Задание для студентов по лабораторной работе №18

«Определение концентрации и молярной экстинкции вещества методом колориметрии»

Цель работы: Методом наименьших квадратов построить калибровочный график. Определить молярную экстинкцию красителя на одной длине волны и найти неизвестную концентрацию вещества.

Вопросы теории ( исходный уровень)

Поглощение света и его законы. Показатель поглощения, коэффи­циент пропускания, оптическая плотность. Регистрация спектров поглоще­ния биологических объектов. Фотоколориметрия и спектрофотометрия.Устройство ФЭКа. Определение с его помощью концентрации растворов. Определение спектра поглощения вещества спектрофотометром. Рассеяние света и его виды, закон Релея. Нефелометрия.( Лекция №15.)

Содержание занятия:

1.Выполнить работу по указаниям в руководстве к данной работе.

2.Оформить отчет.

3.Защитить работу с оценкой.

4.решить задачи

Задачи

1. При прохождении света с длиной волны λ1 через слой вещества его интенсивность уменьшается вследствие поглощения в 4 раза. Интенсивность света с длиной волны λ2 по той же причине ослабляется в 3 раза. Найдите толщину слоя вещества и показатель поглощения для света с длиной волны λ2, если для света с длиной волны λ1 он равен χ₁ = 0,02 см-1.

2.Через пластинку из прозрачного вещества толщиной х=4,2см проходит половина падающего на нее светового потока. Определите натуральный показатель поглощения данного вещества. Рассеянием света в пластинке пренебречь; считать, что 10% падающей энергии отражается на поверхности пластинки.

3.В 4%-ном растворе вещества в прозрачном растворится интенсивность света на глубине х=20мм ослабляется в 2 раза. Во сколько раз ослабляется интенсивность света на глубине х=30 мм в 8%-ном растворе того же вещества. Какова концентрация раствора, если одинаковая освещенность фотометрических полей была получена при толщине х= 8мм у эталонного 3%-ного раствора и х=24мм у исследуемого раствора?

4. При прохождении монохроматического света через слой вещества толщиной х=15см

интенсивность убывает и 4 раза. Определите показатель рассеяния, если показатели поглощения χ=0,025 см-1.

5.Чему равен молярный показатель поглощения вещества, на длине волны 400 нм, если при прохождении света через раствор с концентрацией 0,5 М интенсивность света умень-шилась в 10 раз? 6.Длина кювета 0,3 см. Ширина щели монохроматора для раствора сравнения равна 0,1 мм, для исследуемого раствора — 0,038мм. Чувстви­тельность спектрофотометра 2,0, Чему равна оптическая плотность исследуемого раствора?

лабораторная работа18

Получение спектров поглощения биологических объектов с помощью спектрофотометра

Цель работы: С помощью фотоколориметра снять молекулярный спектр поглощения вещества.

Приборы и материалы: Фотометр фотоэлектрический КФК-3, кюветы, дистиллированная вода, раствор красителя (бром-феноловый синий или KMnO₄).

Ход работы.

Определение длины волны, соответствующей максимуму оптической плотности красителя.

Ход работы

1. Ознакомьтесь с инструкцией по работе на фотометре фотоэлектрическом КФК-3

2. Включите КФК-3 и прогрейте прибор в течение 15 минут.

3. Приготовьте раствор 0.01M KMnO₄. Для этого матричный раствор 1 М KMnO₄ необходимо разбавить в 100 раз.

4. В кювету сравнения налейте дистиллированную воду, а в опытную кювету – раствор 0.01M KMnO₄. Проследите за тем, чтобы на стенках кюветы не осталось капелек жидкости или других пятен. Протрите кювету чистой салфеткой.

5. Поместите кюветы в соответствующие кюветные отделения и, согласно инструкции, снимите спектры поглощения красителя относительно дистиллированной воды (зависимости коэффициента поглощения света и относительной плотности вещества от длины волны света). Показания прибора снимайте через каждые 10 нм, а в области экстремума - через каждые 2 нм.

6. Данные измерений занесите в таблицу 1.

Таблица 1.

, нм.	Коэффициент поглощения света П,%	Оптическая плотность вещества (D), отн. ед.
400
410
420
…
650

Рис.1. Спектр поглощения раствора KMnO₄.

, нм.

7. По данным таблицы 1 постройте спектры поглощения красителя.

8. Проанализируйте спектр поглощения красителя. Найдите длину волны света, на которой наблюдается экстремум спектра поглощения.

Определение молярной экстинкции вещества

Ход работы

1. Приготовьте растворы KMnO₄ следующих концентраций: 0,0025 М, 0,005 М и 0,015 М.

2. На монохроматоре установите длину волны, соответствующую максимуму спектра поглощения исследуемого раствора.

3. Возьмите две кюветы. Первую наполните дистиллированной водой, а вторую - раствором красителя концентрации наименьшей из предложенных растворов красителя. Измерьте соответствующую оптическую плотность.

