Расчет результатов анализа

 

1) Расчет концентрации приготовленных стандартных растворов красителей

,

где С_исх,i., С_к,i – концентрация исходного стандартного раствора красителя и в колбе соответственно, моль/дм³; V_исх. – объем исходного стандартного раствора, отмеренный по бюретке, дм³; V_к – объем колбы, дм³;

2) Выбор аналитических длин волн. Число аналитических длин волн соответствует числу красителей в анализируемой смеси (для трехкомпонентной смеси: l_а1, l_а2, l_а3). Обычно аналитическая длина волны выбирается в максимумах полос поглощения чистых красителей, в каждом конкретном случае для смеси красителей необходимо учитывать пересечение спектров поглощения чистых компонентов (выбор аналитических длин волн следует согласовать с преподавателем).

1) Определение коэффициентов экстинкции на аналитических длинах волн.

Таблица 1 - Результаты экспериментов

№

Краситель I

Краситель II

Краситель III

С

А ( l а1 )

А ( l а2 )

А ( l а3 )

С

А ( l а1 )

А ( l а2 )

А ( l а3 )

С

А ( l а1 )

А ( l а2 )

А ( l а3 )

1 2 3 4

По результатам, приведенным в таблице 1, строят калибровочные графики в осях «абсорбция – концентрация». Если в результате построения получаются прямые линии, значит, закон Ламберта-Бугера-Бера выполняется. Коэффициенты экстинкции находят как тангенсы угла наклона прямых, равные отношению соответствующих катетов: e =А/С × l. При этом все величины следует брать в соответствующих единицах. Из графиков можно найти все девять коэффициентов экстинкции, некоторые из которых могут оказаться равными нулю, результаты расчетов заносят в таблицу 2.

 

      Таблица 2 - Значения коэффициентов экстинкции

Краситель	Коэффициенты экстинкции, дм3 /моль×см
	l а1	l а2	l а3
I
II
III

 

5) Расчет концентрации красителей в анализируемой смеси.

Анализ смеси невзаимодействующих красителей, полосы поглощения которых пересекаются основан на аддитивностти абсорбций (1):

                                                                                (1)

Для выбранных аналитических длин волн записывают три уравнения (2):

                           (2)

Предполагая, что для каждого компонента смеси в рабочем интервале концентраций на всех выбранных длинах волн l _а1, l _а2, l _а3 выполняется закон Ламберта-Бугера-Бера, получаем систему уравнений (3), в которую входят искомые концентрации красителей С_I, С_II, С_III.

                                 (3)

Чтобы воспользоваться системой уравнений (3), необходимо измерить на бланке абсорбцию анализируемой смеси красителей на выбранных длинах волн, подставить значения коэффициентов ослабления из таблицы 2 и учесть толщину кюветы.

Если на некоторой длине волны поглощает только один из компонентов смеси, то его концентрацию можно найти по калибровочному графику. Учитывая эти особенности, можно упростить расчет концентрации, выбрав соответствующим образом аналитические длины волн.

Достоверность полученных результатов проверяют у преподавателя или лаборанта, оформляют отчет по лабораторной работе.

 

Вопросы к отчету по работе

1 Метод абсорбционной спектроскопии, его сущность и область применения.

2 Электромагнитный спектр, соотношение между длиной волны (l), частотой (n) и волновым числом ( ).

3 Спектры поглощения, способы их изображения. Применение спектров поглощения в аналитической химии.

4 Схема простейшего монохроматора, диспергирующая призма и дифракционная решетка.

5 Запись спектров поглощения на однолучевом и двухлучевом спектрофотометре.

6 Качественный и количественный анализ по электронным спектрам поглощения. Закон Ламберта-Бугера-Бера

7 Особенности количественного анализа смесей красителей с пересекающимися и непересекающимися спектрами. Правило аддитивности абсорбций.

