Лабораторное занятие № 25 спектрофотометрические методы анализа. Фотометрическое определение железа (III).

Цель занятия: 1. сформировать систему знаний об общей характеристике и классификации инструментальных методов анализа; способах расчёта концентрации в инструментальных методах анализа; основных характеристиках методики анализа: предел обнаружения и предел определения, границы определяемых содержаний, чувствительность; общей характеристике и классификации спектрометрических методов анализа, основных характеристиках и свойствах электромагнитного излучения; принципах измерения аналитического сигнала в абсорбционных спектрометрических методах анализа, основном законе поглощения электромагнитного излучения и возможных причинах отклонения от него; основных величинах, используемых для характеристики поглощательной способности веществ и их растворов.

2. сформировать умения по проведению фотометрического определения железа (III), основанного на реакции получения тиоцианатных комплексов.

Вопросы для подготовки к занятию

1. В каких случаях можно и в каких нельзя использовать для определения концентрации вещества метод одного стандартного раствора?

2. Почему градуировочный график следует строить в таких интервалах концентраций вещества, чтобы предполагаемая неизвестная концентрация попадала примерно в его середину? Что такое коэффициент корреляции?

3. От чего зависит величина предела обнаружения? Почему предел обнаружения является качественной, а не количественной характеристикой? Всегда ли большей чувствительности методики соответствует более низкий предел обнаружения?

4. Какие методы анализа относят к спектрометрическим (спектроскопическим)? Что означает слово «спектр»? Почему масс- спектрометрию нельзя считать спектрометрическим методом анализа? Какие спектрометрические методы анализа называют также оптическими?

5. Какая из волновых характеристик, длина волны или частота, является более фундаментальной и не зависит от среды?

6. Почему в абсорбционной спектрометрии чаще используется оптическая плотность, а не пропускание?

7. Что такое молярный и удельный коэффициенты светопоглощения? Приведите вывод формулы, связывающей между собой данные коэффициенты.

8. В каких случаях наблюдаются истинные отклонения от основного закона светопоглощения?

9. Какое электромагнитное излучение называют монохроматическим? Почему при использовании монохроматического излучения оптическая плотность подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера в более широком интервале концентраций, чем при использовании немонохроматического?

10.Что такое рассеянный свет? Почему наличие рассеянного света приводит к отрицательным отклонениям от основного закона светопоглощения?

Основные понятия

Инструментальные методы анализа - группа методов анализа, в которых для получения аналитической информации используют специальные приборы.

Метод градуировочного графика - способ расчёта концентрации вещества, при котором готовится серия стандартных растворов с разными концентрациями вещества, которые считаются точно известными. Затем для каждого приготовленного раствора и раствора с неизвестной концентрацией вещества в одинаковых условиях получают соответствующую величину аналитического сигнала. Рассчитывают уравнение градуировочной зависимости и, подставив в него величину аналитического сигнала для анализируемого раствора, рассчитывают концентрацию определяемого вещества в этом растворе.

Метод одного стандартного раствора - способ расчёта концентрации вещества, при котором измеряют величину аналитического сигнала (у_ст) для раствора с известной концентрацией вещества (с_ст), а затем измеряют величину аналитического сигнала (у_х) для раствора с неизвестной концентрацией вещества (с_х). Расчёт проводят по формуле:

Метод двух стандартных растворов - способ расчёта концентрации вещества, при котором измеряют величины аналитических сигналов для стандартных растворов с двумя разными концентрациями вещества, одна из которых (с₁ меньше предполагаемой неизвестной концентрации (с_х), а вторая (с₂) - больше. Неизвестную концентрацию рассчитывают по формулам:

или

Расчетный метод добавок - способ расчёта концентрации веще­ства, при котором вначале измеряют величину аналитического сигнала для пробы с неизвестной концентрацией вещества (у_х). Затем к данной пробе прибавляют некоторое точное количество определяемого вещества (стандарта) и снова измеряют величину аналитического сигнала (y_доб). Концентрацию определяемого компонента в анализируемой пробе рассчитывают по формуле:

Графический метод добавок - способ расчёта концентрации вещества, при котором берут несколько одинаковых порций (аликвот) анализируемой пробы, в одну из них добавку не вносят, а в остальные добавляют различные точные количества определяемого компонента. Для каждой аликвоты измеряют величину аналитического сигнала. Затем получают линейную зависимость величины полученного сигнала от концентрации добавки и экстраполируют её до пересечения с осью абсцисс. Отрезок, отсекаемый этой прямой на оси абсцисс, равен неизвестной концентрации определяемого вещества.

