Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологический мониторинг. Часть 2. Практикум
.pdf
где F0λ, Fλ – монохроматический поток излучения, входящий и
Ф
Ф
0
n
i 1
выходящий из раствора; Tλ= е
– Cl
и Dλ = ln
= ελCl – ко-
эффициент пропускания и оптическая плотность раствора толщиной l на длине волны излучения λ; ελ – коэффициент поглощения излучения веществом; C – концентрация поглощающего
вещества.
В идеальном случае ελ не зависит от концентрации определяемого компонента, т.е. оптическая плотность D линейно растёт
с увеличением концентрации. Однако в реальных условиях в
результате химических реакций между окрашенными частицами
и молекулами растворителя наблюдается отклонение от закона
Бугера-Ламберта-Бера, нередко в сторону снижения молярного
коэффициента поглощения .
Эти отклонения обусловили необходимость экспериментального определения градуировочной характеристики, связывающей оптическую плотность раствора с концентрацией определяемого компонента.
Если в растворе содержится n компонентов, то его оптическая плотность зависит от коэффициента поглощения и концентрации всех компонентов, т.е.
DΣ = l
(ελi C
). (4.2)
i
Молекулы веществ, состоящие более чем из двух различных
атомов, обладают характерными только для них спектрами и
полосами поглощения излучения. Это предопределяет универсальность и широкое применение метода для анализа состава
растворов.
Цель лабораторной работы
Цель лабораторной работы состоит в изучении устройства
анализатора «Флюорат-02-3М», градуировке и определении его
метрологических характеристик в режиме фотометра, а также
31
измерение оптической плотности и концентрации растворов фотометрическим методом.
Приборы и оборудование для выполнения работы
1. Анализатор жидкости «Флюорат-02-3М».
2. Набор кювет.
3. Растворы известной концентрации.
4. Бихромат калия или другое легко растворимое в воде ве-
щество, имеющее яркий цвет.
5. Весы электронные.
6. Мерный цилиндр.
7. Вода дистиллированная.
8. Шприц.
Правила техники безопасности в лаборатории
На лабораторных занятиях необходимо соблюдать все прави-
ла техники безопасности работы на электроустановках.
Порядок выполнения лабораторной работы
В данной лабораторной работе измеряют отношение интенсивности светового потока выбранного вещества, например, бихромата калия, прошедшего через определяемый образец, к интенсивности светового потока, прошедшего через образец сравнения (в качестве фонового раствора берут, как правило, дистиллированную воду).
Каждому номеру светофильтра соответствует свой диапазон
пропускания (табл. 4.1).
32
Таблица 4.1
Номер
светофильтра
1 3 6 7 9
13
14
15
Диапазон
пропускания,
мкм
240−
280
300−
340
360−
390
370−
400
410−
440
380−
430
490−
570
430−
480
Коэф-т
пропускания
λ
Т
Диапазон пропускания светофильтров
В случае использования в лабораторной работе бихромата
калия, необходимый светофильтр выбирают по рис. 4.1, где показана зависимость коэффициента пропускания от длины волны.
По полученному спектру выбирают длину волны, соответствующую максимуму коэффициента пропускания.
Рис. 4.1. Спектр пропускания водного раствора
бихромата калия концентрацией 200 мг/л
33
Для реализации метода на анализаторе «Флюорат-02-3М»
установите светофильтр возбуждения, выделяющий необходимую спектральную область, в соответствующее гнездо (в режиме «фотометрия» используют один светофильтр).
Задание 1.
Провести градуировку прибора.
Выполнение опыта.
Проведите градуировку прибора для выбранного вещества.
В случае использования бихромата калия, градуировку выполняют следующим образом. Разведите 200 мг бихромата калия в
1 литре дистиллированной воды, пусть это будет 100 %-я концентрация данного раствора. За фоновый раствор примите дистиллированную воду. Далее разведением исходного раствора в
воде получите из 100 %-го раствора − 25-, 50- и 75 %-е растворы
бихромата калия.
