ПЕРВЫЙ ОТКРЫТЫЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОНКУРС УЧЕБНЫХ ПРЕЗЕНТАЦИЙ «МИР ХИМИИ-2016» Номинация – 20 «Химия будущего» Рубрика – 20. 12 Автор: Кузнецова Э. В. (г. Тверь)
Фотометрия Фотометрический анализ – один из видов молекулярного абсорбционного анализа (анализа поглощения электромагнитного излучения молекулами и сложными ионами анализируемого вещества в ультрафиолетовой (УФ), видимой и инфракрасной (ИК) областях спектра). § § Положительные стороны использования фотометрии: Наличие разнообразных фотометрических методик анализа практически на все элементы периодической системы и многочисленные органические вещества; Возможность использования относительно недорогой и доступной аппаратуры; Возможность фотометрических определений соединений в интервале от 100 до 0, 000001%, включая анализ веществ высокой степени очистки; Специфичность, относительная простота измерений
Фотометрия Спектрофотометрия Фотоколориметрия Метод основан на поглощении монохроматического излучения, т. е. полихроматического излучения, т. е. излучения с одной длиной волны в пучка лучей с близкими длинами видимой и УФ областях спектра. волны в видимой области спектра. Оба метода основаны на общем принципе — пропорциональной зависимости между светопоглощением и концентрацией определяемых веществ. Применяя фотометрический анализ, можно определять малые количества вещества, например, содержание примесей: Не ниже 0, 00005% Не ниже 0, 0001%
Основы фотометрического анализа - постоянная Планка - скорость света При поглощении излучения происходит процесс перехода в энергетическое состояние с большей энергией, сопровождающийся поглощением кванта энергии. Энергия кванта определяет длину волны, а число поглощенных квантов – интенсивность излучения. Спектр поглощения – графическая зависимость интенсивности поглощения от длины волны или волнового числа У любого вещества есть особое распределение интенсивности поглощения по длинам волн. Полоса поглощения – область интенсивного поглощения. По спектру поглощения можно определить состав и строение соединений, т. к. различные функциональные группы характеризуются определенными полосами поглощения в спектре.
Основной закон светопоглощения Объединённый закон Бугера–Ламберта–Бера – интенсивность падающего излучения; – интенсивность прошедшего излучения; – концентрация поглощающего вещества; – толщина поглощающего слоя; – молярный коэффициент поглощения. Оптическая плотность(А) характеризует поглощательную способность в-ва: Возможные причины отклонения от закона Бугера – Ламберта – Бера: § Высокая концентрация раствора (более 0, 01 моль/л); § Недостаточная монохроматизация света; § Рассеивание света; § Процессы ассоциации; § Процессы диссоциации; § Процессы протонирования; § Процессы комплексообразования.
Аппаратура и техника Измерение оптической плотности производят по отношению к раствору сравнения (раствору с концентрацией 0%) Схема прибора для фотометрических исследований Источник излучения Монохроматор Исследуемый раствор Фотоэлемент Регистрирующее устройство Раствор сравнения Виды приборов для абсорбционного анализа: 1. По способу монохроматизации лучевого потока – спектрофотометры (используют монохроматизаторы) и фотоэлектроколориметры (используют светофильтры); 2. По способу измерения – однолучевые с прямой схемой измерения, двулучевые с компенсационной схемой измерения; 3. По способу регистрации измерений – регистрирующие и нерегистрирующие.
Спектрофотометры и фотоколориметры n n n Спектрофотометры предназначены n для измерения оптической плотности в диапазоне 190 -1100 нм; Источники УФ излучения – водородная или дейтериевая лампа (сплошной спектр в интервале 180 -375 нм); Источник видимого излучения – лампа n накаливания с вольфрамовой нитью n (сплошной спектр в области 315 -1100 нм); Для работы в УФ спектре требуются кюветы из кварцевого стекла; n Монохроматоры: призма или дифракционная решетка (на схеме). Фотоэлектроколориметры предназначены для измерения оптической плотности растворов в видимой области спектра (315 -630 нм) и определения концентрации растворов; Монохроматоры: светофильтры; Максимум пропускания и минимум поглощения светофильтра должны совпадать с максимумом поглощения определяемого вещества; Кюветы изготавливаются из стекла.
Условия проведения исследований Чувствительность фотометрического исследования определяется двумя характеристиками: 1. Определяемая концентрация (Сmin) – минимальная концентрация элемента вещества в растворе, которую можно выяснить. 2. Открываемый минимум (m) — наименьшее массовое содержание вещества, которое может быть количественно выявлено данным методом, в определённом объёме. Чем больше значение молярного коэффициента поглощения (ε), тем больше чувствительность определения.
