Ім'я файлу: Реферат.docx
Розширення: docx
Розмір: 47кб.
Дата: 12.06.2023
скачати
Пов'язані файли:
Disk_TRD1.ppt
Фотометричні методи аналізу.doc
Розширення: docx
Розмір: 47кб.
Дата: 12.06.2023
скачати
Пов'язані файли:
Disk_TRD1.ppt
Фотометричні методи аналізу.doc
Зміст
Вступ. 2
1. Історія фотометричних методів дослідження. 3
2. Класифікація. 5
3. Принципи фотометрії 6
4. Теоретичні основи абсорбційної фотометрії.
5. Методи розрахунку концентрацій.
6. Фотоелектроколоріметрія,загальна характеристика методу.
7. Спектрофотометрія в УФ- і видимій ділянках спектру.
Висновки. 21
Список використаної літератури. 23
Вступ
Метод аналізу, заснований на переведенні визначуваного компонента в поглинаюче світло з'єднання з подальшим визначенням кількості цього компонента шляхом вимірювання світлопоглинання розчину отриманого з'єднання, називається фотометричним.
По забарвленню розчинів забарвлених речовин можна визначати концентрацію того або інакшого компонента або візуально, або при допомозі фотоелементів - приладів, що перетворюють світлову енергію в електричну. Відповідно до цього розрізнюють фотометричний візуальний метод аналізу, званий часто колориметричний, і метод аналізу із застосуванням фотоелементів - власне фотометричний метод аналізу.Фотометричний метод є об'єктивним методом, оскільки результати його не зале жать від здібностей спостерігача, на відміну від результатів колориметричного - суб'єктивного методу.
Ці методи складаються у вимірі поглинання променистої енергії розчинами аналізованих речовин. Характер спектра поглинання служить якісною ознакою обумовленої сполуки, а величина поглинання виступає як кількісна характеристика, що дозволяє судити про зміст компонента, що цікавить нас. Справа в тому, що поглинання променистої енергії за інших рівних умов пропорційно концентрації поглинаючої речовини.
Поняття фотометричні охоплює прийоми, які йменуються або йменувалися колориметричними, фотоелектроколориметричними, спектрофотометричними й властиво фотометричними. Походження цих термінів зв'язано зі способом виміру світлопоглинання й типом застосовуваного для цієї мети приладу. Однак в основі всіх способів лежить поглинання світла обумовленою речовиною у видимій, ультрафіолетовій і інфрачервоній області спектра.
1. Історія методів фотометричного аналізу.
Вважають, що одним з перших фотометричні методи застосував російський мінералог і хімік В.М. Севергин, що працював наприкінці ХVIII – початку ХIX століть. У другій половині ХIХ століття деякі методи цього типу використали на заводах, наприклад у Нижньому Тагілі. Широке ж поширення фотометрія одержала в Радянському Союзі, починаючи з 30-х років ХХ століття. По числу наукових публікацій фотометричний метод посідає перше місце. У дуже великому масштабі метод використовують у практиці аналізу найрізноманітніших об'єктів. Достоїнство цих прийомів у досить низькій межі виявлення, доступності й простоті, що сполучаються в багатьох випадках з достатньою вибірковістю й швидкістю; точність визначень також для ряду цілей цілком задовільна: відносна помилка звичайно становить 5-10 %. Важливо й те, що фотометричні методи розроблені практично для всіх елементів і дуже багатьох органічних сполук.
Майже завжди виміру поглинання передує переклад обумовленого компонента в нову хімічну форму, що саме й відрізняє сильним поглинанням променистої енергії. Це може бути пофарбована сполука або сполуки, що поглинають випромінювання в ультрафіолетовій і інфрачервоній області спектра. Відшукання такої сполуки, вибір умов його утворення, знаходження прийомів усунення перешкод з боку інших компонентів – мета й істота хімічної теорії фотометричних методів. Найбільше поширення одержали прийоми, у яких використовують пофарбовані комплекси з органічними реагентами; наукові дослідження в основному присвячені саме цим комплексам, з'ясуванню хімізму відповідних реакцій.
