При фотоколориметрическом определении учитывают изменение интенсивности света, прошедшего через раствор. ФЭК-М используется при определении активности некоторых ферментов, под влиянием которых происходит изменение (окрашивание) субстрата. При этом сравнивают не окраску двух растворов, а их экстинкцию - величину, характеризующую ослабление света при прохождении его через некоторую среду, обусловленное поглощением или адсорбцией и рассеиванием света мелкими частицами или молекулами самой среды. Это делается при помощи ряда приспособлений и устройств.
Построение калибровочных кривых. При фотоколориметрических определениях пользуются калибровочными кривыми, выражающими зависимость оптической плотности и пропускания света от концентрации раствора. Определяют оптическую плотность исследуемого раствора и по калибровочной кривой находят соответствующие им концентрации.
Серию стандартных растворов исследуемого вещества готовят из одного исходного раствора известной концентрации. Для каждого раствора находят величину оптической плотности Д. Компенсирующей жидкостью (контролем) в этих определениях служит растворитель. Измерения Д производятся при соответствующем светофильтре в кюветах определенной длины (10-30 мм).
Полученные результаты изображаются графически. На оси абсцисс откладывают концентрацию растворов, на оси ординат - соответствующие им значения оптической плотности.
Вычерчиваются кривые, которыми в дальнейшем пользуются для определения концентрации исследуемого вещества в растворе.
Прибор работает по принципу уравнения двух световых потоков в результате изменения ширины щели, через которую проходит один световой поток; на пути второго помещаются клинья, поглощающие часть света (рис. 18). Световые пучки от лампы J1, отразившись от зеркал З1и З2 проводят через светофильтры С1 и С2, кюветы А1 и А2 и попадают на фотоэлементы Ф1 и Ф2, включенные с гальванометром Г по дифференциальной схеме, т. е. так, что при равенстве интенсивности световых пучков, падающих на фотоэлементы, стрелка гальванометра стоит на нуле. Интенсивность правого светового потока регулируется изменением ширины щели диафрагмы Д, которая связана с двумя барабанами, находящимися на одной оси. Вращением барабанов меняют ширину щели. Интенсивность лево», го потока можно изменить при помощи круговых фотометрических клиньев К.
Фотометрический анализ включает спектрофотометрию, фотоколориметрию и визуальную фотометрию, которую обычно называют колориметрией.
Каждое вещество поглощает определенные (характерные только для него) длины волн, т. е. длина волны поглощаемого излучения индивидуальна для каждого вещества, и на этом основан качественный анализ по светопоглощению.
Основой количественного фотометрического анализа является закон Бугера - Ламберта -Бера:
где I 0 , I – интенсивности потоков света, направленного на поглощающий раствор и прошедшего через него; с - концентрация вещества, моль/л; l - толщина светопоглощающего слоя, см; ε - молярный коэффициент светопоглощения.
Из уравнения (13.1) следует (I / I 0 ) = 10 – ε lc , откуда
lg(I/I 0 ) = – ε lc, или –lg(I/I 0 ) = А = εlc,
где А - оптическая плотность раствора.
Часто используют также величину, называемую пропусканием, Т:
.
Пропускание связано с оптической плотностью раствора соотношением
–lgT = – lg (I / I 0 ) = A . (2)
Из уравнений (13.1) и (13.2) получается еще одно выражение для закона Бугера-Ламберта-Бера:
А = ε 1с. (3)
Графически зависимость оптической плотности от концентрации окрашенного вещества, если выполняется закон Бугера- Ламберта-Бера, выражается прямой, проходящей через начало координат. Эта зависимость соблюдается при выполнении определенных условий (работа с разбавленными растворами, монохроматичность падающего света и т. д.).
Возможности современных измерительных приборов таковы, что позволяют измерять величину А от 0,02 до 3,0. Однако для получения удовлетворительных по точности результатов значения измеряемой оптической плотности должны находиться в пределах 0,05 А
Для определения концентрации анализируемого вещества наиболее часто используют следующие методы: 1) метод молярного коэффициента светопоглощения; 2) метод градуировочного графика; 3) метод добавок; 4) метод дифференциальной фотометрии; 5) метод фотометрического титрования.
Фотометрическим методом можно определять также компоненты смеси двух и более веществ. Эти определения основаны на свойстве аддитивности оптической плотности:
А см =А 1 +А 2 +…+A n
где А см - оптическая плотность смеси; A 1 , ε 1; с 1 - соответственно оптическая плотность , молярный коэффициент светопоглощения и концентрация первого компонента смеси; А 2 , ε 2 , с 2 - те же величины для второго компонента смеси и т. д.
Расчет концентрации веществ, находящихся в смеси, может быть выполнен либо графическим, либо аналитическим методом.
Общие рекомендации
по выполнению лабораторных работ.
При выполнении настоящего практикума , необходимо:
Порядок работы на фотоэлектроколориметре ФЭК-56М
Прибор предназначен для измерения оптической плотности растворов пределах от 0 до 1,3; большие оптические плотности измеряются менее точно.
