Принцип и алгоритм работы на оптических приборах: спектрофотометре, фотометре, хроматографе

Хроматография — метод разделения, анализа и физико-химических исследований веществ, основанный на перемещении зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы с многократным повторением сорбционных и десорбционных актов. При этом разделяемые вещества распределяются между двумя несмешивающимися фазами (в зависимости от их относительной растворимости в каждой фазе): подвижной и неподвижной. Хроматограф — прибор для разделения смеси веществ методом хроматографии.

Если для измерения светопропускания а, следовательно, и концентрации раствора использовать прибор – фотоэлектроколориметр, то такой метод анализа называется фотометрическим.

Спектрофотометрия - метод исследования и анализа веществ, основанный на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения.Для измерения спектров используют спектральные приборы – спектрофотометры.

Принцип работы: При колориметрических определениях о количестве определяемого элемента (или иона) судят по интенсивности окраски раствора, вызванной присутствием в нем окрашенного соединения этого элемента, полученного по реакции его с реактивом. Чем интенсивнее окраска, тем больше элемента (иона) в растворе и наоборот.

В основе фотометрических измерений лежит закон Ламберта-Бера. Если поток монохроматического света с интенсивностью J₀ падает на однородный слой какого-либо вещества, то часть его (с интенсивностью J_r) отражается от последнего, часть (J_а) поглощается и часть (J_t) проходит через слой, причем:

J₀ = J_r+ J_а + J_t

В случае водных растворах величина J_rочень мала и ей можно пренебречь тогда:

J₀ = J_а + J_t

Величина J_а зависит от наличия в растворе окрашенного вещества, которое поглощает свет гораздо сильнее, чем растворитель.

Зависимость между интенсивностью окраски раствора и содержанием в них окрашенного вещества описывается уравнением:

 

J_t = J₀ .10^-ε.с.С, (Закон Ламберта-Бера)

 

ε - коэффициент светопоглощения, постоянная величина, зависит от природы окрашенного вещества.

с – концентрация окрашенного вещества в растворе.

С – толщина слоя светопоглощаещего раствора.

Если прологарифмировать уравнение Ламберта-Бера и изменить знаки то получим:

-ε ^. с^.С ^. + Сg^.J₀ = Сg^.J_t

Сg^.J₀ – Сg^.J_t = ε ^. с^. С

Величина Сg^.J₀ – Сg^.J_tназывается оптической плотностью раствора Д, то есть:

Д = ε^.с ^. С

Оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации окрашенного вещества и прочих равных условиях оптическая плотность этого раствора будет тем больше, чем больше в нём содержится окрашенного вещества. При использовании фотоэлектроколориметра измерение оптической плотности растворов производится фотоэлементами.

 

Световой поток проходит через кювету (с определенной толщиной слоя раствора), наполненную исследуемым окрашенным раствором.

Прошедший через раствор световой поток принимается фотоэлементом, в котором световая энергия превращается в электрическую. Возникающий при этом электрический ток измеряется при помощи чувствительного гальванометра.

При определении этим методом концентрации исследуемого вещества измеряют оптическую плотность исследуемого раствора (Д_исл.) и эталонного (Д_этал), концентрация которого известна, при одинаковой толщине слоя.

 

Расчет производится по формуле:

Д_исп.

С_исл. =_____ С_этал.

Д_этал.

 

Для получения пучка монохроматического света используются светофильтры – набор цветных стёкол, которые характеризуются эффективной длиной волны.

 

Для выбора светофильтра в каждом конкретном случае снимают оптическую характеристику раствора – то есть зависимость его оптической плотности от эффективной волны светофильтра. Для этого измеряют оптическую плотность одного и того же раствора при различных светофильтрах и выбирают, при котором она максимальна.

Алгоритм определения на спектрофотометре

1. Включите спектрофотометр «Solar» в сеть.

2. Внимательно прочитайте инструкцию.

3. Установите заданную длину волны.

4. Обнулите контрольный раствор.

5. Установите в кюветное отделение кюветы с исследуемым образцом (использовать надосадочные растворы с лабораторной работы № 1). Крышку закрыть. Нажать кнопку «А». Через 1-2 секунды на табло отобразиться измеренная величина оптической плотности.

6. Прибор выключить согласно инструкции.

Оформите результаты. Сделайте вывод.