Колись задовольнялися виключно утилітарним результатом: емпірично підібрана кольорова реакція служила цілям визначення елемента або сполуки, але істота процесів, що протікають при цьому, часом було незрозумілим. У переведеній на російську мову в 1935 р. книзі Йоу «Колориметричний аналіз» маса методик, але майже немає відомостей про хімічну істоту описаних реакцій. Наприклад, визначення заліза по реакції з роданідом використали широко, але сполука поглинаюче світло комплексу не знали. Однак з тих пор у хімії пофарбованих сполук досягнуть величезний прогрес. Відомий механізм майже всіх широко застосовуваних у фотометрії реакцій, при розробці нових прийомів обов'язковим вважається з'ясування природи сполук, що утворюються, і опис ряду їхніх фізико-хімічних властивостей, наприклад стійкості в розчині. Ці вимоги вироблені при активній участі відомих хіміків-аналітиків А.К. Бабко й А.Т. Пилипенко.
2. Класифікація методів фотометрії.
Методи аналізу, засновані на поглинанні електромагнітного випромінювання аналізованими речовинами, складають велику групу абсорбційних оптичних методів. При поглинанні світла атоми і молекули аналізованих речовин переходять у новий збуджений стан.
У залежності від виду поглинаючих часток і способу трансформування поглиненої енергії розрізняють:
1. Атомно-абсорбційний аналіз, заснований на поглинанні світлової енергії атомами аналізованих речовин.
2. Молекулярний абсорбційний аналіз, тобто аналіз поглинання світла молекулами аналізованої речовини в ультрафіолетовій, видимій і інфрачервоній областях спектра (спектрофотометрія, фотоколориметрія, Ик-спектроскопія).
3. Аналіз поглинання і розсіювання світлової енергії зваженими частками аналізованої речовини (турбидиметрія, нефелометрія).
4. Люмінесцентний (флуорометричний) аналіз, заснований на вимірі випромінювання, що виникає в результаті виділення енергії збудженими молекулами аналізованої речовини.
Усі ці методи іноді поєднують в одну групу спектрохімічних чи спектроскопічних методів аналізу, хоча вони і мають істотні розходження.
Фотоколориметрія і спектрофотометрія засновані на взаємодії випромінювання з однорідними системами, і їх звичайно поєднують в одну групу фотометричних методів аналізу.
3. Принципи фотометрії
У фотометричних методах використовують виборче поглинання світла молекулами аналізованої речовини. Відповідно до квантової механіки світло являє собою потік часток, називаних квантами чи фотонами. Енергія кожного кванта визначається довжиною хвилі випромінювання. У результаті поглинання випромінювання молекула поглинаючого речовини переходить з основного стану з мінімальною енергією E1 у більш високий енергетичний стан Е2. Електронні переходи, викликані поглинанням строго визначених квантів світлової енергії, характеризуються наявністю строго визначених смуг поглинання в електронних спектрах поглинаючих молекул. Причому поглинання світла відбувається тільки в тому випадку, коли енергія кванта, що поглинається, збігається з різницею енергій ΔЕ між квантовими енергетичними рівнями в кінцевому (E2) і початковому (E1) станах поглинаючої молекули:
hv = ΔЕ = Е2 – E1
Тут h – стала Планка (h = 6,625*10–34 Дж*с); v – частота випромінювання, що поглинається, що визначається енергією поглиненого кванта і виражається відношенням швидкості поширення випромінювання з (швидкості світлової хвилі у вакуумі с = 3*1010 см/с) до довжини хвилі λ: v = с/λ. Частота випромінювання v виміряється в зворотних секундах (с-1), герцах (Гц). 1 Гц = 1 с-1.
Довжина хвилі λ виміряється в ангстремах (1 A = 1*10–8 см), мікрометрах чи мікронах (1 мкм = 1 мк = 1*10–6 м), нанометрах чи мілімікронах (1 нм = 1 ммк = 10 A = 1*10–9 м).
