3. 2. 2. Выбор кюветы.

Относительная ошибка определения концентрации раствора будет различной при работе на разных участках шкалы колориметра и достигает минимума при значении оптической плотности 0.4. Поэтому при работе на колориметре рекомендуется, путем соответствующего выбора кювет, работать вблизи указанного значения оптической плотности.

Предварительный выбор кювет проводится визуально, соответственно интенсивности окраски раствора. Если раствор интенсивно окрашен (темный), следует пользоваться кюветами с малой рабочей длиной. В случае слабо окрашенных растворов рекомендуется работать с кюветами с большой рабочей длиной.

В предварительно подобранную кювету наливают раствор и измеряют его оптическую плотность, вводя в ход лучей соответствующий для данного раствора светофильтр.

Второе условие может для некоторых растворов не иметь места, тогда при выборе светофильтра ограничиваются выполнением первого условия.

При измерении ряда растворов кювету заполняют раствором средней концентрации. Если полученное значение оптической плотности составляет примерно 0.3 – 0.5 – выбирают данную кювету для работы с этим раствором. В том случае, когда это условие не выполняется, следует испробовать другую кювету. Если величина измеренной оптической плотности больше 0.5 – 0.6, берут кювету меньшей рабочей длины, если величина оптической плотности меньше 0.3 – 0.2, следует выбрать кювету с большей рабочей длиной.

3. 2. 3. Построение градуировочного графика для данного вещества.

Построение градуировочного графика проводят следующим образом. Готовят ряд растворов данного вещества с известными концентрациями, охватывающими область возможных изменений концентраций этого вещества в исследуемом растворе.

Измеряют оптические плотности всех растворов и строят градуировочный график, откладывая по горизонтальной оси известные концентрации, а по вертикальной ­ соответствующие им значения оптической плотности.

3. 2. 4. Определение концентрации вещества в растворе.

По градуировочному графику в дальнейшем определяют неизвестную концентрацию вещества в исследуемых растворах. Для этого раствор наливают в ту же кювету, для которой построена градуировочная зависимость, и, выбрав тот же светофильтр, определяют оптическую плотность раствора. Затем по градуировочному графику находят концентрацию, соответствующую измеренному значению оптической плотности.

Примечания: 1. Часто в работе бывает удобнее пользоваться градуировочными таблицами, которые составляются по данным градуировочной зависимости.

2. Градуировочный график следует время от времени проверять.

10. Эмиссионный и атомно-абсорбционный спектральный анализ загрязнения почв

Атомно-эмиссионным спектральным анализом называется метод определения химического состава, основанный на изуче­нии атомных спектров вещества, возбуждаемых в горячих ис­точниках света.

Спектр — это излучение, разложенное по длинам волн, заключает в себе информацию о качественном и количе­ственном составах анализируемого объекта.

Каждому виду атомов (элементу) присущ строго определенный, характерный спектр.

По характерным линиям в спектрах атомов можно иденти­фицировать элементы, содержащиеся в анализируемом образце (качественный спектральный анализ), а по относительным интенсивностям спектральных линий можно определять концен­трации элементов в исследуемом образце (количественный анализ).

Принципиальная схема эмиссионного спектрального анализа сводится к следую­щему:

а) перевод вещества в парообразное состояние;

б) воз­буждение атомов и ионов;

в) разложение испускаемого ато­мами света в спектр;

д) регистрация и расшифровка получен­ных спектров.

Возникновение эмиссионных спектров. При нагревании твердых и жидких веществ >600 °С наблюдается излучение красного свечения (красное каление). При температурах > 1000 °С вещества излучают белый свет (белое каление). Ха­рактер свечения веществ не зависит от химического состава. Излучение представляет сплошной спектр, отдельные линии сливаются друг с другом.

