Фотометриялық анықтаулар

Фотометриялық анықтаулар

Фотометриялық анықтаулар барысында тиімді жағдайларды таңдау үшін негізгі параметрлерге толқын ұзындығы, оптикалық тығыздық, жарықжұтқыш қабаттың қалыңдығы және боялған заттың концентрациясы жатады.

Затты фотометриялық анықтаудың шарты мен реті келесідегідей:

1. Оптикалық тығыздығы және басқа да компоненттері талданатын затты ауыстыратын фотометриялық пішін таңдау.
2. Жұтылу спектрін өлшеу және тиімді толқын ұзындығын таңдау, ереже бойынша, бұл - жұтылудың максимумы. Бірақ егер де қоспа осы толқын ұзындығында жұтса, онда басқа спектр облысын таңдаған жөн.
3. Бөгде заттардың әсерін оптикалық тығыздықта зерттеу.
4. Бугер-Ламберт-Бер заңына сүйене отырып, концентрацияның аумағын бекіту. Ол үшін зерттелетін заттың әртүрлі стандартты ерітінділерін қолданады, фотометриялық реакция жүргізе отырып, бір уақытта бос ерітіндіні (зерттелетін заты жоқ) дайындайды. Ерітіндінің концентрациясы ең төмен болған жағдайда, оптикалық тығыздығы 0, 05. 1-ден кем емес, ал ең жоғары болған жағдайда - 0, 8. 1, 0-ден артық емес және жұтқыш қабаттың қалыңдығыl< 5 см болатындай етіп кюветті таңдайды.
5. Ерітіндідегі заттардың концентрациясын есептеуді жүргізу. Фотоэлектрлік өлшеудің бірнеше тәсілдері бар: градуирленген график әдісі; жұтылудың молярлық коэффициенті әдісі; қоспа әдісі; дифференциалды фотометрия әдісі; спектрофотометрлік титрлеу әдісі. Көбіне градуирленген график әдісі қолданылады.
6. Талдау нәтижесін тексеру, қалпына келуін бағалау және метреологиялық бағалап, ақырғы нәтижені беру.

Тәжірибе жүзінде бір ерітіндідегі екі немесе одан да көп компонентті анықтау қажет болады. Кейбір жағдайларда, екуін алдын-ала бөлмей-ақ, бірге анықтауға болады. Бірақ әдетте, заттар толқын ұзындықтарында жұтылады, сондықтан қоспаның әрбір компонентін бөлек анықтауға тура келеді. Егер де заттың спектрі жабылып қалса, онда қоспаның анализі үшін оптикалық тығыздықтың аддитивті заңына негізделген әдістерді қолданады. Олардың ішінде ең танымалы - Фирордт әдісі. Бұл әдіс арқылы қоспаның оптикалық тығыздығын бірнеше толқын ұзындығымен өлшеуге және қоспаның концентрациялары белгісіз компоненттерінен теңдік жүйесін құруға болады. Фирордт әдісінде қоспаның қос компоненті де жарықтың жұтылу және екі ұзын толқын кезінде жұтылудың молярлық коэффицентін алдын-ала анықтау заңына бағынуы қажет.

Спектрофотометрияда, фотометриядан бір ерекшелігі, монохроматикалық жарықтың (толқын ұзындығының (±1 - 2 нм) тар интервалындағы сәулелену ) жұтылуын зерттейді. Осыған байланысты анықтаудың дәлдігі артады да, табылатын концентрацияның шегі төмендейді. Сондықтан спектрофотометриялық әдіс, әсіресе, мөлшері аз заттарды анықтауға ыңғайлы. Басқа да артықшылығына бинарлы, көпкомпонентті жүйелерді, спектрдің инфрақызыл, ультракүлгін аймақтарын зерттей алу мүмкіндігі жатады.

Жарықтың жұтылуын өлшеуге арналған аппаратура. Жарықтың жұтылуын өлшейтін құрылғының негізгі екі міндеті бар:

1. Полихроматикалық жарықтың ыдырауы және толқын ұзындығының қажетті интервалын бөлу;
2. Заттың жарықты жұтуын өлшеу.

