Спектрофотометрлер

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

3. Спектрофотометрлер. (СФМ)

Спектрофотометрлер спектральды құрамы бойынша жіңішке жарық шоғырындағы (монохроматты жарық, шығатын тілім ені 1-20 нм) үлгілердің жарықты жұтуын өлшеуге мүмкіндік береді. Боялған заттектің ерітіндісімен жарық жұтылуын нольдік ерітіндінің жұтылуына қатысты өлшейді.

Фотоэлектрлік спектрометр монохроматты жарықты алатын монохроматордан және оптикалық тығыздықты өлшейтін фотометрден тұрады

Монохроматор жарық көзінен және диспергерлейтін құрылғыдан тұрады. Көп аса жарық көзі ратінде, 340-1100нм толқын ұзындығының аймағында жарық шығаратын вольфрамды жібі бар қыздыру шамы қызмет етеді. Бұл жарық көзі жақын ультракүлгін, көрінетін, сонымен қатар жақын инфрақызыл спектрлер аймақтарында жұмыс істеуге мүмкіндік береді. λ=186÷350 нм ультракүлгін спектр аймағында өлшеулер ушін дейтерлі шам қолданылады. Жарық көзі бүкіл спектральды аймақта үздіксіз спектр беріп тұруы керек, сол кезде диспергерлік құрылғы арқылы спектрдің керекті бөлігін айқындауға болады.

Жарықты ыдырату үшін әйнек және кварцты призмалар, сонымен қатар дифракционды торлар қолданылады. Призмалар жоғары дисперсияға және үлкен жарық күшіне ие. Кварцты призмалар ультракүлгін спектр аймағында жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

Спектрофотометрдің маңызды бір жері-жарық ағынының қарқындылығын реттеуге болатын саңылау болып табылады: неғұрлым саңылаудың ашылуы аз болса, соғұрлым ол арқылы аз жарық өтеді және соғұрлым жарық шоғының толқын ұзындығының интервалы жіңішке болады.

Фотоэлектрлік фотометр вакуумды фотоэлементтерден, тұрақты ток күшейткішінен және шкаласы оптикалық тығыздық бірлігімен және жарық өткізу пайызымен градуирленген компенсациялайтын құрылғыдан (потенциометрден) тұрады.

Спектрофотометр СФ-16. Кварцты бір сәулелік СФМ-16 186-1100 нм толқын ұзындықтағы диапазонында қатты үлгілердің және ерітіеділердің өткізуін (оптикалық тығыздық) өлшеуге мүмкіндік береді. Өлшеу компенсациялық әдіспен жүргізіледі. Монохроматты сәулеге кезектеп салыстыру ерітіндісін және зерттелетін ерітіндіні енгізеді. Салыстыру ерітіндісін енгізген кезде миллимаперметр бағдаршасын миллиамперметрдің орталық шкала штрихында (шартты ноль ретінде алынған) диафрагманың саңылау енін реттеу арқылы орнатады. Осы кезде жарық ағынының орнатылған шамасын Т 100% өткізу деп қабылдайды. Сәулелену ағынына зерттелетін ерітіндіні ненгізген кезде миллимаперметр бағдаршасын, шартты нольге, есептеу патенциометрдің тұтқасын айналдыру арқылы келтіреді. Өткізу Т немесе оптикалық тығыздық А шамасын патенциометр шкаласы бойынша есептейді.

Оптикалық құрал. Көзден сәулелену айналы конденсорға түседі, ол оны жазық айнымалы бағыттайды және линза жазықтығында сәулелену көзінің кескінін береді, линза кіріс саңылауының маңында орналасқан. Кіріс саңылауы арқылы өткен сәулелену айналы объективке келіп түседі де, шағылысып, параллельді шоқпен призмаға бағытталады және кіріс саңылауының үстінде орналасқан шығыс саңылауында фокусталады. Призманың айналуы кезінде әр түрлі толқын ұзындықтарындығы монохроматты сәулелену шығыс саңылауы, линза, фильтр, жұтатын сейілу жарығы, салыстыру ерітіндісі немесе кюветаға өлшнетін ерітінді, қорғаныш пластинкасы арқылы өтеді де, фотоэлементтің жарық сезімтал қабатыына түседі

