Теоретическая часть

Тема 16

Спектроскопические методы

Лабораторная работа №16

Фотометрическое определение меди

План

1. Оптические методы анализа. Общий принцип метола. Классификация.

2. Молекулярный спектральный анализ в ультрафиолетовой и видимой области спектра. Сущность метода. Цвет и спектр.

3. Основные законы светопоглощения.

4. Методы адсорбционного анализа: колориметрия, фотоэлектроколориметрия, спектрофотометрия.

5. Определение концентрации анализируемого раствора: метод градуировочного графика, метод одного стандарта, определение концентрации по молярному (или удельному) коэффициенту погашения, метод добавок стандарта.

Литература

1. Основы аналитической химии. В 2-х кн. Методы химического анализа / Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева и др.; Под. ред. Ю.А. Золотова. – М.: Высшая школа, 1999.

2. Логинов Н.Я., Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. Аналитическая химия – М., Просвещение, 1979.

3. Васильев В.П. Аналитическая химия Ч. 2. – М., Высшая школа, 1989.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Молекулярный спектральный анализ в УВИ области спектра. Спектр поглощения вещества в видимой области (400—760 нм) и его цвет, воспринимаемый человеческим глазом, связаны между собой.

Цвет — свойство света вызывать определенное зрительное ощуще­ние в соответствии со спектральным составом отражаемого или ис­пускаемого излучения.

Восприятие цвета определяется особенностью зрительного ощуще­ния, которая зависит от спектрального состава излучения, действующего на сетчатую оболочку глаза, и от чувствительности глаза к излучению с различной длиной волны. Отдельные узкие участки спектра видимого излучения дают цветовое ощущение семи основных цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый) и множества различных оттенков между ними.

Спектральный состав излучения, прошедшего через прозрачную по­глощающую среду, изменяется вследствие того, что часть световой энер­гии с той или иной длиной волны поглощается средой. Поскольку раз­личные вещества избирательно (селективно) поглощают свет только оп­ределенной длины волны, то и спектральный состав света, прошедшего через разные прозрачные вещества, оказывается неодинаковым, что и воспринимается человеческим глазом как различие в цвете (окраске) светопоглощающих веществ.

В таблице 1 охарактеризованы длины волн электромагнитного излу­чения, приблизительно соответствующие разному цвету в видимой об­ласти при разложении в спектр луча солнечного света (белого света), ох­ватывающего всю видимую область. Цвет вещества (прозрачной светопоглощающей среды), через кото­рую проходит луч света, обусловлен его поглощением: цвет вещества всегда является дополнительным к цвету поглощенного излучения.

Таблица 1. Основные цвета видимого спектра (разложение белого света в спектр)

Изменение цвета вещества в последовательности желтый -> оран­жевый -> красный -> пурпурный -> синий -> сине-зеленый называют «уг­лублением цвета» (окраски). Изменение цвета вещества в обратном на­правлении называют «повышением цвета» (окраски).

При проведении количественного анализа оптическими методами часто имеют дело с бесцветными средами, т.е. не поглощающими видимый солнечный свет. В таких случаях при необходимое фо тометрическую реакцию, в результате которой получают окрашенные продукты реакции.

Так, аквакомплексы железа(Ш) в водном растворе обладают слабо-желтой окраской. Если же к раствору, содержащему катионы Fe³⁺, прибавить раствор, содержащий анионы сульфосалициловой кислоты, то образуются интенсивно окрашенные сульфосалицилатные комплексы железа(Ш), цвет которых зависит от рН среды и условий проведения реакции комплексообразования, т.е. от количества катионов Fe³⁺ в исходном анализируемом растворе.

Объединенный ос­новной закон светопоглощения Бугера—Ламберта—Беера—Бернара, который можно представить в экспоненциальной форме (1) или в логарифмической форме (2):

где:

I_o — интенсивность монохроматического излучения (светового пото­ка), падающего на данную светопоглощающую среду,

I — интенсивность излучения (светового потока), прошедшего через эту среду (I < I_o),

k — коэффициент (показатель) поглощения света (коэффициент светопогло­щения),

с — концентрация светопоглощающих частиц в данной среде,

l — длина светопоглощающего слоя,

е — основание натуральных логариф­мов,

А = lg(I_o/I) — оптическая плотность (absorbance), которую также называют экстинкцией, погашением,

ε= k/2,3 — коэффициент (показа­тель) погашения, или коэффициент экстинкции (absorptivity), который нередко называют и показателем (коэффициентом) поглощения.

? Вопросы для проработки темы

1. В чем сущность колориметрического, фотометрического и спектрофотометрического методов анализа?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Приведите уравнение, связывающее коэффициент пропускания и оптическую плотность.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Что называют фотометрическим титрованием? Назовите особенности этого метода и области применения.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Назовите особенности спектрофотометрии в ультрафиолетовой области спектра. Приведите примеры количественных определений в ультрафиолетовой области спектра.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. На чем основан качественный анализ по поглощению в инфракрасной области спектра?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

¢ Упражнения и задачи

16.1.Молярный коэффициент поглощения воднорастворимого комплекса никеля с диметилглиоксимом при 470 нм равен 1,30^.10⁴. Рассчитайте: а) оптическую плотность раствора комплекса, в 1 мл которого содержится 1 мкг никеля, при толщине светопоглощающего слоя l = 1,00 см; б) его пропускание; в) толщину слоя, необходимую для десятикратного ослабления падающего на него монохроматического потока с λ = 470 нм, если концентрация комплекса в растворе равна 1,0^.10^{-5 М; г) концентрацию никеля в растворе (мкг/мл), если оптическая плотность раствора, содержащего диметилглиоксиматный комплекс и помещенного в кювету с} l = 3,00 см, равна 0,190 при 470 нм.

Решение:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ответ: 0,222; 0,600; 7,69 см; 0,286 мкг/мл

16.2.В две мерные колбы вместимостью 100,0 мл поместили по 10,00 мл сточной воды. В одну колбу добавили 10,00 мл стандартного раствора CuSO₄ с Т(Cu) = 0,001000. В обе колбы ввели растворы аммиака и разбавили водой до метки. При фотометрировании растворов получили оптические плотности A_х=0,240 и А_х+ст=0,380. Определите концентрацию (г/л) меди в сточной воде.

Решение:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ответ: 1,71 г/л

Лабораторная работа №16

Фотометрическое определение меди

Цель. Научиться проводить фотометрическое определение содержания вещества в исследуемом растворе методом калибровочной кривой.

Задание. Определить содержание меди в исследуемом растворе фотометрическим методом.