Переведите «Флюорат-02-3М» в режим фотометрии. Войдите в градуировочную таблицу и введите значения концентраций
растворов C. Измерьте значение фона (J0) и величины сигналов
градуировочных растворов Ji. Постройте по полученным данным график зависимости С = f(J).
Задание 2.
Измерить оптическую плотность раствора бихромата калия.
Выполнение опыта.
Войдите в градуировочную таблицу. Установите С0 и С1
равными нулю. Измерьте значение фона (J0), а также (J1), поместив в кюветное отделение любой из интересующих вас растворов. По окончании измерения прибор припишет параметру С1
значение, равное (J1 − J0).
Войдите в меню «Измерение» и проведите измерение.
Результатом измерения будет значение оптической плотности раствора бихромата калия. Если не будет изменено содержание градуировочной таблицы, то анализатор в данном меню
будет измерять оптическую плотность.
Задание 3.
Измерить концентрацию приготовленных растворов.
34
Выполнение опыта.
Исходное значение
концентрации С, %
Измеренное значение
концентрации С, %
Погрешность
Δ, %
Перейдите в режим «Измерение», измерьте концентрации
приготовленных растворов, результаты запишите в табличную
форму 4.2.
Табличная форма 4.2
Определение погрешности измерения концентрации
По данным табличной формы 4.2 вычислите абсолютную
погрешность измерения концентрации раствора.
Контрольные вопросы
1. Области применения микропроцессорного анализатора
жидкости в режиме фотоколориметра.
2. Какие каналы используют в режиме фотометрии?
3. Сформулируйте закон Бугера-Ламберта-Бера.
4. Какие метрологические характеристики имеет анализатор в
режиме фотоколориметра?
5. Какие свойства вещества можно определить анализатором в
режиме фотометрии?
6. Какие виды колориметров вам известны?
35
ГЛАВА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ
ВЕЩЕСТВА ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМ МЕТОДОМ
Хемилюминесценция (от хемо, среднелат. chemia и
…люминесценция) – это люминесценция, сопровождающая химические реакции. Испускается продуктами реакции или другими компонентами, возбуждаемыми в результате переноса энергии к ним от продуктов реакции. Частный случай хемилюминесценции – биолюминесценция (свечение гниющего дерева,
некоторых насекомых и морских животных).
Хемилюминесценция сопровождает газофазные, жидкофазные, гетерогенные реакции, как самопроизвольные (при смешении реагентов, собственно хемилюминесценция), так и происходящие под действием различных факторов: электрических
разрядов, электролиза (электрохемилюминесценция), света,
ионизирующего излучения и т.п.
Яркость хемилюминесценции пропорционально зависит от
скорости реакции и эффективности хемилюминесценции (числа
квантов хемилюминесценции на один акт реакции). Эффективность биолюминесценции некоторых светляков приближается к
100 %. Хемилюминесценция при реакциях окисления перекисью
водорода эфиров щавелевой кислоты составляет 25 %, в большинстве же случаев – около 1 % и ниже. Реакции хемилюминесценции используют в источниках света, которые «включаются» смешением реагентов и дают световой поток около 0,1 лм на
1 мл раствора. Хемилюминесценция лежит в основе действия
химических лазеров и хемилюминесцентного анализа.
Низкая интенсивность хемилюминесценции не позволяет
широко использовать её в аналитических целях. Значительное
распространение получило измерение хемилюминесценции в
присутствии определённых соединений, которые в отечественной литературе называют активаторами (от лат. activus – деятельный), а за рубежом – усилителями (англ. enhancer) хемилюминесценции. По механизму действия активаторы разделяют на
физические и химические.
Физические активаторы не вступают в химические реакции
и не влияют на ход реакций, сопровождающихся свечением, но,
36
тем не менее, многократно усиливают интенсивность хемилюминесценции.
К химическим активаторам хемилюминесценции относят соединения, вступающие в химические реакции с активными формами кислорода или органическими свободными радикалами, в
ходе которых образуются молекулы продуктов в возбуждённом
электронном состоянии. Наблюдаемое при этом свечение связано с переходом молекул в основное состояние, сопровождаемое
испусканием света.