Призма, линза және қорғаныш пластинкалары ультракүлгін спектр аймағындағы жоғары өткізгішті кварцты әйнектен жасалған. Спектрофотометрдің кең диапазонында спектрінде жұмысын қамтамассыз ету үшін, екі фотоэлемент және екі тұтас спектрлі сәулелену көзі қажет. Кварцты әйнектен жасалған терезесі бар сурьмалық-цезийлік фотоэлемент λ=186÷650 нм сәулелену аймағындағы өлшеулнрде қолданылады, оттекті цезилік фотоэлемент λ=600÷1100 нм аймағындағы өлшеулергеарналған. Бір фотоэлементтен екіншісіне өту кезіндегі сәулеленудің толқын ұзындығы спектрофотометрдің паспортында көрсетілген.

СФ-18 жәнеСФ-14 спектрофотометрлері оптикалық тығыздықты өздігінен жазатын құрал көмегімен арнайы бланкте автоматты түрде тіркейді.

СФ-14 спектрофотоиетрі 3-10 минут арасында ерітіндінің жарықты жұту қисығын алуға мүмкіндік береді. Фотометрлік анықтауларда сезімталдық пен дәлдік қарағанда монохроматты жарықты қолдану есебінен жарық фотометрінде жоғары.

Спектрофотоиетрлер көптеген жағдайларда сапалық талдау үшін де қолданылуы мүмкін. Әр жұтатын заттек ерітіндісінің жұту спектрі белгілі формаға ие екндігін ескере отырып, визуальды қарағанда бір түсті болып көрінетін әртүрлі компоненттерді ажыратуға болады. Спектрофотометрлерді әсіресе органикалық заттектерді, айырып болғаннан кейін сапалық талдауына қолданған маңызды.

Гександа фенол және бензол ерітінділерінің ультракүлгін жұту спектрлері. Осы заттектердің әрқайсысы белгілі жұту тілімдерінің санымен және олардың спектрде орналасуын сипаттайды.

3 тарау. Фотометриялық талдаудың арнайы әдістері.

спектрофотометрлерді қолдану көптеген күрделі аналитикалық есептердіоңай шешуге мүмкіндік береді. титриметриялық талдауда қолданған ыңғайлы, мысалы, индикатор бояуының ауысуын визуальды бақылау қиындаған кезде қатты боялған ерітінділерді титрлеген кезде. Бұл жағдайларда эквиваленттілік нүктесін фотоэлектрлік жолмен орнатқан дәл болып келеді. Сонымен қатар, осы құралдардың көмегімен тбөлу операцияларына жүгінбей, бір уақытта ерітіндідегі бірнеше заттектері анықтауға болады.

§1. Фотоэлектрлік титрлеу.

Фотоэлектрлік титрлеу үшін бір фотоэлементі бар фотоколориметрлерді қолданады. Осы кезде фотоэлемент индикатор ретінде, яғни, ақырғы нүктені орнатуға мүмкіндік береді. Қарапайым титрациялық фотоколориметр жарық көзі ретінде тұрақтандырғыш қоректенетін 6 В автомобиль шамы қолданады. Жарық энергияның қабылдағышы -селеннен жасалған фотоэлемент титрлеуге арналған кювета-100мл кәдімгі химиялық стакан. Титрленетін ерітіндіні әйнек араластырғышпен араластырады. Өлшеу құралы ретінде 10 ^-8 -10 ^-7 А сезімталдықты 100 бөлімді шкаласы бар бағдаршалы гальванометр қызмет етеді. Әлсіз боялған ерітінді арқылы өтетін жарықты азайту үшін, дифрагмалар ретінде қиылған тесіктерінің диаметрлері әр түрлі қара тығыз қағаздан жасалған парақтар қолданылады; диафрагмалар фотоэлементтің алдына құралдың үстіңгі қақпағындағы тесікке салынады.