Әрбір спектрлік құрылғыда сәулелену көзі, толқын ұзындығының қажетті интервалын бөлетін құрылғы (монохроматор немесе жарық сүзгісі), кюветтік бөлім, детектор, сигналды жаңғыртушы, сигнал индикторы болады. Түйіндердің орналасуы әртүрлі болуы мүмкін(5. 3-сурет) . 5. 3-сурет. Абсорбциялық құрылғылардың негізгі байланыстары

Қайнар көздер. Молекулярлық абсорбционды спектроскопияда қайнар көз ретінде үздіксіз сәуле шығаратын қыздыру лампаларын қолданады. Ультракүлгін аймақтарда ұзындығы 350нм-ден кем емес толқын шығаратын ксенонды, дейтерийлі және сутектік шамдар қолданылады. Бұл газразрядты құбырлар - жоғары қысымда газға толтырылған кварцтан жасалған баллондар болып келеді. Нәтижесінде, газ молекуласының электрразрядынан ісінеді де, үздіксіз спектр шашыратып, қайта қалпына түседі. Таяу ультракүлгін, көрінетін және таяу инфрақызыл аймақтарда (350. 3000 нм) вольфрам шамдарын, Нернст шрифттерін, гологенді шамдарды, нихромды сәуле шығарғышты, глобатор мен лазерлерді қолданады.

Монохроматорлар мен светофильтрлер. Монохроматизация тәмііліне байланысты абсорбциялық құрылғыларды екі класқа ажыратады: фотометрлер және спектрофотометрлер. Фотометрлерде жарық сүзгілерін, ал спектрофотометрлерде призма мен дифракционды торлар қолданылады.

Кюветтер . Абсорбциялы спектроскопияда оптикалық тығыздықтың абсолюттік мәндерін емес, зерттелетін ерітінді мен, оптикалық тығыздығы нөлге тең, салыстыру ерітіндісінің оптикалық тығыздығының әртүрлілігін өлшейді. Зерттелетін ерітінді бар кюветті жұмыс кюветі, ал салыстыру ерітіндісі бар кюветті - салыстыру кюветі деп атайды. Кюветтер оптикалық тығыздықтың өлшенуі жүретін спектр аумағында мөлдір түссіз болуы қажет. Көрінетін аумақтардағы жұмыс үшін, кюветтерді шыныдан, ал ультакүлгін аумақтар үшін - кварцтан жасайды.

Детекторлар . Көрінетін және ультракүлгін аумақтардағы сигналдарды қабылдау үшін әдетте, сурьма-цезий (180 . . . 650 нм) , оттек-цезий (600 . . . 1100 нм) фотоэлементтері және фотокөбейткіштерді қолданады.

Осы негізгі байланыстарға лиза, айна және призмалардан тұратын оптикалық жүйені қосуға болады. Олар жарықтың параллельді шоғының пайда болуына және оның бағытын өзгертуге қолданылады. Жарық ағынын теңестіру үшін диафрагма мен оптикалық клиндер пайдаланылады.

құрылымы өте қарапайым және көрінетін, таяу УК-аумақтарда зат концентрациясын өлшеуге жарамды болып келеді. Спектрофотометрлердің құрылымы күрделі, оларды жұту спектрін алу үшін және заттардың концентрациясын өлшеу үшін қолданады. Оптикалық құралдарды, таяу УК, көрінетін аумақтардаға жарықтың жұтылуын есептеу үшін кварцтан жасайды.

Құрылғылар өлшеу тәсіліне қарай, бір- және екісәулелік, тіркеу тәсіліне қарай тіркелетін және тіркелмейтін болып бөлінеді.