Линейчатые спектры, характерные для отдельных элементов, можно наблю­дать только в том случае, когда проба атомизирована, т.е. находится в паро- или газообразном состоянии. Различия спектров является следствием того, что атомы каждого эле­мента имеют характерное, только им присущее электронное строение.

Атомы всех элементов могут находиться в нормаль­ном (основном) и возбужденном состоянии.

В нормальном со­стоянии атомы обладают минимальной энергией Ео, и при этом они света не излучают. Но они могут перейти в возбужденное состояние вследствие различных причин. Например, при теп­ловом движении вследствие сильного неупругого соударения с другими атомами или в результате бомбардировки потоком движу­щихся с определенной энергией частиц-электронов.

Энергия, необходимая для возбуждения атома, называется потенциалом возбуждения. Ее величина зависит от заряда ядра, строения электронных оболочек атома и является функцией положения элемента в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева.

К числу трудновозбудимых элементов от­носятся инертные газы, азот, кислород, водород. К числу легковозбудимых - металлы: натрий, калий, магний и др.

Если атому сооб­щить достаточно большую энергию, то можно полностью уда­лить электрон из атома, атом при этом ионизируется. Наимень­шая энергия, необходимая для ионизации атома, называется потенциалом ионизации. Возбужденное состояние атомов не­устойчиво, в этом состоянии атом находится короткое время (~10~8 с) и возвращается в нормальное состояние. При переходе атома из возбужденного со­стояния в нормальное высвобожда­ется избыток энергии в виде кванта света.

Атомно-абсорбционным спктральный анализом называется метод количественного элементного анализа по атомным спектрам поглощения (абсорбции). Через слой атомных паров пробы, получаемых с помощью атомизатора, пропускают излучение в диапазоне 190-850 нм. В результате поглощения квантов света атомы переходят в возбужденные энергетические состояния. Этим переходам в атомных спектрах соответствуют так называемые резонансные линии, характерные для данного элемента.

Согласно закону Бугера-Ламберта-Бера, мерой концентрации элемента служит оптическая плотность (А)

A = lg(I₀/I)

где I₀ и I-интенсивности излучения от источника соответственно до и после прохождения через поглощающий слой.

Рис. 1. Принципиальная схема пламенного атомно-абсорбционного спектрометра:

1-источник излучения; 2-пламя; 3-монохроматор; 4-фотоумножитель;

5-регистрирующий или показывающий прибор.

Перевод анализируемого объекта в атомизированное состояние и формирование поглощающего слоя пара определенной и воспроизводимой формы осуществляется в атомизаторе-обычно в пламени или трубчатой печи.

Наиболее часто используют пламя смесей ацетилена с воздухом (t_max= 2000°С) и ацетилена с N₂O (2700°С).

Горелку со щелевидным соплом длиной 50-100 мм и шириной 0,5-0,8 мм устанавливают вдоль оптической оси прибора для увеличения длины поглощающего слоя.

Атомно-абсорбционные спектрометры (ААС) предназначены для проведения количественного элементного анализа (до 70 элементов) по атомным спектрам поглощения, в первую очередь для определения содержания металлов в растворах их солей: в природных и сточных водах, в растворах-минерализатах консистентных продуктов, технологических и прочих растворах.

Основные области применения атомно-абсорбционных спектрометров (ААС) — контроль объектов окружающей среды (воды, воздуха, почв), анализ пищевых продуктов и сырья для их изготовления, медицина, геология, металлургия, химическая промышленность, научные исследования.

Рис. 2. Атомно-абсорбционный спектрометр

Спектральный анализ — совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др. В зависимости от целей анализа и типов спектров выделяют несколько методов спектрального анализа. Атомный и молекулярный спектральный анализы позволяют определять элементный и молекулярный состав вещества, соответственно. В эмиссионном и абсорбционном методах состав определяется по спектрам испускания и поглощения. Масс-спектрометрический анализ осуществляется по спектрам масс атомарных или молекулярных ионов и позволяет определять изотопный состав объекта.