя и каково ее назначение? 4. Каков физический смысл закона Брюстера и закона Малюса? 5. Какие вещества называются оптически активными и их практическое применение? 6. Какова принципиальная схема поляриметра (сахариметра) и как он работает? 7. Как определяется поправка прибора и отсчет показаний? 8. Что такое поляриметрия и сахарометрия? Их практическое применение. 9. Какой свет называется поляризованным и какой естественным? Из условное обозначение.

Приборы и принадлежности: фотоэлектрический колориметр ФЭК-М, стабилизатор напряжения СТН-56, гальванометр типа М-1032, три кюветы одинакового размера, набор растворов разной концентрации, вода для промывки кювет, посуда для слива использованной воды, салфетки.

Цель работы: изучение основ работы фотоэлектроколориметра и метода измерения концентрации окрашенных растворов с помощью фотоэлетроколориметра.

Определение концентрации окрашенных растворов колориметрией основано на явлении поглощения света этими растворами.

Свет, как волновой процесс, состоит из распространяющихся во взаимно перпендикулярных направлениях электрических и магнитных полей, амплитуды которых по мере распространения изменяются по закону синуса или косинуса. Энергия волны равна:

,

где h — постоянная Планка, с — скорость света, l — длина волны, n — частота.

Когда световая волна взаимодействует с молекулой, она может либо рассеиваться (т.е. изменяется направление ее распространения), либо поглощаться (т.е. энергия передается молекулам). Характер рассеяния одиночной частицей зависит от отношения между ее радиусом r и длиной волны рассеянного света. В зависимости от величины соотношения r/l следует различать три области:

1. Для больших частиц при r >> l наблюдается чисто геометрическое рассеяние. Падающие на различные участки поверхности частицы света отражаются от них под различными углами. Если в единице объема среды имеется N рассеивающих частиц, то при прохождении первичным пучком в среде пути Dx из интенсивности потока I_о рассеивается в стороны доля:

.

2. Анализ рассеяния света очень мелкими частицами при r << l был произведен Релеем. В этом случае под влиянием колебаний электрического вектора световой волны электроны в рассеивающей частице начинают совершать колебания и сами испускают волны. Подробный анализ показывает, что интенсивность рассеянного света пропорциональна частоте в четвертой степени или обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени, т.е. интенсивность релеевского рассеяния можно представить в виде:

I ~ n⁴ ~ 1/l⁴.

3. Для частиц, размеры которых сравнимы с длиной волны , основным является дифракционное рассеяние. В этом случае коэффициент рассеяния становится весьма сложной функцией n, r, l (n — показатель преломления). Коэффициент рассеяния определяется по формуле:

На рис. 1 показан примерный ход зависимости удельного коэффициента рассеяния К_рас/М во всех трех областях величин радиусов частиц.

Величина К, называемая коэффициентом ослабления лучистой энергии складывается из коэффициента ”истинного” поглощения и коэффициента рассеяния, т.е.

Если происходит поглощение энергии света, то молекула переходит в возбужденное состояние. Молекула, которая может быть возбуждена посредством поглощения света в видимой и ближней УФ — области, называется хромофором. Обычно энергия возбуждений превращается в тепло (т.е. в кинетическую энергию) в результате столкновения возбуждающей молекулы с другой молекулой или может вновь излучаться с измененной длиной волны. В обоих случаях интенсивность света, прошедшего через молекулу — хромофор, меньше интенсивности падающего света. Вероятность ослабления падающего света зависит от коэффициента поглощения при данной длине волны (так называемая спектральная зависимость) и описывается законом Бугера-Ламберта-Бера.

В лабораторной медицинской и клинической практике обычно используют слабо окрашенные растворы малых концентраций, для которых закон Бугера - Ламберта - Бера имеет вид:

, (1)

где I_o — интенсивность падающего света, I — интенсивность света, прошедшего через раствор, е — основание натурального логарифма (Неперово число), k — показатель поглощения для раствора единичной концентрации, с — концентрация поглощающего вещества в растворителе, d — толщина слоя раствора.

Часто экспоненциальную зависимость (1) выражают в виде:

, (2)

где e = 0,4343k — это молекулярная оптическая плотность, постоянная для данного раствора.

Используя уравнение (2), можно записать:

,

где Т — прозрачность раствора.

Логарифм обратной величины:

.

Величину D называют оптической плотностью вещества. Так как lg10=1, тогда:

.

Для двух растворов с известной С_о и неизвестной С_х концентрациями можно записать:

и .

Учитывая, что всегда можно подобрать d_o = d_x (кюветы одинаковых размеров), тогда, разделив одно равенство на другое, получим:

тогда . (3)

Уравнение (3) используется для определения концентрации С_х растворов.

Если для какого-либо вещества измерить оптические плотности нескольких растворов с известными концентрациями, то можно построить градуировочный график зависимости D₀ = f(C₀) для данного вещества. Тогда, пользуясь указанной графической зависимостью, можно найти неизвестную концентрацию С_х раствора этого вещества по известной оптической плотности D_х этого раствора.

Для измерения оптической плотности служат специальные приборы — фотоэлектроколориметры.

Дата добавления: 2014-01-04