 

ПЛАМЕННАЯ ФОТОМЕТРИЯ

Теоретические основы

 

Метод пламенной фотометрии является одним их видов эмиссионной спектроскопии. Он основан на измерении интенсивности излучения, испускаемом анализируемыми элементами в пламени. Чувствительность метода определяется температурой пламени и условиями возбуждения атомов. В качестве источников возбуждения атомов используется пламя различных типов. Средняя температура некоторых наиболее широко распространенных видов источников возбуждения приведена в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1 - Основные источники возбуждения атомов

 

Источник возбуждения	Горючий газ	Окислитель	Температура, К
Пламя	Пропан-бутан	Воздух	1700
	Ацетилен	Воздух	2250
	Ацетилен	Кислород	3050
	Ацетилен	Закись азота	2950
Вольтовая дуга	-	-	11000
Конденсированная искра	-	-	11000
Лазерное излучение	-	-	15000

 

Вследствие невысокой температуры пламени горючих смесей, их эмиссионные спектры состоят их небольшого числа спектральных линий и имеют низкие потенциала возбуждения. Это позволяет использовать при анализе фотометры, снабженные интерференционными светофильтрами.

Атомные спектральные линии в пламени излучают щелочные и щелочноземельные металлы, галлий, кадмий, хром, марганец, никель, кобальт, медь, серебро и другие элементы. В настоящее время методом пламенной фотометрии можно определять до 40 элементов.

Набор частот, соответствующий спектру каждого элемента, определяется структурой внешней оболочки атома и, следовательно, положением элемента в таблице Менделеева. Вследствие этого не может быть случаев полного совпадения эмиссионных спектров различных веществ.

Качественный анализ анализируемых веществ основан на наличии в спектре излучения характеристических линий, присущих данному элементу. В пламенной фотометрии качественный анализ проводится с использованием набора светофильтров.

В основе количественного анализа лежит прямо пропорциональная зависимость интенсивности спектральных линий от числа возбужденных частиц, и, следовательно, от концентрации определяемого элемента при постоянных температуре и условиях атомизации. Эта зависимость выражается уравнением Ломакина:

                                       ,                                   (5.1)

где I – интенсивность спектральной линии; с – концентрация элемента в пробе; a – коэффициент, зависящий от режима работы источника возбуждения; b – коэффициент самопоглощения.

Определяемые элементы поступают в пламя в виде аэрозоля, полученного при распылении анализируемых растворов воздухом в распылительной камере.

В пламени протекает ряд следующих процессов:

1) Растворитель испаряется или сгорает, а в пламени остаются мельчайшие частицы твердого образца;

2) Твердые вещества переходят в газообразное состояние (превращаются в пар), то есть образуется атомный пар;

3) Возбуждение атомов под действием энергии пламени. Возбуждение газообразных атомов связано с переходом одного из электронов в более высокое энергетическое состояние;

В условиях термодинамического равновесия доля возбужденных атомов определяется уравнением Больцмана:

                                       ,                                (5.2)

где N* – количество возбужденных атомов в пламени; N₀ – общее количество атомов в пламени; ΔE – потенциал возбуждения, Дж; k – постоянная Больцмана (k=1,380662 10^-22 Дж К); T – абсолютная температура, К.

Согласно уравнению Больцмана, только небольшая часть газообразных атомов переходит в возбужденное состояние и доля возбужденных атомов быстро снижается при возрастании потенциала возбуждения элементов. Например, при одинаковой температуре доля возбужденных атомов натрия в 10⁷ раз превышает долю возбужденных атомов цинка. Вследствие этого для определения цинка требуется более высокая температура. При повышении температуры число возбужденных атомов увеличивается.

4) Излучение света возбужденными атомами: при возвращении электрона из возбужденного состояния на более низкий энергетический уровень или в основное состояние испускается ультрафиолетовое или видимое излучение. Интенсивность и частота излучения зависят от природы, концентрации анализируемого элемента в растворе. Частота испускаемого излучения зависит от разности энергий двух состояний атома:

                              ,                              (5.3)

где E₂ – энергия более высокого возбужденного состояния, Дж;        Е₁ – энергия более низкого возбужденного или основного состояния, Дж; h – постоянная Планка; ν – частота испускаемого ультрафиолетового или видимого света, Гц; с – скорость света, м/с; λ – длина волны излучаемого света, м.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: