Выбор светофильтра

Длина волны, нм	315	340	400	440	490	540	590	670	750
Оптическая плотность А

По полученным данным строят график зависимости оптической плотности (А) от длины волны (). Выбирают светофильтр с длиной волны максимального поглощения (_max).

Выбор оптимального раствора сравнения.

Готовят серию растворов, содержащих 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; и 3,0 мг марганца в 50 мл. Для этого в мерные колбы вместимостью 50 мл помещают соответствующие аликвоты стандартного раствора KMnO₄ и разбавляют водой до метки. Измеряют оптические плотности, в кюветах с толщиной поглощающего слоя 1 см и выбранном светофильтре, i + 1-го раствора относительно i-го и рассчитывают значения A_i+1,i·m_i, где A_i+1,i - измеренное значение относительной оптической плотности i + 1-го раствора; m_i – масса марганца в i-м растворе, используемом в качестве раствора сравнения. Очевидно, что при соблюдении условий приготовления растворов, произведение A_i+1,i·m_i пропорционально условной оптической плотности i-го раствора сравнения. Результаты представляют в виде таблицы:

Таблица 2

Выбор оптимального раствора сравнения

(l = 1 см, № светофильтра…, _max = …нм)

Номер раствора сравнения (i)	Номер измеряемого раствора (i + 1)	Масса марганца в растворе сравнения (mi), мг	Ai+1,i	Ai+1,i·mi,
1	2
2	3
3	4
и т.п.	и т.п.

По данным табл.2 раствор, для которого произведение A_i+1,i·m_i максимально, выбирают в качестве сравнения.

Построение градуировочных графиков.

Для построения градуировочного графика по методу полной дифференциальной спектроскопии измеряют оптические плотности всех растворов приготовленной серии относительно выбранного раствора сравнения, в кюветах с l = 1 см при выбранном светофильтре².

Использую эту же серию растворов перманганата калия, строят градуировочный график по абсолютному методу абсорбционной спектроскопии. Измерение оптической плотности растворов проводят относительно дистиллированной воды в кюветах l = 0,5 см при выбранном светофильтре. Результаты измерений и расчетов заносят в табл. 3.

Таблица 3.

Данные для построения градуировочных графиков

(раствор сравнения №…, l = 1 см, № светофильтра…, _max = …нм)

С, мг Мn/50 мл	0,5	2,0	1,5	2,0	2,5	3,0
Аотн
(раствор сравнения - вода, l = 0,5 см, № светофильтра…, max = …нм)
А

По данным табл. 3 на одном графике строят градуировочные зависимости А_отн = f(C) и А = f(C). Построенные линейные зависимости обрабатывают методом МНК. Результаты расчетов коэффициентов линейных градуировочных графиков представляют в следующем виде.

Метод абсолютной абсорбционной спектроскопии (А = kC):

k = …; S_k = …; S_r = S_k/k;

Метод полной дифференциальной спектроскопии (А_отн = a + kC):

k = …; S_k = …; S_r = S_k/k;

a = …; S_a = …; S_r = S_a/a;

Сравнивая величины относительных стандартных отклонений коэффициентов поглощения делают вывод о точности измерения оптической плотности обоими методами.

Определение марганца в сульфате марганца

Навеску образца массой 50 мг количественно переносят через воронку в мерную колбу вместимостью 250 мл, растворяют и доводят раствор до метки дистиллированной водой. Для окисления ионов марганца (II) 25 мл полученного раствора переносят в стакан вместимостью 100 мл, добавляют 2 мл H₃PO₄ (1:1), 5 мл H₂SO₄ (1:1) и примерно 0.3 г KIO₄ (NaIO₄).. Раствор нагревают до начала кипения и медленно охлаждают до комнатной температуры. Охлажденный раствор переносят в мерную колбу вместимостью 50 мл, доводят до метки водой и перемешивают. Измеряют оптическую плотность полученного раствора относительно выбранного раствора сравнения и определяют концентрацию по градуировочному графику. Рассчитывают содержание (%) марганца в образце. Определение повторяют еще два раза. Дают интервальную оценку содержания Mn в образце, результат определения представляют в виде . Сравнивают его с расчетным по t-критерию

.