Енергія випромінювання характеризується електромагнітним спектром, що охоплює область від кілометрових радіохвиль до десятих часток ангстрема γ-випромінювання і космічних променів. Для характеристики ділянки спектра часто використовують також хвильове число θ, що показує, яке число довжин хвиль приходиться на 1 см шляху випромінювання у вакуумі, і визначається співвідношенням: θ = 1/λ.
Природа смуг поглинання в ультрафіолетовій (10–400 нм) і видимої (400–760 нм) областях спектра однакова і зв'язана головним чином з числом і розташуванням електронів у поглинаючих молекулах і іонах. В інфрачервоній області (0,8–1000 мкм) вона в більшому ступені зв'язана з коливаннями атомів у молекулах поглинаючої речовини.
У залежності від використовуваної апаратури у фотометричному аналізі розрізняють спектрофотометричний метод – аналіз по поглинанню монохроматичного світла і фотоколориметричний – аналіз по поглинанню поліхроматичного (немонохроматичного) світла у видимій області спектра. Обидва методи засновані на пропорційній залежності між світлопоглинанням і концентрацією поглинаючої речовини.
4. Теоретичні основи абсорбційної фотометрії
Абсорбційна фотометрія — метод аналізу, що базується на визначенні спектра поглинання або вимірюванні світлопоглинання при певній довжині хвилі, яка відповідає максимуму кривої поглинання досліджуваної речовини. Аналіз здійснюють за поглинанням речовинами монохроматичного випромінювання у видимій, УФ- і ІЧ-ділянках спектра.
АФ икористовують для ідентифікації сполук, дослідження складу, будови і кількісного аналізу індивідуальних речовин і багатокомпонентних систем. Криву залежності поглинання від довжини хвилі або хвильового числа називають спектром поглинання речовини. Ця крива є специфічною характеристикою певної речовини.
Якісний аналіз речовин за їх спектрами поглинання проводять двома способами: за відомими параметрами спектра поглинання досліджуваної речовини; порівнянням спектрів поглинання розчину стандартної речовини і розчину досліджуваної речовини одного й того ж складу. Застосування в аналізі методу спектрофотометрії, як і інших фотометричних методів, ґрунтується на використанні для визначення концентрацій речовин закону Бугера — Ламберта — Бера: lg(I0/I)=χ·C·l, де I0 — інтенсивність електромагнітного випромінювання, що падає на розчин речовини; I — інтенсивність електромагнітного випромінювання, яке пройшло через розчин речовини; l — товщина шару розчину; C — концентрація розчину, що досліджується; χ — показник поглинання розчину. Величину lg(I0/I) називають оптичною густиною. Її позначають буквами А або D.
Показник поглинання χ — константа для кожної речовини при певній довжині хвилі світлового випромінювання. Вона дорівнює оптичній густині розчину з концентрацією та товщиною шару, що дорівнюють одиниці. Якщо концентрацію виражають у моль/дм3, то χ позначають через ε і називають молярним коефіцієнтом світлопоглинання (молярний коефіцієнт екстинкції). У разі, коли С — масооб’ємна концентрація, коефіцієнт χ називають питомим коефіцієнтом світлопоглинання (питомим коефіцієнтом екстинкції) з відповідним позначенням
. Зв’язок між ε і
виражають залежністю ε= •M/10, де М — мол. м. певної речовини.На відміну від фотоколориметричних визначень, у C. можна аналізувати не тільки забарвлені, але й безбарвні розчини. В останньому випадку аналіз проводять не у видимій, а в УФ- або ІЧ-ділянках спектра.
Основним видом приладів для С. є спектрофотометри, в яких, на відміну від фотоелектроколориметрів, монохроматизація забезпечується не світлофільтрами, а спеціальними оптичними пристроями — монохроматорами, які дозволяють безперервно змінювати довжину хвилі електромагнітного випромінювання, що проходить крізь розчин, який аналізують.
