Снимают показание третьей точки. На виртуальной панели на-

жимают кнопки: «Г», «Г», «Г», «С», «15», «#», далее «Г», «И».

Прибор показывает значение интенсивности I3.

Получают у преподавателя колбу с исследуемой пробой. Полученный раствор в мерной колбе доливают до метки, заполняют им кювету и помещают в кюветное отделение прибора. Нажимают клавишу «И» и снимают показание прибора.

По полученным данным строят график зависимости I = f(C) и определяют значение концентрации исследуемой пробы.

Составление отчета

В отчете должна быть сформулирована цель и задача выполнения данной лабораторной работы. Описано приготовление раствора фенола с концентрацией 12,6 мг/л. Построены нормированные спектры поглощения и люминесценции этого раствора в диапазоне длин волн 240–800 нм. Приведены доказательства выполнения правила Левшина.

Определена концентрация фенола в контрольной задаче методом градуировочного графика. Проводится статистическая обработка полученных результатов. Определяется среднее значение, проверяется возможность исключения выпадающих значений, если такие имеются (Q-критерий), определяется стандартное отклонение, доверительный интервал. В заключении делается вывод о выполнении данной работы.

Контрольные вопросы

1.Что такое длина волны, частота и волновое число? Единицы измерения.

2.В чем отличие флюоресценции от фосфоресценции?

3.Почему люминесценция измеряется под углом 90°?

4.Чем кюветы, предназначенные для регистрации спектров поглощения, отличаются от кювет, используемых для регистрации спектров флуоресценции?

5.Поясните, почему спектр возбуждения люминесценции молекулы подобен ее спектру поглощения.

41

Лабораторная работа № 6

ПРОВЕРКА ЗАКОНА ВАВИЛОВА. ТУШЕНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

Цель: экспериментальное доказательство справедливости закона Вавилова и концентрационного тушения люминесценции

Приборы и реактивы:

−колбы мерные на 50 мл – 10 шт.;

−раствор фенола с концентрацией 126 мг/л;

−спектрофлюориметр «Панорама 02М»

Порядок выполнения работы

1. Проверка закона Вавилова

Приготовление рабочего раствора. В мерной колбе объемом

50 мл приготовить раствор фенола с концентрацией 20 мг/л.

Порядок работы со спектрофлюориметром. См. лаборатор-

ную работу № 5 (пункты: Порядок работы на флюориметре; Прогрев прибора; Подготовка программы к выполнению спектральных измерений; Работа с кюветами; Снятие и обработка спектра; Выключение прибора).

Снять на флюориметре спектры люминесценции раствора фенола при разных длинах волн возбуждающего света: 250, 260, 270, 280 нм. Для этого по п. 3 «Подготовки программы к выполнению спектральных измерений» лабораторной работы № 5 установить заданные значения длины волны возбуждающего света:

-режим сканирования – по регистрации;

-чувствительность – минимальная;

-регистрация от 210 до 360 нм;

-шаг 2 нм;

-усреднение 25;

-монохроматор возбуждения 250, 260, ... нм;

-монохроматор регистрации 360 нм;

42

-возбуждение длина волны 250, 260, ... нм;

-каналы: флюориметрия.

Построение графиков. Сняв показания прибора, построить график зависимости I = f( ν ), где ν = 1/λ см-1.

2. Эффект концентрационного тушения

Приготовление рабочего раствора. В мерных колбах объемом

50 мл приготовить растворы фенола с концентрациями 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 мг/л из исходного раствора.

Снять спектры люминесценции данных растворов в пределах длин волн 250–680 нм с шагом 10 нм.

Для этого в пункте 3 «Подготовки программы к выполнению спектральных измерений» лабораторной работы № 5 установить следующие параметры:

-режим сканирования – по регистрации;

-чувствительность – сверхнизкая;

-регистрация от 240 до 680 нм;

-шаг 10 нм;

-усреднение 25;

-монохроматор возбуждения 272 нм;

-монохроматор регистрации 680 нм;

-возбуждение длина волны 272 нм;

-каналы: флюориметрия.