Екісәулелік құрылғыларда сәулелену екі ағынға ажырайды. Оның біреуі зерттелетін ерітіндімен, ал екіншісі - салыстыру ерітіндісімен өтеді. Екі оптикалық жол да бірдей болу қажет; сол үшін құрылғыда екі бірдей жарық сүзгісі, детекторлар, айналар мен линзалар бар. Қазіргі заманда құрылғыдағы қос бөлшекті (мысалы, детекторлар) бір бөлшек етуге тырысып жатыр. Сигналды тіркеу үшін, фототоктарды теңестіруге негізделген компенсациялы сызбаны қолданады.

Екісәулелік спектрофотометрлер фотоколориметрлер секілді құрастырылған, бірақ олардың сызбасы қиындау. Оларға SPECORD 250, SPEKOL 2000 жән т. б. жатады.

Бірсәулелік құрылғыларда сәулелену кезек-кезек, салыстыру және зерттелетін кюветтен өтеді (мысалы, SPECORD 40, СФ-46) .

Микропроцессорлы жүйесі бар бірсәулелік спектрофотометр СФ-46 (5. 4-сурет) қатты және сұйық заттардың 190. 1100 нм-дегі оптикалық тығыздығын және өткізу коэффицентін есептеуге арналған. Сәулеленуді толқын ұзындығы бойынша сканирлеу үшін ыдыратқыш элемент ретінде дифракциялық тор қолданылады. Толқын ұзындығының кең диапазонында, құрылғының жұмысын қамтамасыз ету үшін жаппай сәулеленудің қайнар көзі ретінде дейтерий шамы (аумағы 186. 350 нм) және қыздыру шамы (320, 1100 нм) пайдаланылады. Сәулеленуді қабылдағыштарға (болометр) сурьма-цезий (186. 650 нм аумағында) және сутек-цезий (600. 1100 нм) фотоэлементтері жатады.

Құрылғының техникалық сипаттамасы:

• өткізу коэффициентін өлшеу диапазоны 3. 100 %;
• өткізу коэффициентін өлшеудің абсолютті қателігі 1 %;
• өткізудің стандартты ауытқуы, 0, 1%-дан артық емес.

5. 4-сурет. Спектрофотометрдің СФ-46 блок-сызбасы:

1-дифракция торы; 2 және 6 - кіру жәнешығу тесіктері; 3-линза; 4- жарықты сезгіш линза; 5 - айналу айнасы; 7- жарық сүзгісі; 8 - айналар жүйесі (сфералық және тегіс) ; 9 және 9' - сәулелену көздері; 10 - тегіс айналу айнасы; 11 және 12 - жарықты сезгіш фотоэлементтер. Спектрофотометр СФ-46 зерттелетін заттың біріншілік оптикалық қасиеттерін ғана емес, сонымен қатар талданатын заттардың концентрациясын, оптикалық тығыздықтың өзгеру жылдамдығын анықтай алады.

Фотометриялық өлшеу кезінде қолданылатын құрылғылардың түрлері 5. 1-кестеде көрсетілген.

УК-спектрофотометрия әдісі заттардың өзіндік жарық жұтуына негізделген. Белгілі бір еріткіште ерітілген көптеген органикалық қосылыстар УК-сәулелерін жұта алады. Талдауды алдын ала өңдеу жұмысын жүргізбестен өткізеді, себебі ол анықталынатын заттардың өзіндік жұту қасиетіне негізделген. Мұндай анықтаулар кезінде өте жоғары сезгіштікке қол жеткізуге болады (0, 2 . . . 0, 5 кг/см ³ ) . Еріткіштер ретінде суды, этилен, гексан, гептан, изооктанды және т. б. қолданады. Ең маңыздысы, еріткіш құрамында, зерттелетін зат жұтылатын аумақта жұтылатын қосымша заттар болмау қажет. Жарық жұтылудың өлшеуін 220. 370 нм диапазонында жүргізеді. Толқын ұзындығы төмен болса, бөгде заттардың әсері қаттырақ сезіледі.