У спектрофотометричному аналізі, як і у фотоколориметрії, необхідно створювати оптимальні умови для досягнення певної точності та відтворюваності результатів. Відносна помилка спектрофотометричних визначень індивідуальних речовин не перевищує 2%.
5. Методи розрахунку концентрацій.
Концентрацію досліджуваної речовини в аналізованому розчині знаходять на підставі результатів фотометричних визначень різними способами.
1. Метод градуювального графіку На відміну від інших фотометричних методів, метод градуювального графіку використовується й тоді, коли спостерігаються відхилення від основного закону світлопоглинання. Для побудови градуювального графіку готують серію з 5-8 еталонних розчинів різних концентрацій, (не менше 3 паралельних розчинів для кожної точки). Вимірюють оптичну густину за аналітичної довжини хвилі на фоні компенсаційного розчину та будують градуювальний графік в координатах А-f(С). Вимірюють оптичну густину аналізованого розчину в тих же умовах, в яких вимірювали оптичну густину еталонних розчинів. За знайденим значенням А знаходять концентрацію досліджуваної речовини на градуювальному графіку. 2. Метод стандарту. Метод застосовується, якщо виконується основний закон світлопоглинання. Готують стандартний розчин (розчин з точно відомою концентрацією досліджуваної речовини) та вимірюють його оптичну густину за аналітичної довжини хвилі по відношенню до компенсаційного розчину. В тих же умовах вимірюють оптичну густину аналізованого розчину з невідомою концентрацією досліджуваної речовини. Концентрацію розраховують за формулою:
ДФУ рекомендує метод стандарту як найбільш точний метод визначення концентрації.
3. Визначення концентрації за питомим або молярним показником поглинання Метод можна застосовувати за умови виконання основного закону світлопоглинання. Вимірюють оптичну густину аналізованого розчину та за виміряним значенням розраховують концентрацію за формулами:
Значення молярного та питомого показників поглинання розраховують на підставі даних фотометричних вимірювань оптичної густини еталонних розчинів з точно відомою концентрацією досліджуваної речовини. 4. Метод добавок стандарту
5. Диференційний метод
6. Метод фотометричного титрування Група методів титриметричного аналізу, в яких кінцева точка титрування визначається за різкою зміною оптичної густини в точці еквівалентності або поблизу неї. При цьому використовуються усі реакції, які зустрічаються в титриметричному аналізі та особливо широко - комплексоутворення.
6. Фотоелектроколоріметрія.
Фотоелектрометрія являється методом кількісного аналізу, що ґрунтується на вимірюванні ступеня поглинання або пропускання немонохроматичного світла речовиною, яку визначають. Прилади, які використовують з цією метою, називають фотоколориметрами. Залежно від кількості фотоелементів, які використовують при вимірюваннях, фотоколориметри розділяють на 2 групи: 1) фотоколориметри з одним фотоелементом (однопроменеві або одноплечові прилади);
2) фотоколориметри з двома фотоелементами (двопроменеві або двоплечові прилади).
У промислових та наукових лабораторіях частіше використовують двопроменеві фотоколориметри, оскільки точність вимірювань на цих приладах більша, ніж на однопроменевих. Методи визначення концентрації у Ф.:
- метод порівняння оптичної густини стандартного і досліджуваного розчинів; метод визначення за середнім значенням молярного коефіцієнта поглинання;
метод градуювального графіка;
метод домішок;
метод фотометричного титрування.
