Лабораторная работа Тема: определение концентрации раствора с помощью фотоэлектрического колориметра фэк – 56м.

Знания, полученные по данной теме, необходимы для понимания принципа действия фотоэлектроколориметра, широко применяемого в клинической лаборатории оптического прибора для колориметрических методов биохимических исследований.

ЦЕЛЬ: Изучить способ измерения концентрации раствора методом концентрационной колориметрии.

Для реализации цели необходимо:

а) Изучить литературу [1] по теме работы, раздел «Поглощение и рассеяние света».

б) Ответить на вопросы.

1. Как формулируется закон Бугера?

2. Как записывается дифференциальное уравнение закона Бугера, какой физический смысл имеют входящие в него величины?

3. В каком виде записывается интегральное уравнение закона Бугера, смысл входящих в него величин?

4. Что называется молярным коэффициентом поглощения, как он зависит от длины волны света?

5. что называется коэффициентом пропускания раствора, как он выражается аналитически и от чего зависит?

6. Что называется оптической плотностью раствора, как она выражается аналитически и от чего зависит?

7. В чем заключается метод относительной колориметрии?

8. Какие основные элементы входят в состав оптической схемы колориметрии?

9. Как определяется неизвестная концентрация по известной концентрации раствора одного и того же вещества с помощью колориметра?

10. В каких медико-биологических исследованиях применяют фотоколориметр?

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

При пропускании света через слой вещества его интенсивность уменьшается. Уменьшение интенсивности является следствием взаимодействия световой волны с частицами (атомами и молекулами) вещества, в результате которого часть световой энергии передается веществу. Это явление получило название поглощения света.

Установим закон поглощения света веществом.

Пусть через однородное вещество проходит пучок параллельных монохроматических лучей длиной волны . Выделим элементарный слой вещества толщиной (рис. 1). При прохождении света через такой слой его интенсивность I уменьшается. Изменение интенсивности пропорционально интенсивности падающего света и толщине слоя

, (1)

где  монохроматический натуральный показатель поглощения, зависящий от свойств среды. Знак "-" означает, что интенсивность света уменьшается.

Найдем интенсивность света, прошедшего слой вещества толщиной , если интенсивность входящего в слой света . Для этого проинтегрируем выражение (1), предварительно разделив переменные

.

В результате получим

ln

-

ln

,

откуда имеем:

.

(2)

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 записывается в виде

,

где  десятичный монохроматический показатель поглощения.

Свет различных длин волн поглощается веществом различно, поэтому показатели поглощения и зависят от длины волны.

Монохроматический натуральный показатель поглощения раствора поглощающего вещества в непоглощающем растворителе пропорционален концентрации С раствора (закон Бера):

, , (3)

где и  натуральный и десятичный монохроматические показатели поглощения, отнесенные 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 выражения (3) в (2), получим закон Бугера Ламберта Бера:

или

.

(4)

Отношение называется коэффициентом пропускания. Оптическая плотность вещества равна

ln

ln

.

(5)

Из выражений (4) и (5) получаем

. (6)

Закон Бугера Ламберта Бера лежит в основе концентрационной колориметрии: фотометрических методов определения концентрации вещества в поглощающих окрашенных растворах. В концентрационной колориметрии используются методы, связанные с той или иной формой фотометрии, то есть изменением интенсивности света.

На практике молярные коэффициенты разных веществ, как правило неизвестны, поэтому определение концентрации вещества в растворе производят относительным методом. В относительном методе используют двухлучевую схему измерений, которая реализована в фотоэлектроколориметре.

ЗАДАНИЕ, ВЫПОЛНЯЕМОЕ В ЛАБОРАТОРИИ.

Найти зависимость поглощения света в заданном растворе от длины волн, определить длину волны максимума поглощения. Построить калибровочный график, используя свет с длиной волны, равной для нескольких растворов, и по этому графику найти неизвестную концентрацию.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Для проведения исследований используется фотоэлектроколориметр КФК-2-YXL 4.2 (рис. 3) и набор растворов одного и того же вещества с разными концентрациями, концентрации растворов указаны на колбах.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Упражнение 1. Определение максимума поглощения вещества

1. Включите прибор в сеть.

2. Установите светофильтр №1, соответствующий длине волны 315 нм.

3. В одну кювету колориметра налейте растворитель, в другую раствор известной концентрации.

4. Рукояткой «1» (рис.3) настройте прибор таким образом, чтобы свет проходил через кювету с растворителем.

5. Рукоятками «чувствительность», «точно», «грубо» (рис. 6) установите прибор на «нуль» по шкале оптической плотности.

6. Переведите рукоятку «1» в положение, когда свет проходит через кювету с раствором.

7. По нижней шкале прибора снимите значение оптической плотности (рис. 5) и запишите в таблицу 1.

гальванометра к нулю.

8. Повторите п.п. 2-7 остальных светофильтров. Результаты измерений занесите в таблицу 1.

9. п. 1-8 повторите 4 раза. Найдите среднее значение оптической плотности. Результаты измерений занесите в таблицу 1.

10. Постройте графики зависимости оптической плотности раствора от длины волны света.

11. По графику выберите светофильтр, соответствующий наибольшей оптической плотности.

Таблица 1

№ светофильтра	Длина волны λ, (нм)	Оптическая плотность D1	Оптическая плотность D2	Оптическая плотность D3	Оптическая плотность D4	Dсрt
1	315
2	364
3	400
4	440
5	490
6	540
7	590
8	670
9	750
10	870
11	980

Упражнение 2. Определение неизвестной концентрации раствора

1. Установить выбранный в п.11 упражнения 1 светофильтр.

2. Помещая в кювету растворы с различной концентрацией, измерьте их оптическую плотность.

3. Измерение проведите 4 раза для каждой концентрации. Найдите среднее значение оптической плотности для каждой концентрации раствора. Найдите ошибку эксперимента.

3. Результаты измерений занесите в таблицу 2.

4. По данным таблицы постройте график зависимости оптической плотности от известной концентрации раствора (калибровочный график), откладывая на графике ошибку измерения.

5. Поместите в кювету раствор с неизвестной концентрацией и измерьте его оптическую плотность.

5. По калибровочному графику определите неизвестную концентрацию и ошибку эксперимента.

Таблица 2

Концентрация С, %	Оптическая плотность D1	Оптическая плотность D2	Оптическая плотность D3	Оптическая плотность D4	Dсрt

Сделайте выводы по работе, оформите отчет и сдайте его преподавателю.