Выписываем в лабораторный журнал значения интенсивности в максимумах люминесценции. По полученным значениям построить график зависимости Imax = f (C).

Составление отчета

В отчете должна быть сформулирована цель и задача выполнения данной лабораторной работы. Описано приготовление рабочих растворов. Построены нормированные спектры люминесценции раствора фенола при разных длинах волн возбуждающего света с целью доказательства закона Вавилова. Построены нормированные спектры люминесценции этого раствора при разных концентрациях

43

в пределах длин волн 250–680 нм. Сделан вывод о влиянии концентрации раствора на величину люминесценции.

Контрольные вопросы

1.Чем объяснить, что спектр флуоресценции не зависит от длины волны возбуждающего света?

2.Дайте определение следующих терминов: флуоресценция, фосфоресценция, внутренняя конверсия, интеркомбинационная конверсия; синглетное и триплетное состояние, квантовый и энергетический выход.

3.Чем вызвано тушение люминесценции. Какие виды тушения вам известны?

44

4. РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Рефракция – это явление преломления света на границе раздела двух сред, различных по оптической плотности.

Рефрактометрия – это измерение преломления света. Количественно рефракцию оценивают по углу или показателю преломления света, поэтому рефрактометрический метод анализа – это метод, основанный на зависимости угла или показателя преломления света от состава системы (так как каждая система отличается определенной оптической плотностью).

Чаще всего для количественной оценки преломления света используют показатели преломления.

Основные формулы рефрактометрии:

где n1 – показатель преломления исследуемого образца; n2 – показатель преломления призмы рефрактометра; βмакс – максимальный угол преломления света.

Показатель преломления зависит от природы вещества, температуры, длины волны падающего света, концентрации (для растворов) и давления (для газов).

Каждое вещество в твердом или растворенном состоянии состоит из определенных частиц (молекул, ионов), которые в различной степени препятствуют прохождению света, поэтому при прочих равных условиях показатель преломления характерен для каждого вещества.

С увеличением температуры показатель преломления уменьшается, поэтому для определения показателя преломления при постоянной температуре рефрактометры снабжены устройствами для термостатирования.

Зависимость показателя преломления от длины волны падающего света называют дисперсией. Обычно табличные значения показателя преломления приводят относительно желтой линии (линия D) в спектре натрия и обозначаются nD λ = 589,3 нм, где λ – длина

45

волны падающего света Разность показателей преломления, измеренная на двух различных длинах волн, называют частной дисперсией (n2 – n1). Эта величина может быть использована для идентификации веществ.

На практике обычно измеряют показатель преломления на длинах волн, соответствующих граничным линиям средней части спектра С и F. Линия С – красная линия в спектре водорода (λС = 656,3 нм). Линия F – синяя линия в спектре водорода (λF = 486,1 нм). Раз-

ность (λF – λС) называют средней дисперсией.

Зависимость показателя преломления от концентрации растворов используют для количественных определений.

Поляризация и рефракция. Свет при прохождении через любую среду проявляет свойства электромагнитной волны. При прохождении электромагнитной волны через вещество происходит смещение положительных и отрицательных зарядов в молекуле относительно центра тяжести. При этом образуется диполь с наведенным моментом μ:

где е – заряд частицы; l – расстояние между частицами.

Это явление называют поляризацией. При поляризации молекулы ориентируются вдоль электромагнитного поля – происходит поляризация ориентации (Ро), при этом расстояние между зарядами увеличивается – проявляется поляризация деформации (Рд). Поляризация деформации складывается из смещений электронов – электронная поляризация Ре и смещения атомов и атомных групп –

Полная поляризация равна

Р = Р0 + Рд = Ро + Ре + Ра. (4.5)

Если молекула неполярна, то полная поляризация равна поляризации деформации.

Поляризация деформации в расчете на моль вещества равна

где N0 – число Авогадро; α – коэффициент пропорциональности, называемый поляризуемостью молекулы. Чем больше α, тем легче поляризуется молекула.