Рассчитанные значения сравнивают с критическим значением t_крит при принятой доверительной вероятности, обычно берется Р = 0,95. Оценивают правильность метода дифференциальной спектроскопии при определении марганца в сульфате марганца.

Приложения

Принцип действия и порядок работы на фотоколориметре

Общий принцип измерения состоит в поочередном сравнении интенсивностей световых потоков, проходящих через раствор сравнения и фотометрируемый раствор. Поглощение анализируемого раствора измеряют относительно раствора сравнения (последнее принимают за оптический нуль). Интенсивности световых потоков измеряют фотометрическим способом после преобразования излучения в электрический сигнал. Общий принцип приборов для измерения поглощения (фотоэлектрических колориметров) заключается в том, что поток электромагнитного излучения, прошедший через фотометрируемый раствор, попадает на фотоэлемент, который преобразует энергию излучения в электрическую. Согласно законам фотоэффекта, сила возникающего фототока прямо пропорциональна интенсивности электромагнитного излучения, падающего на фотоэлемент. В связи с этим отношение интенсивностей потоков электромагнитных излучений в математическом выражении закона Бугера-Ламберта-Бера может быть заменено отношением фототоков. Таким образом, при фотоэлектрическом определении оптической плотности растворов практически измеряют не ослабление потоков электромагнитного излучения, а значение фототоков, возникающих под действием потока электромагнитных излучений.

Рис. 2. ФотоколорнметрКФК-2: 1 - осветитель; 2 - рукоятка смены светофильтров; 3 - крышка кюветного отделения: 4 - рукоятка перемещения кювет; 5 -рукоятка «Чувствительность»; 6 - рукоятка настройки прибора на 100 %-е пропускание; 7 - микроамперметр

Колориметр фотоэлектрический КФК-2 является однолучевым прибором и предназначен для измерения в отдельных участках диапазона длин волн 315-980 нм, выделяемых светофильтрами, коэффициентов пропускания и оптической плотности растворов, а также определения концентрации веществ в растворах методом построения градуировочных графиков. Принцип действия и основные элементы фотоэлектрического колориметра показаны на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Принципиальная схема фотоэлектрического однолучевого колориметра с прямым способом измерения:

1 – источник света; 2 – линза; 3 – светофильтр; 4,4’ – кюветы с растворами сравнения и фотометрируемым, соответственно; 5 – фотоэлемент; 6 – усилитель; 7 – регистрирующий прибор.

Порядок работы на КФК-2:

1. Открыть крышку кюветного отделения, включить прибор тумблером «СЕТЬ» и выдержать колориметр во включенном состоянии не менее 15 мин.

2. Установить необходимый светофильтр при помощи рукоятки СВЕТОФИЛЬТРЫ. В соответствии с выбранным светофильтром установить ручку ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ в «красное» или «синее» положение.

3. Установить в кюветное отделение кюветы: с раствором сравнения – в дальнее гнездо кюветодержателя, с исследуемым раствором – в ближнее гнездо. Следует помнить, что кюветы предварительно ополаскивают анализируемым раствором и заполняют их только до метки. С внешней стороны кюветы необходимо тщательно протереть фильтровальной бумагой грани, через которые будет проходить световой поток

4. Ввести в световой поток кювету с раствором сравнения, установив ручку передвижения кювет в положение «1».

5. Закрыть крышку кюветного отделения и с помощью ручек настройки УСТАНОВКА 100 «ГРУБО» и «ТОЧНО» установить стрелку прибора по шкале пропускания Т на «100». Если это не удается, увеличить чувствительность, поворачивая ручку ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ.

6. Ввести в световой поток кювету с исследуемым раствором, переведя ручку перемещения кювет в положение «2» и записать показание прибора по шкале оптической плотности.

Внимание. В перерывах между измерениями крышку кюветного отделения держать открытой. После окончания работы извлечь кюветы из кюветодержателя и выключить прибор.

1 Раствор сравнения содержит все компоненты прописи анализа, кроме определяемого вещества.

2 При измерениях на фотоколориметре в тех случаях, когда оптическая плотность раствора сравнения больше, чем оптическая плотность измеряемого раствора, следует измерить оптическую плотность раствора сравнения относительно измеряемого и полученное значение брать со знаком «минус».