Лаб раб 1.10 Концентрац фотоколориметрия

Лабораторная работа № 1.10

КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ ФОТОКОЛОРИМЕТРИЯ

Мотивационная характеристика темы. Большое значение в медицине и биологии имеет изучение поглощения света в растворах. Поглощение света зависит от концентрации молекул, с которыми взаимодействуют фотоны света. На основе закона поглощения разработан ряд фотометрических методов по определению концентрации вещества в окрашенном растворе (концентрационная колориметрия). В частности в клинической практике фотоколориметрия используется для измерения насыщения крови кислородом, т.е. для определения количества оксигемоглобина.

Цель лабораторной работы: изучение метода фотометрического определения концентрации окрашенных растворов.

К работе необходимо:

Литература:

1. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика. М.,1999,

Гл.14.

2.А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика. М.,1987, Гл.14. 3.И.А.Эссаулова и др. Руководство к лабораторным работам по

медицинской и биологической физике. М., 1987, Лб.41.

Контрольные вопросы для определения исходного уровня знаний

1.Почему спектры поглощения растворов называют полосатыми?

2.Чем отличается поглощение от рассеяния света.

3.Как определить на какой длине волны нужно проводить фотометрирование раствора?

4.В чем заключается метод концентрационной колориметрии.

Информационный блок

При пропускании света через слой вещества его интенсивность уменьшается. Уменьшение интенсивности является следствием взаимодействия световой волны с электронами вещества, в результате которого часть световой энергии передается электронам. Это явление получило название поглощения света. Установим закон поглощения света веществом. Пусть через однородное вещество проходит пучок параллельных монохроматических лучей длиной волны . Выделим

элементарный участок слоя вещества толщиной dL (рис.1). При

вещества толщиной L, если интенсивность входящего в среду света Iо. Для этого проинтегрируем выражение (1), предварительно разделив переменные:

Это закон Бугера. Он показывает, что интенсивность света уменьшается в геометрической прогрессии, если толщина слоя возрастает в арифметической прогрессии. Натуральный

монохроматический показатель поглощения является величиной, обратной расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в

результате поглощения в среде в е раз. Иногда закон Бугера записывают в виде

I I010 ' L ,

где ’ — монохроматический показатель поглощения.

Свет различных длин волн поглощается веществом различно,

поэтому показатели поглощения и ’ зависят от длины волны. Монохроматический натуральный показатель поглощения раствора

где 1 — натуральный показатель поглощения, отнесенный к концентрации вещества.

Закон Бера выполняется только для разбавленных растворов. В концентрированных растворах он нарушается из-за влияния взаимодействия между близко расположенными молекулами поглощающего вещества. Подставляя выражение (3) в (2), получаем

закон Бугера — Ламберта — Бера:

Закон Бугера—Ламберта—Бера лежит в основе концентрационной колориметрии: фотометрических методов определения концентрации вещества в окрашенных растворах. В концентрационной колориметрии используются методы, связанные с той или иной формой фотометрии, т. е. измерением интенсивности света. Для этой цели используется две группы приборов: объективные (фотоколориметры) и субъективные, или визуальные (фотометры).

Устройство и работа фотоколориметра

Общий вид фотоколориметра приведен на рис.2. Принцип измерения коэффициента пропускания состоит в том, что на фотоприемник направляются поочередно монохроматические световые потоки полный I0λ и прошедший через

На колориметре это отношение определяется следующим образом. Вначале в световой пучок помещают кювету с растворителем или контрольным раствором. Изменением чувствительности колориметра добиваются, чтобы отсчет по шкале коэффициентов пропускания колориметра п1 был равен 100 дел. Таким образом, полный световой поток I0λ условно принимается равным 100%. Затем, в световой пучок помещают кювету с исследуемым раствором. Полученный отсчет п2 по шкале коэффициентов пропускания колориметра будет соответствовать Iλ .Следовательно, коэффициент пропускания исследуемого раствора в процентах будет равен п2, т. е.