Принцип работы фотоэлектроколориметров состоит в сравнении интенсивности потоков света, прошедшего через растворитель (I 0) и через исследуемый раствор (I). Внешний вид и оптическая схема ФЭК-56М представлена на рис. 4 и 5.
Рис. 4. Внешний вид фотоэлектроколориметра ФЭК-56М: 1 – источник света (лампа накаливания); 2 – шторка; 3 – кюветное отделение; 4 – барабан светофильтров; 5, 6 – левый и правый барабаны; 7 – микроамперметр; 8 , 9 – шкалы для считывания показаний .
Для измерения светопоглощения выбирают спектральную область, в которой чувствительность анализа наиболее высокая. Фотоэлектроколориметр ФЭК-56М снабжен кассетой с девятью светофильтрами (табл.6). При выборе светофильтра необходимо знать области поглощения света веществом (его спектр).
Таблица 6
Характеристики светофильтров
№ светоф.
|
Длина волны в максимуме пропускания, нм |
Ширина полосы пропускания, нм |
1 |
290 – 340 |
35 |
2 |
340 – 390 |
25 |
3 |
360 – 440 |
45 |
4 |
400 – 480 |
40 |
5 |
455 – 525 |
35 |
6 |
510 – 565 |
25 |
7 |
565 – 615 |
25 |
8 |
640 – 690 |
20 |
9 |
730 – 770 |
20 |
Как известно, ощущение цвета возникает в результате воздействия на зрительный нерв электромагнитного излучения с длинами волн 380-760 нм (т. н. видимая часть спектра). Суммарное действие электромагнитных излучений во всем указанном интервале вызывает ощущение белого цвета. При отсутствии в видимой части спектра определенного интервала длин волн возникнет ощущение цветности. Если вещество поглощает луч какого-либо цвета (назовем его спектральным), оно окрашивается в так называемый дополнительный цвет. Именно он возникает в зрительном аппарате , если из белого луча изымается спектральный цвет. Например, если вещество поглощает свет с длиной волны 590 нм (желтый), то оно окрашено в синий цвет (425 нм).
В соответствии с вышесказанным, цвет светофильтра должен являться дополнительным по отношению к окраске раствора (табл.7).
Таблица 7
Соотношение окраски растворов и характеристики светофильтров
Окраска раствора
|
Поглощаемая длина волны, нм |
Цвет светофильтра |
Длина волны пропускаемого света, нм |
Зеленовато-желтая |
400 |
Фиолетовый |
400 – 430 |
Желтая |
425 |
Синий |
420 – 450 |
Оранжевая |
450 |
Зеленовато-синий |
430 – 460 |
Красная |
490 |
Синевато-зеленый |
460 – 500 |
Пурпурная |
510 |
Зеленый |
490 – 530 |
Фиолетовая |
530 |
Зеленовато-желтый |
520 – 550 |
Синяя |
590 |
Желтый |
590 |
Сине-зеленая |
640 |
Красный |
600 – 650 |
Рис. 5. Оптическая схема ФЭК-56М. 1 – ; 2 – сменный светофильтр; 3 – призма; 4 – зеркала; 5 – кюветы с растворами; 6 – раздвижные диафрагмы с измерительными барабанами; 7 – фотоэлементы; 8 – усилитель; 9 – микроамперметр.
Порядок работы на приборе ФЭК-56М:
Во время измерений барабаны следует подводить к нужному положению каждый раз с одной и той же стороны , чтобы исключить люфт в механизме.
По окончанию работы закрывают шторку, выключают электропитание, вынимают кюветы, промывают их дистиллированной водой, сушат и убирают в футляр.
Реактивы. Железоаммонийные квасцы NH 4 Fe(SO 4) 2 ∙12Н 2 О, стандартный раствор с содержанием железа 0,15 мг/мл (раствор 1). Тиоцианат калия (аммония) KSCN (NH 4 SCN), 10% -й раствор. Хлороводородная кислота НС1, 2М раствор.
Посуда.
Колбы мерные (50 и 100 мл). Пипетка (20 мл). Бюретка (25 мл).
Порядок выполнения работы:
1.Выбор светофильтра
Необходимо выбрать такой светофильтр, чтобы поглощение света раствором тиоцианатных комплексов железа было максимальным.
Приготовление раствора тиоцианатных комплексов железа
20 мл стандартного раствора железо-аммонийных квасцов NH 4 Fe(SО 4) 2 с концентрацией железа 2 мг/мл, подкисленного соляной кислотой, вносят пипеткой на 20 мл в мерную колбу на 100 мл и при перемешивании доводят до метки дистиллированной водой. Этим раствором (назовем его №1), имеющим концентрацию железа 0,4 мг/мл, будем пользоваться для приготовления всех растворов железа (III) в данной работе.
10 мл раствора №1 вносят в мерную колбу на 50 мл, подкисляют 5 мл 2М HCl, добавляют 5 мл 10% -ного раствора тиоцианата аммония NH 4 SCN и при перемешивании доводят до метки дистиллированной водой.
На фотоэлектроколориметре ФЭК-56М, пользуясь кюветами на 10 мм, измеряют оптическую плотность этого раствора при всех девяти светофильтрах. Полученные данные заносят в журнал в виде таблицы.