Титрлеу үшін талданатын ерітіндісі бар стаканды фотоколориметр ұясына салады, диафрагманы гальванометр бағдаршасы шкала соңына (90-100 бөлім) жақын болып орналасатындай етіп таңдайды, араластырғыш моторын қосады және жәймендеп реагент ерітіндісін қосады; ерітіндінің әрбір бөлігінен кейін гальванометр көрсеткіштерін жазып алады.

Алынған мәліметтер бойынша:реагент ерітіндінің көлемі (мл) - гальванометр көрсеткіштері координатасында, график тұрғызады. Титрлеу қисықтарына жанамалардың қиылысуы бойынша ақырғы нүктенің қасында титрлеудің ақырғы нүктесін табады. Мысалы, темір тұзын(2), темір артық мөлшері болғанкезде, калий перманганатымен титрлегенде ерітінді түссіз болып қалады және гальванометр бағдаршасының ауытқуы тұрақты болады; эквиваленттік нүктесінің арғы жағында, калий перманганатының артық мөлшері есебінен, боялу қарқындылығы KМnO ₄ жаңа порцияларының қосылуынан күшейеді және гальванометр бағдаршасының ауытқуы азая береді.

Қазіргі кезде фотоэлектрлік титрлеу зауыттарда және ғылыми зертханаларында кеңінен қолданылады. Тотығу-тотықсыздану кешен түзуші және бейтараптандыру реакциялары бойынша органикалық ерітіндінің жартылай автоматты фотометрлік титрлеуі үшін «ультракүлгін»титрометрін қолданады.

§2. Көпкомпонентті ерітінділерді фотометрлік талдау.

Егер епітіндіде бір уақытта, бір-бірімен әсерлеспейтін екі боялған заттек болса , молярлы өтеу коэффициенттері белгілі болғанда, екі толқын ұзындығындағы оптикалық тығыздығын өлшеу арқылы анықтауға болады. Әдіс, келесіге негізделген: берілген толқын ұзындығындағы боялған заттек қоспасы ерітіндінің оптикалық тығыздығы осы толқын ұзындығындағы бөлек компоненттердің оптикалық тығыздықтарының қосындысы болып табылады:

А _жалпы = А ₁ +А ₂ +А ₃ + . . . +А _і

Екікомпонентті жүйелерді талдағанда 3нұсқа болуы мүмкін.

1. Бөлек компоненттердің жұтылу қисықтары бірінің үстіне бірі бөлектеп қабаттасады, бірақ бөлек жарық жұту максималдарына ие. Жұтылу максимумдары λ ₁ және λ ₂ толқын ұзындықтарында табылады. Егер осы заттектердің ерітінді қоспасындайындайтын болса, ол жарық жұтылу қисығын береді. Әрбір берілген толқын ұзындығындағы λ қисықтың кез-келген нүктесі, бірінші және екінші заттектердің оптикалық тығыздықтарының қосындысымен анықталады. λ ₁ кезіндегі қасында оптикалық тығыздық А _λ1 бірінші заттектің және А ⁿ _λ1 екінші заттектің оптикалық тығыздықтарының қосындысы болып табылады; соған сәйкес А ^жалпы _λ1 =А _λ1 ¹ +А _λ1 ⁿ . λ ₂ кезінде:А ^жалпы _λ1 =А _λ2 +А _λ2 ⁿ . Бұл жағдайда екі заттектің қоспасын фотометрлік анықтау есебі келесі түрде жүреді.

Концентрациясы белгілі бірінші және екінші таза заттек ерітіндісін дайындайды. Одан кейін, екі толқын ұзындығы λ ₁ және λ ₂ кезіндегі олардың оптикалық тығыздықтарын өлшейді А _λ1 ¹ , А _λ2 ⁿ және А _λ2 ¹ , А _{λ 1} ⁿ , А=εCL формуласы бойынша ε ¹ _λ1, ε ⁿ _λ1 және ε ¹ _λ2 , ε ⁿ _λ2 молярлік өшу коэффициенттерін есептейді. Осы екі заттек қоспасын талдаған кезде λ ₁ және λ ₂ осы толқын ұзындықтарындағы А ^жалпы _λ1 және А ^жалпы _λ2 оптикалық тығыздықтарының қосындысын өлшейді және