46

Поляризуемость молекулы α связана с ее диэлектрической проницаемостью ε уравнением

В то же время Vвозд = ε , следовательно, ε = n2. С учетом этого

Vср

молярную поляризацию деформации можно заменить на молярную (мольную) рефракцию вещества Rn:

Последнее выражение известно как формула Лоренц–Лоренца. Для неполярных молекул молярная рефракция равна молярной поляризации: Rn = Рд. Для полярных молекул молярная поляризация превышает молярную рефракцию на величину поляризации ориен-

тации Ро.

Молярная рефракция R определяется только поляризуемостью молекул и поэтому зависит только от природы вещества. Следовательно, по молярной рефракции можно проводить идентификацию вещества.

Рефракция – это мера поляризуемости молекул, которая складывается из поляризуемости атомов, составляющих молекулы. Следовательно, рефракция есть величина аддитивная и может быть получена как сумма рефракций атомов с учетом их валентного со-

47

стояния и особенности расположения, для чего вводят инкременты двойной связи –С = С–, тройной связи –С ≡ С– и др.

Рефракции отдельных атомов и инкременты связей приведены в табл. 4.1.

ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Для проведения лабораторных работ используется рефрактометр марки ИФР-454 типа прибора Аббе. Диапазон измерения показателя преломления 1,3–1,7, что позволяет измерить показатель преломления практически любой жидкости.

Общий вид рефрактометра ИРФ-454

Основные узлы прибора смонтированы на металлическом корпусе. На корпусе прибора установлены направляющие типа «ласточкин хвост» 1, 13 для установки рефрактометрического блока 2 (рис. 4.1), маховики 16, 18 и заглушка 17. В верхней части корпуса размещен окуляр. Корпус закрыт крышкой, на которой смонтированы светофильтр и зеркало 11 .

48

Рис. 4.1. Рефрактометр ИРФ-454 Б2М:

1 – направляющая; 2 – блок рефрактометрический; 3 – штуцер; 4 – крючок; 5 – шкала; 6 – нониус; 7, 9, 12 – штуцеры; 8 – рукоятка; 10 – шарнир; 11 – зеркало;

13 – направляющая; 14 – заслонка; 15 – зеркало; 16 – маховик; 17 – заглушка; 18 – маховик; 19 – термометр

Основной деталью рефрактометра является рефрактометрический (призменный) блок (рис. 4.2), состоящий из верхней 1 и нижней 3 призм. Нижняя неподвижная призма является измерительной, а верхняя призма – осветительной.

Рис. 4.1. Принципиальная схема рефрактометра Аббе:

1– осветительная призма;

2– слой жидкости;

3– измерительная призма;

4– предельный луч;

5– призма Амичи;

6– зрительная труба;

7– видимое поле

49

Выходная грань АВ осветительной призмы делается шероховатой. Белый свет, проходя через осветительную призму, рассеивается шероховатой поверхностью. Поэтому лучи света проходят слой жидкости 2 в разных направлениях. Часть лучей идет почти параллельно плоскости соприкосновения призм. При переходе из жидкости в измерительную призму лучи преломляются под разными углами. Предельный луч 4 делит видимое поле 7 на свет и темноту.

Так как показатель преломления исследуемого вещества (особенно жидкости) в значительной мере зависит от температуры, то для контроля температуры измерительной призмы помещен термометр 19, а при необходимости для поддержания постоянной температуры в оправах призм предусмотрены камеры, через которые пропускают термостатированную воду. Подается и отводится вода через резиновые шланги, надеваемые на штуцера 3, 7, 9, 12.

Поиск границы раздела светотени и совмещение ее с перекрестием сетки проводить разворотом зеркала и шкалы, вращая маховик 16.

Величина показателя преломления исследуемого вещества со шкалы проецируется в фокальную плоскость окуляра.

Вследствие разложения (дисперсии) белого света первоначально граница света и темноты оказывается нечеткой, окрашенной во все цвета радуги. Для получения четкой границы на пути лучей, входящих в зрительную трубу, установлен компенсатор дисперсии

(рис. 4.3).

Рис. 4.3. Компенсатор дисперсии: 1, 2 – шестерня призм; 3 – коническая шестерня;

4 – маховичок

50