Предел обнаружения - наименьшее содержание аналита (масса, концентрация), которое по данной методике с заданной доверительной вероятностью (обычно 99%) можно отличить от сигнала контрольного опыта. Согласно IUPAC минимальным обнаруживаемым сигналом считается такой, который превышает среднее значение сигнала контроль­ного опыта на 3 стандартных отклонения последнего

Предел определения - наименьшее содержание аналита, которому соответствует аналитический сигнал, превышающий среднее значение сигнала контрольного опыта на 10 стандартных отклонений последнего.

Диапазон определяемых содержаний - область содержаний ана­лита, которая ограничивается нижней (НГОС) и верхней (ВГОС) грани­цами определяемых содержаний. НГОС (ВГОС) считается наименьшее (наибольшее) значение определяемого содержания, которое может быть определено с погрешностью, не превышающей заданную.

Чувствительность - степень изменения аналитического сигнала при изменении количества вещества, обуславливающего появление это­го сигнала.

Коэффициент чувствительности - это значение первой производной градуировочной функции при данном определённом со­держании вещества.

Спектрометрические (спектроскопические) методы анализа - группа инструментальных методов анализа, основанных на взаимодей­ствии вещества с электромагнитным излучением.

Длина волны (λ) - расстояние, которое проходит волна за один пе­риод её колебаний, например это расстояние между двумя последова­тельными максимумами или минимумами

(λ) =с/ ν

Частота (ν) - называют число колебаний в 1 секунду

(ν) =с/ λ

Волновое число ( )- число полных длин волн, приходящихся на единицу длины в вакууме.

( )=1/ λ

Монохроматическое излучение - электромагнитное излучение оп­ределённой длины волны (частоты, волнового числа).

Полихроматическое излучение - электромагнитное излучение, в котором присутствуют электромагнитные волны с разными длинами волн (частотами, волновыми числами).

Электромагнитный спектр - совокупность всех энергий (длин волн, частот) электромагнитного излучения.

Оптический диапазон (свет) - диапазон электромагнитного излу­чения с длинами волн от 200 до 2000 нм, включающий в себя часть ультрафиолетового, видимое и часть инфракрасного излучения.

Оптические методы анализа - спектрометрические методы ана­лиза, в которых используется свет.

Спектр (спектр поглощения, спектр испускания) - зависимость между энергией квантов электромагнитного излучения и числом кван­тов, обладающих данной энергией, которые поглощает (испускает) ве­щество.

Абсорбционные спектрометрические методы анализа - методы анализа, основанные на поглощении веществом электромагнитного из­лучения.

Эмиссионные спектрометрические методы анализа - методы анализа, основанные на испускании веществом электромагнитного из­лучения.

Основной закон светопоглощения - количество электромагнитно­го излучения, поглощённого раствором, прямо пропорционально кон­центрации поглощающих частиц и толщине слоя.

Пропускание (T) - отношение интенсивности света, прошедшего через поглощающий слой, к интенсивности света, падающего на слой вещества.

Оптическая плотность (А) - десятичный логарифм отношения интенсивности света, падающего на слой вещества, к интенсивности света, прошедшего через поглощающей слой (величины обратной про­пусканию).

Молярный коэффициент (показатель) поглощения (ε)~ условная величина оптической плотности, которую бы имел раствор с концен­трацией поглощающего вещества 1 моль/л, находящийся в кювете с тол­щиной поглощающего слоя 1 см.

Удельный коэффициент (показатель) поглощения ( )- условная оптическая плотность, которую бы имел раствор с концентрацией по­глощающего вещества 1 г/100 мл, находящийся в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см.