20. Оптическая плотность. Фотоколориметры

Оптическая плотность D, мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей.

, где

 - коэффициент поглощения (экстинкции) светового потока. Зависит от природы вещества и длины волны света.

С – концентрация вещества в растворе в м/л.

l – толщина слоя светопоглощающего раствора.

Оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации светопоглощающего вещества в растворе и толщине слоя раствора. Другими словами, при определённой толщине слоя раствора, оптическая плотность будет тем больше, чем больше концентрация вещества в растворе. Отсюда следует, что, определяя оптическую плотность раствора, можно напрямую определять концентрацию вещества в растворе. При помощи современной техники оптическая плотность может быть измерена очень точно. Увеличивая толщину слоя l можно измерять очень малые концентрации веществ.

Фотоколориметр — оптический прибор для измерения концентрации веществ в растворах. Действие колориметра основано на свойстве окрашенных растворов поглощать проходящий через них свет тем сильнее, чем выше в них концентрация с окрашивающего вещества. В отличие от спектрофотометра, измерения ведутся в луче не монохроматического, а в полихроматического узко спектрального света, формируемого светофильтром. Применение различных светофильтров с узкими спектральными диапазонами пропускаемого света позволяет определять по отдельности концентрации разных компонентов одного и того же раствора. В отличие от спектрофотометров, фотоколориметры просты, недороги и при этом обеспечивают точность, достаточную для многих применений.

Колориметры разделяются на визуальные и объективные (фотоэлектрические) — фотоколориметры. В визуальных колориметрах свет, проходящий через измеряемый раствор, освещает одну часть поля зрения, в то время как на другую часть падает свет, прошедший через раствор того же вещества, концентрация которого известна. Изменяя толщину l слоя одного из сравниваемых растворов или интенсивность I светового потока, наблюдатель добивается, чтобы цветовые тона двух частей поля зрения были неотличимы на глаз, после чего по известным соотношениям между l, I и с может быть определена концентрация исследуемого раствора.

Фотоэлектрические колориметры (фотоколориметры) обеспечивают большую точность измерений, чем визуальные; в качестве приёмников излучения в них используются фотоэлементы (селеновые и вакуумные), фотоэлектронные умножители, фоторезисторы (фотосопротивления) и фотодиоды. Сила фототока приемников определяется интенсивностью падающего на них света и, следовательно, степенью его поглощения в растворе (тем большей, чем выше концентрация). Помимо фотоэлектрического колориметра (фотоколориметра) с непосредственным отсчетом силы тока, распространены компенсационные колориметры, в которых разность сигналов, соответствующих стандартному и измеряемому растворам, сводится к нулю (компенсируется) электрическим или оптическим компенсатором (например, клином фотометрическим); отсчет в этом случае снимается со шкалы компенсатора. Компенсация позволяет свести к минимуму влияние условий измерений (температуры, нестабильности свойств элементов колориметра) на их точность. Показания колориметра не дают сразу значений концентрации исследуемого вещества в растворе — для перехода к ним используют градуировочные графики, полученные при измерении растворов с известными концентрациями.

Измерения с помощью колориметра отличаются простотой и быстротой проведения. Точность их во многих случаях не уступает точности других, более сложных методов химического анализа. Нижние границы определяемых концентраций в зависимости от рода вещества составляют от 10⁻³ до 10⁻⁸ моль/л.

21.Схема ФЕКа , который основан на сопоставлении 2-х световых потоков ,где Л-лампа , З-зеркала ,Сф-светофильтры, К-конденсаторы, А- кювета с контролируемым раствором, Ф1 и Ф2-фотоэлементы,ЭУ-электронный усилитель, ИН-индикатор нуля, ОК-оптический клин.

Принцип работы: световой поток от лампы Л разделяется на 2 потока и отражаясь от зеркал З попадает на одинаковые фотоэлементы Ф1 и Ф2.Поток,который идет через верхний световой канал проходит через светофильтр Сф, конденсата К и оптический клин ОК, а поток света ,который идет через нижний световой канал проходит через нижний светофильтр Сф конденсата К и кюветы А, которая заполнена контролируемым веществом. Фотоприёмники Ф1 и Ф2 соединяются встречно и в их контур включается электронный усилитель ЭУ. Меняя положения ОК (оптический клин) добиваются равенства световых потоков в обоих каналах. Тогда оба канала выдадут одинаковые фототоки и сигнал расбаланса на входе в электронный усилитель станет равен нулю, и индикатор ИН покажет ноль. После выставления показания прибора на ноль, т.е. уравновесили схему, помещаем кювету А с контролируемым раствором в прибор, в следствии изменения равенства световых потоков возникнет разбаланс, который подастся на электронный усилитель. Для того ,чтобы уровнять световые потоки необходимо перемещать ОК до тех пор, пока не перестанет подаваться сигнал расбаланса на усилитель, т.е. выровняются фототоки и стрелка, которая соединена с оптическим клином не покажет действующее значение концентрации раствора, размещенного в кювете А.