Хорошо известными представителями таких активаторов
являются люминол (5-амино-1,2,3,4-тетрагидро-1,4-фталазиндион, гидразид 3-аминофталиевой кислоты, H2L) и люцигенин
(динитрат 10,10'-диметил-9,9'-биакридиния, Lc).
С помощью хемилюминесценции определяют содержание
перекиси водорода, спиртов, производных анилина, некоторых
отравляющих веществ, глюкозы, некоторых металлов, а также
окислов азота и серы в воздухе.
Работа анализатора в режиме хемилюминометра
При работе анализатора в режиме хемилюминометра измеряют интенсивность люминесценции, возникающей при протекании химической реакции.
Для возникновения хемилюминесценции не требуется возбуждающее излучение, поэтому в данном режиме импульсная
лампа не работает, а опорный канал и канал пропускания отключены.
Для реализации метода хемилюминесценции на анализаторе
«Флюорат-02-3М» необходимо установить специальную хемивставку в гнездо светофильтра регистрации. Последовательность установки показана на рис. 5.1.
37
5
1
2
3
4
1
2 3 4
5
Рис. 5.1. Установка вставки для хемилюминесценции:
1 – кожух; 2 – крышка хемивставки; 3 – кювета; 4 – корпус
хемивставки; 5 – крепёжный винт кюветного отделения.
Поскольку хемилюминесцентная реакция может продолжаться несколько секунд, анализатор определяет интегральный
сигнал за указанное время. Для исключения дрейфа нуля прибора перед каждым измерением проводят измерение темнового
тока.
Порядок работы с анализатором
в режиме хемилюминометра
Включите анализатор. На дисплее появятся сообщение о
проведении инициализации, затем заставка. Сбросьте её нажатием любой клавиши.
Войдите в меню «Выбор метода измерений», а затем в меню
«Методы измерений».
38
Выберите метод «Хемилюминесценция», нажмите кнопку
С0=,0000
С1=,0000
С2=,0000
С3=,0000
J0=,0000
J1=,0000
J2=,0000
J3=,0000
Концентрации
градуировочных
растворов
Величина сигнала
фонового раствора
Величины
сигналов
градуировочных
растворов
Время изм.
100 сек
«Ent». Появится диалоговое окно
Введите необходимое время интегрирования (10 секунд) и
нажмите «Ent». Максимально возможное время интегрирования
– 100 секунд с шагом в 1 секунду.
Нажмите кнопку «Esc» для возврата в меню «Выбор метода
измерений».
Перейдите в меню «Градуировочная таблица», где осуществляется градуировка анализатора для каждого конкретного
вещества.
Градуировка анализатора
При заполнении градуировочной таблицы необходимо учитывать следующие факторы.
Максимальное число градуировочных точек – 7, включая
фон. Значения концентраций градуировочных растворов С0 – С6
вводятся с клавиатуры (С0 – концентрация фонового раствора,
обычно она равна нулю), значения сигналов градуировочных
растворов J0 – J6 (в условных приборных единицах) измеряют
при нажатии клавиши «Ent». Допускается ввод с клавиатуры
известных значений J1 – J6, но не J0.
39
Градуировочный график анализатор строит сам методом ку-
01
0
JJ
JJ
x
12
1
JJ
JJ
y
J
C
J3
J2
JY
J1
JX
J0
C0
CX
C1
CY
C2
C3
сочно-линейной интерполяции (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Градуировочный график
Конечную концентрацию вещества в пробе рассчитывают по
следующим формулам:
– для точки, значение которой попадает на первый участок
графика
Сх = С
1
; (5.1)
– для точки, значение которой попадает на второй участок
графика
Сy = С1 + (C2 – C1)
. (5.2)
Заполнение таблицы следует начинать с измерения J0.
Для ввода данных в таблицу:
– установите курсор на параметр Сi, наберите число, нажмите «Ent»;
– установите курсор на параметр Ji, нажмите «Ent» (или
наберите число и нажмите «Ent»);
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]