4. Повторите опыт для растворов красителя других концентраций. Запишите результаты в таблицу 2.

Таблица 2.

Номер опыта	С, М	Оптическая плотность D, отн. ед.
1	0,0025
2	0,005
3	0,01
4	0,015

5. Постройте график зависимости оптической плотности раствора на длине волны, соответствующей максимуму спектра поглощения, от концентрации раствора в молях.

Рис. 2. Зависимость оптической плотности раствора на _max от концентрации красителя в растворе.

6. С помощью графика (калибровочного графика) и закона Бугера-Ламберта-Бера найдите значение экстинкции раствора на _max.

Согласно закону Бугера-Ламберта-Бера, для любых двух произвольных концентраций выполняется равенство, т.е. D_i=^.C_i^.l D_k=^.C_k^.l , где D_i и D_k - оптические плотности, С_i и С_k – соответствующие концентрации и l – оптический путь (длина кюветы). Найдем экстинкцию из соотношения D_i- D_k= l (C_i-C_k):

.

Растворы должны быть разбавленными.

Измерьте длину кюветы в см. При l равной единице, ε равна тангенсу наклона калибровочной линии: ,

где α- угол наклона калибровочной прямой к оси абсцисс. Экстинкция имеет размерность М^-1.см^-1

Рассчитайте экстинкцию для трех пар значений концентраций и найдите среднее. Результаты занесите в таблицу 3.

Таблица 3.

Длина кюветы, см	Экстинкция раствора, М-1 см-1	Усредненная экстинкция раствора, М-1 см-1
2

Рис. 3. Калибровочный график, на котором показан принцип расчета коэффициента экстинкции раствора.

Определение неизвестной концентрации вещества с помощью спектрофотоколориметра

Ход работы

1. Налить в кювету раствор красителя с неизвестной концентрацией.

2. Измерьте оптическую плотность на _max. Определите концентрацию раствора по формуле, использую найденное экспериментально значение экстинкции раствора на _max: .

Оформите отчет по лабораторной работе. В выводе укажите полученные значения _max, экстинкции раствора на _max и найденную экспериментально концентрацию раствора красителя.

Приложение.

Инструкция по работе с фотоколориметром кфк-3

Измерение коэффициента пропускания или оптической плотности раствора.

1. Установить в кюветное отделение кюветы с растворителем и контрольным раствором, по отношению к которому производится измерение, и исследуемый раствор. Кювету с растворителем или контрольным раствором установить в дальнее гнездо кюветодержателя, а кювету с исследуемым раствором – в ближнее гнездо кюветодержателя. В световой пучок установить кювету с растворителем (рукоятка влево до упора). Если измерение производится относительно воздуха, например, для образца из стекла или другого прозрачного материала, то в этом случае дальнее гнездо кюветодержателя должно быть свободным.

Рис.2 Общий вид фотометра КФК-3.

1. Кожух.

2. Ручка для установки длины волны.

3. Металлическое основание.

4. Рукоятка перемещения кюветодержателя.

5. Съемная крышка кюветного отделения.

2. При открытой крышке кюветного отделения нажать на крайнюю правую кнопку в нижнем ряду. На табло высветиться значение темнового тока ФЭУ.

3. Установить ручкой 2 длину волны, на которой производится измерение. Длина волны высветится на верхнем световом табло.

4. При закрытой крышке кюветного отделения нажать клавишу «Г». На нижнем световом табло слева от мигающей запятой высветиться символ «Г». Нажать клавишу «П» или «Е». Слева от мигающей запятой высветятся соответственно значения «1000.2» или «0.0000.002», означающие, что начальный отсчет пропускания (100%) или оптической плотности (0,000) установился на фотометре правильно. Если отсчеты «1000.2» или «0.0000.002» установились с большим отклонением, нажать на клавиши «Г», «П» или «Е» повторно через 3-5 секунд.

5. Рукоятку 4 установить вправо до упора, при этом в световой пучок вводится кювета с исследуемым раствором. Отсчет на световом табло справа от мигающей запятой соответствует коэффициенту пропускания или оптической плотности исследуемого раствора.

6. Повторить операции по пп. 1-4 три раза, вычислить среднее арифметическое значение измеряемой величины.

7. Для построения спектральной кривой коэффициента пропускания или оптической плотности образца измерения произвести по методике пп. 1-4 на разных длинах волн.

8. Построить спектральную кривую светопропускания или оптической плотности исследуемого раствора, откладывая по горизонтальной оси длины волн в нанометрах, а по вертикальной – светопропускание или оптическую плотность.

Тема: Поглощение и рассеяние света:

Лабораторная работа 16. Определение концентрации и молярной экстинкции вещества методом колориметрии

1. Поглощение света и его законы.

2. Коэффициент пропускания света и оптическая плотность. Концентрационная фотоколориметрия.

3. Рассеяние света. Нефелометрия.