УК-спектрофотометрия әдісін песицидтерді және дәрі-дәрмек өнеркәсібінде зиянды заттарды бақылау барысында қолданады. Дәрі-дәрмектерді кептіру және фасовкалау барысында ілеспе қоспалар мүлдем болмайды.

Нефелометрия және турбидиметрия. Жарық дисперсті жүйенің арасымен өткенде ыдырайды немесе дисперсті фазаның бөлшектерімен жұтылады. Осы жағдай нефелометрия мен турбидиметрияның негізі болып саналады.

Нефелометрия әдісі өлшенген бөлшектерге шашыраған жарықтың қарқындылығына негізделген. Турбидиметриялық әдіс жарық ағынының дисперсті жүйенің ортасымен өткенде қарқындылығының төмендеуін өлшеуде қолданылады. Нефелометрлік және колориметрлік әдістердің сезгіштіктері бірдей десек болады, бірақ алғашқысының өлшеу қателігі жоғарылау болып келеді. Отандық өнеркәсіп микро-ЭВМ бар сұйықтық, фотоэлектрлік нефелометрді НФО және УК фотоэлектрлік турбидиметрді шығарады.

5. 1. Фотометрлік өлшеу кезінде қолданылатын құрылғылардың түрлері

Инфрақызыл спектрометрия. Инфрақызыл аумақтардағы жұтылу спектрлері молекулалардың тербелмелі және айналмалы энергетикалық жағдайларымен байланысты боп келеді және молекулалардағы әртүрлі функционалдық топтардың болуы, химиялық қосылыстардың құрылымы туралы өзгеше ақпараттарды сақтайды. Осыған орай, ИҚ-спектрометрия органикалық заттарды сәйкестендіру және құрылымын түсіндіру кезінде қолданылатын тиімділігі өте жоғары әдіс болып қабылданды. Спектрдің инфрақызыл аумағы - 0, 8. 200 мкм.

Атмосферадағы СО ₂ және су буларының әсерін төмендету үшін ИҚ-спектрометрлерде екісәулелік оптикалық жүйелерді қолданады.

Сәулелену көзі ретінде глобар және Нернст штифтін қолданады. Глобар деп электр тогымен 1300 . 1700 °С температураға дейін қыздырылатын кремний карбидінен жасалған білікті айтады, ал Нернст штифі - цирконий және иттрий оксидтерінен жасалатын ұзындығы 3 см болатын жарты білік.

Шыны ИҚ-сәулелерді нашар өткізетін болғандықтан ИҚ-спектрометрлерде өткізетін емес, шағылыстыратын оптиканы және дифракциялық торы бар монохроматорларды қолданады. Фотоэлементтердің көптеген түрлері толқынының ұзындығы 1 мкм-ден аспайтын электромагниттік сәулелерді сезбейді, сондықтан ИҚ-сәулеленуді тауып, сезгіш термопара, пневматикалық детекторлармен және қарсыласу термометрімен өлшейді.

ИҚ-спектрометрия әдісімен зерттелетін үлгілер қатты, сұйық және газтәріздес болуы мүмкін. Көбіне сұйық үлгілермен жұмыс жасайды, ондағы кювет түссіз екі пластинадан тұрады. Сұйық үлгілерді кюветке шприц көмегімен енгізеді, ал бөлек-бөлек кюветті қолданған кезде, үлгіні бір пластинаға салады, екіншісін үсіне жауып, арнайы ұстағышпен екеуін қысып қояды. Газтәрізді үлгілерге арналған кюветтер сұйық үлгілерге арналған кюветке өте ұқсас, бірақ оның жұту қабатының көлемі үлкен (5 . . . 10 см) боп келеді. Газдағы майда қоспаларды анықтау кезінде, кюветтің бүйір жақтарына арнайы жылтыр айналарды орналастырады, ол өз кезегінде ИҚ-сәулелерді бірнеше қайтара шағылыстырып, жұту қабатының қалыңдығын едәуір жоғарылатады (1. 100 м) .