22. Рефрактометры предназначены для определения показателя преломления исследуемого вещества, на основе которого делается вывод о его составе, наличии примесей, определяется процентный состав растворенных сухих веществ. Данные приборы предназначены для изучения неагрессивных жидкостей средней вязкости и твердых тел.

Рефрактометры применяются в химической промышленности,

пищевой промышленности , для анализа продуктов и сырья, в медицине и ветеринарии; в фармацевтической промышленности для исследования водных растворов лекарственных препаратов, а также во многих других отраслях производства.

Обычно показатели преломления жидких и твердых тел рефрактометрией определяют с точностью до 0,0001 на рефрактометрах, в которых измеряют предельные углы полного внутреннего отражения. Наиболее распространены рефрактометры Аббе с призменными блоками и компенсаторами дисперсии, позволяющие определять линии спектра в "белом" свете по шкале или цифровому индикатору. Максимальная точность абсолютных измерений (10 -10) достигается на гониометрах с помощью методов отклонения лучей призмой из исследуемого материала. Для измерения показателей преломления газов наиболее удобны интерференционные методы. Интерферометры используют также для точного (до 10 -7) определения разностей показателей преломления растворов. Для этой же цели служат дифференциальные рефрактометры, основанные на отклонении лучей системой двух-трех полых призм.

Автоматические рефрактометры для непрерывной регистрации показателей преломления в потоках жидкостей используют на производствах при контроле технологических процессов и автоматическом управлении ими, а также в лабораториях для контроля ректификации и как универсальные детекторы жидкостных хроматографов.

Рефрактометрия, выполняющаяся с помощью рефрактометров, является одним из распространённых методов идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ.

23.

1— осветитель; 2— коллиматор; 3 — кювета; 4, 5 -- призмы; 6 — фотоэлементы.

Кювета состоит из двух камер, разделенных прозрачной перегородкой, одна из которых заполне­на эталонным раствором заданной концентрации, а другая — контролируемым раствором. При равенстве показателей преломления эталонной п и контролируемой п' жидкостей луч света проходит через обе камеры без отклонений, а при изменении кон­центрации контролируемой среды, показатель п" изменяется и луч света отклоняется. Отклонение луча тем больше, чем заметнее различие между концентрациями эталонной и контролируемой жидкостей. Конструкция дифференциальной кюветы обеспечива­ет температурную компенсацию, т. е. равенство температур, при которых находятся обе жидкости.

24. При измерении масс-спектрометрами используют основной физический параметр вещества — массу молекулы или атома. Это позволяет определять состав вещества независимо от его хи­мических и физических свойств. Преимущество масс-спектрометрическего метода — быстрый и полный анализ многокомпонентных газовых смесей. При этом для анализа требуются ничтожно малые количества вещества. '

В условиях глубокого вакуума молекулы или атомы анализи­руемого вещества ионизируются с образованием положительно заряженных ионов. Ионы, получившие ускорение в электрическом поле, разделяются по своим массам в магнитном поле. Сумма электрических зарядов движущихся ионов образует ионный ток. Измерение силы ионного тока, создаваемого частицами той или иной массы, позволяет судить о концентрации частиц в общем составе анализируемого вещества. В масс-спектрометре любой конструкции основной частью является масс-анализатор, в котором происходят ионизация, формирование ионного луча, разделение его на составляющие ионные лучи, соответствующие строго оп­ределенным массам, и последовательное раздельное собирание ионных лучей на коллекторе. Соответственно указанным процес­сам масс-анализатор любого масс-спектрометра состоит из источ­ника ионов, собственно анализатора и приемника ионов.

По конфигурации и взаимной ориентации магнитных и электри­ческих полей, а также по характеру изменения этих полей во вре­мени масс-спектрометры делятся на четыре группы:.с разделением ионов в однородном магнитном поле; с разделением ионов в не­однородном магнитном поле; с разделением ионов по времени пролета; радиочастотные.

Преимущественное применение получили масс-спектрометры с разделением ионов в однородном магнитном поле и по времени пролета.

25. Автоматический рефрактометр.