А _λ1 ^жалпы =(ε ¹ _λ1 С ₁ +ε ² _λ1 С ₂ ) L (1. 20)

А _λ2 ^жалпы =(ε ¹ _λ2 С ₁ +ε ² _λ2 С ₂ ) L (1. 21)

табады, мұндағы С ₁ және С ₂ - компоненттер концентрациялары, L- қабат қалыңдығы. Бұл теңдеулер жүйесін шеше отырып, белгісіз концентрацияларды С ₁ жәнеС ₂ есептейді:

С ₁ =(ε ² _λ2 А _λ1 ^жалпы -ε ² _λ1 А _λ2 ^жалпы ) /(ε ¹ _λ1 ε ² _λ2 - ε ² _λ1 ε ¹ _λ2 ) (1. 23)

С ₂ =(ε ¹ λ ₂ А _λ2 ^жалпы - ε ¹ _λ1 А _λ2 ^жалпы ) /(ε ¹ _λ1 ε ² _λ2 - ε ¹ _λ2 ε ² _λ1) (1. 23) λ

Ε ¹ _λ2 және ε ² _λ1 мүмкіндігінше аз мәнге, ал ε ¹ _λ1 және ε ² _λ2 жоғары мәнге ие болғанда максималды дәлдікке жетеді.

2. Ерітіндінің жұтылу спектрінде, заттектің тек біреуін ғана жұтатын бөлік бар. Мұндай жағдайда, λ ₁ толқын ұзындығында А _λ1 өлшенген әдіспен бірінші заттектің концентрациясын табады:

С ₁ = А _λ1 / ε ¹ _λ1 L

Екінші заттектің концентрациясын (1. 23) теңдеуіне табылған С ₁ мәнін қойып табады:

С ₂ = А _λ2 - ε ¹ _λ2 С ₁ / ε ² _λ2 L

3. Ерітіндінің жұтылу спектрінде, біреуінде бірінші заттекті, екіншісінде екінші заттекті жұтатын бөліктер бар. Мұндай қолайлы жағдайларда әр компоненттің концентрациясын

С ₁ А _λ1 / ε ¹ _λ1 L (λ ₁ толқын ұзындығында)

С ₂ А _λ2 / ε ² _λ2 L (λ ₂ толқын ұзындығында)

Теңдеулері бойынша немесе әдеттегідей градуирленген график бойынша анықтайды.

Заттек қоспасының фотоиетрлік талдауын спектрофотометрде жүргізеді, бірақ кей жағдайларда жіңішке өткізу тиімдері бар жарық фильтрлерімен жабдықталған де қолдануға болады. Бұл кезде градуирленген графиктер әдісі ыңғайлы.

Қышқыл ерітіндісіндегі калий дихроматы мен калий перманганатын анықтау.

Мысалын қарастырайық. КМО ₄ ерітіндісінің жұтылу максимумы λ=525нм тең болғанда табылады, ал К ₂ С ₂ О ₇ ерітіндісінің - λ=380 нм тең болғанда, λ= 570 нм тең болғанда калий дихроматының λ ₁ =570 нм тең болғанда калий дихроматының ерітіндісі жұтпайды. Сондықтан осы толқын ұзындығында сезхімталдықтың жоғалуы байқалса да, К ₂ Cr ₂ O ₇ бар кездегі KMnO ₄ оның осы мәнінде анықтаған ыңғайлы, себебі басқа толқын ұзындықтарында К ₂ Cr ₂ O ₇ өте аз сіңіреді және калий пермангатының жұту әсері күштірек болады.