7. Спектрофотометрія в УФ- і видимій ділянках спектру
Спектроскопію, що вивчає і досліджує спектри поглинання і відбиття в УФ- та видимій ділянці спектра – в оптичному діапазоні довжин 6хвиль (10-760 нм) – ще називають оптичною спектроскопією. Випромінювання оптичного діапазону пов'язане з процесами, які відбуваються з участю зовнішніх (оптичних або валентних) електронів атомів. Останнім часом до оптичної спектроскопії відносять і методи, які використовують випромінювання інфрачервоного діапазону. Ультрафіолетова спектроскопія – розділ спектроскопії, що вивчає і досліджує спектри поглинання і відбиття в УФ-області спектру, тобто від 400 нм до 10 нм. Для багатьох хімічних сполук характерні сильні смуги поглинання в УФ- і видимій області, що створює переваги використовування ультрафіолетової і видимої абсорбційної спектроскопії в спектральному аналізі. Різні молекули абсорбують опромінювання при різних довжинах хвилі. Спектр поглинання містить число смуг, які відповідають певним структурних групам досліджуваної молекули. Наприклад, абсорбція карбонільної групи ацетону спостерігається в УФ-області при тій же довжині хвилі, що і для діетилкетону. Цей метод дозволяє відслідковувати кінетику хімічної реакції та її швидкість при вимірюванні спектрів поглинання через певні проміжки часу. Константа рівноваги Kр може бути також розрахована за допомогою УФ-спектрометричного методу. Після визначення оптимальних довжин хвиль для всіх компонентів (реагентів), які знаходяться у стані рівноваги, можна моніторити реакцію до досягнення її рівноважного стану і визначати концентрації реагуючих речовин при їх раніше зафіксованих довжинах хвиль. Так, Kр = [Продукти реакції] / [Вихідні реагенти]. Іноді під спектрофотометрією розуміють розділ фізики, що об'єднує спектроскопію (як науку про спектри електромагнітного випромінювання), фотометрію і спектрометрію (як теорію і практику виміру інтенсивності і довжини хвилі (чи частоти) електромагнітного випромінювання); на практиці спектрофотометрію часто ототожнюють з оптичною спектроскопією.
УФ- та видима абсорбційна спектроскопія базується на вимірюванні ступеню ослаблення інтенсивності променя світла після його проходження через зразок або після відбиття від поверхні певного зразка. Вимірювання абсорбції (поглинання) може відбуватися на одній довжині хвилі, або у певному спектральному діапазоні. Багато молекул поглинають ультрафіолет або видиме світло. Поглинання світла у розчині підвищується і при цьому одночасно відбувається ослаблення інтенсивності променя. Поглинання (А) прямо пропорційне довжині шляху променю, що проходить через зразок (b), і концентрації (c) абсорбуючого зразка. Закон Бугера-Ламберта-Бера, який описує цей процес, стверджує, що A = εbc, де ε – константа пропорційності, або молярний коефіцієнт абсорбції. Світло, проходячи через будь-яке середовище, повністю або частково поглинається. Поглинання (абсорбція) світла пов’язане з перетворенням у речовині енергії електричного випромінювання у інші види енергії. З точки зору електронної теорії, взаємодія світла і речовини зводиться до взаємодії електромагнітного поля світлової хвилі з атомами і молекулами речовини. Енергія електромагнітної хвилі, яка затрачується на збудження коливань, частково повертається у вигляді випромінювання вторинних хвиль, які випромінюються зарядженими частинками, що рухаються, а частково переходить у інші форми енергії, наприклад у енергію руху атомів, тобто у внутрішню енергію речовини. Інтенсивність світла при проходженні через речовину зменшується – здійснюється поглинання світла.
Висновки
Список використаної літератури
1. Алесковский В.Б., Бардин В.В., Бойчинова Е.С. и др. Физико-химические методы анализа. Л.: Химия, 1988.
2. Уильямс Б., Уилсон К. Методы практической биохимии. М.: Мир, 1978.
3. Мецлер Д. Биохимия. М.: Мир, 1980.
4. Рубин А.Б. Биофизика. М.: Высшая школа, 1987.
5. Практикум по биохимии. Под редакцией С.Е. Северина, Г.А. Соловьевой. М.: Московский университет, 1989.
6. Волькенштейн М.В. Биофизика. М.: Наука, 1981.
//ua-referat.com