Погрешность фотометрического исследования n n n Максимальная погрешность определения – 5% Оптимальная оптическая плотность (Аопт. ) – плотность, при которой относительная погрешность в определении концентрации вещества минимальна. Аопт. =0, 434 Увеличение погрешности растёт с увеличением толщины слоя исследуемого вещества из-за увеличения рассеивания света. При выборе растворителя подбирают такой, который не поглощает излучение в исследуемом интервале волн, т. е. предел пропускания вещества и растворителя совпадать не должен.
Качественный анализ методом фотометрии n n n Для идентификации и проведения качественного анализа веществ используются значения полос поглощения λmax и εmax, которые зависят от природы вещества. Появление полос поглощения в электронных спектрах обусловлено переходами электронов в молекуле вещества между электронными уровнями из основного в возбужденное состояние. Электроны бывают: Связывающие σ- и π-электроны, которые находятся на связывающих σ и πорбиталях; Разрыхляющие σ*- и π*-электроны, которые находятся на разрыхляющих орбиталях; Несвязывающие n-электроны, которые находятся на несвязыающих nорбиталях. σ – σ* переходы наиболее редко осуществимы, λ = 100150 нм. π – π* переходы характерны для молекул ароматических соединений, λ = 200 -250 нм, ε ≈ 10 4 л·моль-1·см-1. n – π* переходы характерны для соединений, имеющих атомы N, S, O, Hal, λ = 250 -300 нм, ε ≈ 100 л·моль-1·см-1 В комплексных соединениях осуществимы d – d переходы с ε ≈ 10– 15 л·моль-1·см-1.
Количественный анализ методом фотометрии n n n Метод градуировочного графика (3 варианта): график для стандартных растворов, не содержащих посторонние вещества, построенный при оптимальных условиях; график, построенный в присутствии отдельных посторонних компонентов; график, построенный по стандартным растворам, содержащим все компоненты анализируемых объектов. Метод стандартных растворов (метод сравнения): Искомую концентрацию (Сx) находят, исходя из закона Бугера – Ламберта – Бера Измерения проводят с несколькими стандартными растворами, близкими по концентрации к исследуемому, и усредняют Сх. Формула для нахождения концентрации
Количественный анализ методом фотометрии n n n Метод добавок: Измерение оптической плотности анализируемого р-ра Ах с объемом Vx; Добавление объема V 0 этого же вещества с известной концентрацией С 0 ; Нахождение оптической плотности Ах+0 ; Расчёт концентрации Сх. Метод дифференциальной фотометрии: Оптическую плотность Ах находят по отношению к раствору определяемого вещества с концентрацией С 0 Концентрация рассчитывается с помощью: 1. Метода сравнения 2. Метода градуировочного графика Метод односторонней дифференциальной фотометрии (Сст. <С 0) Метод двухсторонней дифференциальной фотометрии (Сст. >C 0 и Cст. <С 0)
Методы определения смеси веществ Аддитивность оптической плотности – свойство смеси поглощающих веществ: 1. Спектры определяемых веществ накладываются друг на друга в широком интервале волн (только спектрофотометрический метод): 2. Спектры поглощения определяемых веществ частично накладываются друг на друга => ищут длину волны, где один компонент поглощает излучение, а другой нет. 3. Спектры поглощения определяемых веществ не накладываются друг на друга => каждый компонент определяют методом анализа индивидуального вещества.
Фотометрическое титрование n n n В процессе титрования исследуемого раствора фиксируют изменение оптической плотности; Точку эквивалентности устанавливают по максимальному изменению оптической плотности; Используют реакции, применяемые в количественном анализе.
Благодарю за внимание!
Список литературы n n n Чакчир Б. А. , Алексеева Г. М. Фотометрические методы анализа: Методические указания. – СПб. : Изд-во СПХФА, 2002. – 44 с. Фотометрические методы анализа [Электронный ресурс] / Справочник химика 21. Химия и химическая технология. − Режим доступа: http: //chem 21. info/8528/, свободный. Монохроматор [Электронный ресурс], − Режим доступа: http: //genphys. msu. ru/rus/lab/opt/408/Exprmnt 15. html, свободный. Спектрофотометрия [Электронный ресурс] / Химик. Сайт о химии. − Режим доступа: http: //www. xumuk. ru/encyklopedia/2/4164. html, свободный. Фотоколориметрия [Электронный ресурс] / Pharm. Spravka. − Режим доступа: http: //pharmspravka. ru/vvedenie-v-farmatsevticheskuyuhimiyu/metodyi-issledovaniya-lekarstvennyihveschestva/fotokolorime. html, свободный.
Скачать презентацию ПЕРВЫЙ ОТКРЫТЫЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОНКУРС УЧЕБНЫХ ПРЕЗЕНТАЦИЙ МИР ХИМИИ-2016
fa3a0a63707d1ecde061d63b61a82c69.ppt