λ=380 нм кезінде К ₂ Cr ₂ O ₇ анықталуы дұрыс болуы үшін, калий пермангатымен жұтылуына түзетулер енгізу керек. Мұндай жағдайда келесі іс-әрекеттерді жасайды: калий перманганатының стандартты ерітіндінің сериясы бойынша λ ₂ =380 нм болғанда графикті алады. KMnO ₄ және K ₂ Cr ₂ O ₇ қоспаларын талдағанда, 570 нм- А _λ1 кездегі оптикалық тығыздығын өлшейді және график бойынша КMnO ₄ концентрациясын табады. Одан кейін калий дихроматы мен перманганатының оптикалық тығыздықтарының қосындысы болып табылатын, А _λ2 оптикалық тығыздығын өлшейді, график бойынша тәжірибе түскен ерітіндідегі КMnO ₄ құрамын біле отырып, λ ₂ = 380 нм болғандағы КMnO ₄ жұтылуына негізделген А _λ2 оптикалық тығыздығын өлшейді. Содан кейін А _λ2 -А ¹ _λ2 =А ² _λ2 айырымы бойынша, калий дихроматына сәйкес келетін оптикалық тығыздықты табады. А2λ шамасын біле тұра график бойынша талданатын ерітіндідегі калий дихроматының құрамын табады. Мысалы, λ ₁ кезіндегі ерітінді үшін оптикалық тығыздық А _λ1= 0, 71 таң болады, КMnO ₄ = 2, 85 мг. λ=380 нм толқын ұзындығы кезіндегі график бойынша тадылған Калий перманганатының құрамына А ¹ _λ2 =0, 16 оптикалық тығыздық сәйкес келеді. 380 нм кезіндегі ерітіндінің оптикалық тығыздығын өлшегенде А _λ2 =0, 77 мәні табылады. Онда

А ² _λ2 =А _/2 -А ¹ _λ2 =0, 77-0, 16=0, 61

График бойынша К ₂ Cr ₂ O ₄ құрамын табамыз, К ₂ Cr ₂ O ₄ -3, 0 мг. Сөйтіп, 50 мл талданатын ерітіндіде 2, 85 мг КMnO ₄ және 3, 0 мг К ₂ Cr ₂ O ₂ бар.

§3. Қосымшалар әдісі.

Үлгілердің аздаған санын фотометрлік талдау кезінде, яғни, градуирлеу графиктерін тұрғызу қолайсыз жағдайда қосымшалар әдісін қолданылады. Сонымен қатар, бұл әдіс талданатын ерітіндінің құрамының әсерін толығымен жоюға мүмкіндік береді. Зерттелетін ерітіндінің А _х оптикалық тығыздығын өлшейді, одан кейін оған анықталатын элементтің (а) белгілі мөлшерін енгізеді, және қайтадан оптикалық тығыздығын А _х+а өлшейді. Зерттелетін ерітіндінің заттек концентрациясын есептеу әдісмен және графикалық түрде табады.

Зерттелетін ерітіндінің оптикалық тығыздығы: А _х =εС _х С; осы ерітіндінің қосымшасы бар оптикалық тығыздығы:А _х+а =ε(С _х +С _а ) L. Осы екі теңдеуді біріктіріп:

А _х /А _х+а =С _х /А _х +С _х+а немесе С _х =С _а А _х /А _х+а - А _х (1. 24)

аламыз.

Зерттелетін ерітіндінің концентрациясын графикалық әдіспен тапқан кезде келесі іс-әрекеттер жасалады. Үш бірдей колбаға зерттелетін ерітіндінің 3 бірдей аликватты бөліктерін алады, екінші колбаға а ₁ стандартты ерітіндісін қосады, үшінші колбаға а ₂ стандартты ерітіндісін қосады. Барлық колбаларға қажетті реагенттерді қосады және оптикалық тығыздықтарын өлшейді: А _х - бірінші ерітіндінік; А _х+а - екінші ерітіндінікі; және А _х+а2 -үшінші ерітіндінікі . Концентрацияға байланысты оптикалық тығыздықтарының тәуелділік тығыздықтарын тұрғызады. Абсцисса осьінде концентрация мәндері, ал ордината осьінде оған сәйкес, оптикалық тығыздық мәндерін белгілейді. Алынған А _х , А _х+а , А _х+а2 3нүкте арқылы концентрация осьімен қиылысқанға дейін түзу сызық жүргізеді. ОС _х кескінінің абсолютті мәні талданатын ерітіндінің концентрациясына сәйкес келеді.

§4. Заттектердің жоғарғы коцентрациясыне диференциалды фотометрия әдісімен анықтау.

Ерітіндідегі боялған заттектердің аз концентрациялары ушін фотометрлік анықтау әдістері жақсы нәтиже береді.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.