Қатты үлгілерді зерттеу үшін оларды арнайы сұйықтықтарды еріту - ең жеңіл жол болып табылады. ИҚ-спектрометрияда қатты органикалық заттарды еріту үшін тетрахлорметан, хлороформ және күкіртті көміртек пайдаланылады.

Қарапайым сұйық ортада ерімейтін қатты үлгілерді, бөліктері ИҚ-спектр аумағындағы толық ұзындығының бөліктерінің мөлшерінен аспайтындай етіп майдалап, үгітеді. ИҚ-спектрдегі зерттеуде қолданылатын құрылғылардың түрлері 5. 1-естесінде көрсетілген.

Флуориметрлік әдіс сыртқы УК-сәулеленудің кезінде және фотолюминесценция қарқындылығын өлшеу кезінде анықталатын зат молекулаларының электронды өткізу спектлерінің қозуына негізделген. Люминесценция құбылысын тудыру үшін заттың молекулаларын негізгі күйден қозған күйге ауыстыру қажет.

Флуоресценция - бұл төменгі қозған синглетті жағдайдан негізгі күйге сәулелік өту процесі. Бұл процестің ұзақтығы 10 ^-9 . . . 10 ^-7 с құрайды. Флуоресценция нәтижесінде шыққан фотонның энергиясы жұтылған фотонның энергиясына қарағанда төмен. Сондықтан молекуланың флуоресценциялық спектрі, оның жұтылу спектріне қарағанда ұзынырақ толқындардың аумағында кездеседі (Стокс-Ломмел ережесі) . Антрацен молекуласының жұтылу және флуоресценция спектрлерін салыстыру 5. 4-суретте көрсетілген.

Бұл екі спектр бір-біріне айналық түрде симметриялы болып келетіндігі көрініп тұр. Себебі олардың тербелмелі деңгейлері негізгі және қозған жағдайда ұқсас болады.

Фосфоресценция - қозу жағдайы тоқтаса да біраз уақытқа дейін жарқырау. Бұл құбылыс қозған моекуланың негізгі күйге әртүрлі механизммен оралатындығымен түсіндіріледі. Фосфоресценция процесінің ұзақтығы 10 ³ . . . 10 с құрайды.

Люминесценттік әдіс кезінде аналитикалық сигналдың тәуелділігі заттың концентрациясына қарағанда күрделі(Бугер-Ламберт-Бер заңы) . Ол люминесценцияның кванттық шығымына Q тәуелді болады:

Өте сұйылтылған ерітінділер үшін люминесценциялық қарқындылық І және концентрация С арасындағы тәуелділік былайша жазылады:

I = QI 0 ^{1с е} ,

Мұнда I ₀ - сыртқы жарық көзінің қарқындылығы.

---

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.

• Іс жүргізу
• Автоматтандыру, Техника
• Алғашқы әскери дайындық
• Астрономия
• Ауыл шаруашылығы
• Банк ісі
• Бизнесті бағалау
• Биология
• Бухгалтерлік іс
• Валеология
• Ветеринария
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Дін
• Ет, сүт, шарап өнімдері
• Жалпы тарих
• Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
• Журналистика
• Информатика
• Кеден ісі
• Маркетинг
• Математика, Геометрия
• Медицина
• Мемлекеттік басқару
• Менеджмент
• Мұнай, Газ
• Мұрағат ісі
• Мәдениеттану
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
• Педагогика
• Полиграфия
• Психология
• Салық
• Саясаттану
• Сақтандыру
• Сертификаттау, стандарттау
• Социология, Демография
• Спорт
• Статистика
• Тілтану, Филология
• Тарихи тұлғалар
• Тау-кен ісі
• Транспорт
• Туризм
• Физика
• Философия
• Халықаралық қатынастар
• Химия
• Экология, Қоршаған ортаны қорғау
• Экономика
• Экономикалық география
• Электротехника
• Қазақстан тарихы
• Қаржы
• Құрылыс
• Құқық, Криминалистика
• Әдебиет
• Өнер, музыка
• Өнеркәсіп, Өндіріс