т% = п2

Оптическая плотность D связана с коэффициентом пропускания соотношением:

10 с исследуемым раствором вводится в световой пучок между защитными стеклами 9, 11. Для выделения узких участков спектра из сплошного спектра излучения лампы в колориметре предусмотрены цветные светофильтры 8.

Теплозащитный светофильтр 6 введен в световой пучок при работе в видимой области спектра (400 490 нм). Для ослабления светового потока при работе в спектральном диапазоне 400—540 нм установлены нейтральные светофильтры 7.

Фотоприемники работают в разных областях спектра: фотоэлемент Ф 26 17 в области спектра 315—540 нм; фотоднод ФД 24К - 12 — в области спектра 590—980 нм.

Для уравнивания фототоков, снимаемых с фотоприемника ФД-24К при работе с различными цветными светофильтрами, перед ним установлен светофильтр 14 из цветного стекла СЗС-16.

Подготовка к работе

1.Колориметр включите в сеть за 15 минут до начала измерений. Во время прогрева кюветное' отделение должно быть открыто (при этом шторка перед фотоприемниками автоматически перекрывает световой пучок).

2.Введите необходимый по роду измерения цветной светофильтр.

3.Установите минимальную чувствительность колориметра. Для этого ручку ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ – 5 (Рис.2) установите в положение «I», ручку УСТАНОВКА 100 ГРУБО - в крайнее левое положение.

4.Перед измерениями и при переключении фотоприемнuков проверьте установку стрелки колориметра на «О» по шкале коэффициентов пропускания Т при открытом кюветном отделении.

Учебные задачи:

Приборы и принадлежности: фотоколориметр, растворы исследуемого вещества различной концентрации.

Задание 1. Исследование зависимости оптической плотности раствора от длины волны. Измерение спектра поглощения.

1.Включите прибор.

2. В световой пучок поместите кювету с растворителем или контрольным раствором, по отношению к которому производятся измерения. Закройте крышку кюветного отделения.

3.Установите светофильтр с эффективной длиной волны 1. 4.Ручками ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ и УСТАНОВКА 100 ГРУБО и

ТОЧНО установите отсчет 100 по шкале колориметра. Ручка ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ может находиться в одном из трех положений: «1»,«2» или «З».

5.Затем, поворотом ручки 4 (рис.2) кювету с растворителем или контрольным раствором замените кюветой с исследуемым раствором.

6.Снимите отсчет по шкале D в единицах оптической плотности. Измерения проделать по три раза для каждой дины волны, найти среднее значение.

7.Проделайте аналогичные измерения при других светофильтрах. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу 1.

8.Постройте график зависимости D = f( ).

Таблица 1.

Задание 2. Исследование зависимости оптической плотности от концентрации раствора:

1. Установите светофильтр, при котором оптическая плотность исследуемого вещества имеет наибольшее значение (см. задание 1).

2.Проведите измерение оптической плотности растворов различной концентрации аналогично п. 4.—6. задания 1

3.Результаты измерений и вычислений занесите в табл. 2. 4.Постройте график зависимости D==f(c).

Таблица 2.

Задание 3. Определение концентрации вещества в растворе. 1.Установите светофильтр, при котором оптическая плотность

исследуемого вещества имеет наибольшее значение (см. задание 1). 2.Поместите на пути светового пучка кювету с исследуемым

раствором неизвестной концентрации Сх, определите оптическую плотность Dx данного раствора

3. Определите по графику задания 2 концентрацию этого раствора

Сделайте вывод в котором укажите длину волны света, на которой Вы проводили фотометрирование. Объясните вид графика концентрационной зависимости.

Вопросы для контроля результатов усвоения

1.В чем заключается явление поглощения света?

2.Выведите формулу закона Бугера.

3.Что называется коэффициентом пропускания и оптической плотностью вещества?

4.Сформулируйте закон Бугера—Ламберта—Бера.

5.В чем заключаются методы концентрационной колориметрии?

6.Поясните оптическую схему и принцип действия фотоэлектрического колориметра.