По этим данным строят кривую светопоглощения в координатах оптическая плотность – номер светофильтра (длина волны) и по графику выбирают такой светофильтр, при котором оптическая плотность максимальна.
2. Построение калибровочного (градуировочного) графика
оптическая плотность - концентрация железа
Приготовление растворов тиоцианата железа с различной концентрацией железа
В три мерные колбы на 50 мл вводят соответственно 5, 8, 10 мл раствора № 1 (концентрация железа (III) в котором 0,4 мг/мл). В каждую из колб добавляют для подкисления по 5 мл 2М HCl и по 5 мл 10%-ного раствора тиоцианата аммония (или калия), при перемешивании растворы доводят до метки дистиллированной водой.
Затем проводят измерения оптических плотностей растворов на ФЭК – 56М при выбранном светофильтре. Данные измерений заносят в журнал. На основании этих данных строят градуировочный график в осях оптическая плотность (ось ординат) - концентрация железа (ось абсцисс).
В данной работе измерения оптической плотности растворов на ФЭК-56М можно проводить как с пустой кюветой на пути второго луча (луча сравнения), так и с кюветой заполненной растворителем (с добавками). В первом случае градуировочный график не пойдет через начало координат, во втором случае должен проходить через начало координат. Оба способа измерений для данной работы пригодны, но при этом следует применять его как для построения градуировочного графика, так и при измерении оптической плотности исследуемого раствора.
Анализируемый раствор (задача) в колбе вместимостью 100 мл (V 1 ) доводят до метки водой. 20 мл (V п ) этого раствора вводят в колбу на 50 мл (V 2 ), добавляют 5 мл 2М НС1, 5 мл 10% раствора тиоцианата калия (аммония) и доводят до метки дистиллированной водой при перемешивании. Измеряют оптическую плотность этого раствора при выбранной длине волны. С помощью градуировочного графика определяют концентрацию железа. Рассчитывают массу железа в исследуемом растворе , учитывая все произведенные разбавления.
Железо(II) не образует окрашенных соединений с сульфосалициловой кислотой. Однако в аммиачной среде Fe(II) легко окисляется до Fe(III), поэтому в этих условиях можно определять суммарное содержание железа. Определение содержания железа выполняется фотометрическим методом по реакции образования желтого комплекса с сульфосалициловой кислотой в аммиачной среде. При изменении кислотности может получиться комплекс другого состава, имеющий фиолетовую или розовую окраску. В этом случае в колбу , где проходит колориметрическая реакция, следует добавить больше аммиака - столько, сколько нужно для появления желтой окраски.
Реактивы. Кислота сульфосалициловая C 7 H 6 O 6 S, 25%-й раствор. Квасцы железоаммонийные NH 4 Fe(SO 4) 2 ∙ 12H 2 O (к). Аммиак NH 3 , водный 10% -й раствор. Кислота серная H 2 SO 4 (х.ч.) 0,05М раствор.
Посуда. Пипетка градуированная (10 мл) и простая (2 мл). Колбы мерные (50 и 100 мл). Цилиндры мерные (10 и 25 мл).
Аппаратура.
Фотоэлектроколориметр ФЭК–56М.
Порядок выполнения работы:
1.Приготовление стандартных растворов сульфосалицилата железа.
В мерные колбы на 50 мл поместить 0, 2, 4, 6, 8 и 10 мл стандартного раствора железо-аммонийных квасцов , в каждую колбу добавить 3 мл раствора сульфосалициловой кислоты, 1 мл серной кислоты и довести до метки дистиллированной водой.
2. Снятие спектра поглощения сульфосалицилата железа, выбор светофильтра и расчет молярного коэффициента светопоглощения.
Самый концентрированный раствор наливают в кювету фотоэлектроколориметра (l = 1 см); в качестве раствора сравнения берут воду. Измеряют оптическую плотность полученного раствора для всех светофильтров или в диапазоне длин волн 400 – 600 нм. Строят кривую светопоглощения в координатах оптическая плотность – длина волны и выбирают для дальнейшей работы светофильтр, соответствующий максимуму поглощения света окрашенным соединением (λ max ).
По данным измерений рассчитывают молярный коэффициент светопоглощения сульфосалицилатного комплекса железа при λ тах .
,
где А m ах - оптическая плотность окрашенного раствора при длине волны λ тах ; l – толщина светопоглощающего слоя (здесь l = 1 см); с компл - концентрация комплексного соединения железа (она равна концентрации железа в окрашенном растворе), моль/л.
3. Построение градуировочного графика. Для построения градуировочного графика измеряют оптическую плотность приготовленных стандартных растворов железоаммонийных квасцов, содержащих различные количества железа.
Измеряют оптическую плотность стандартных растворов (А ст ) в выбранных условиях (три параллельных измерения для каждого раствора) и строят градуировочный график в координатах оптическая плотность – концентрация железа . Данные представляют в виде таблицы.
С(Fe 3 +), мг/мл
|
Оптическая плотность А |
|||
А 1 |
А 2 |
А 3 |
А ср |
|
С 1 | ||||
С 2 | ||||
С 3 | ||||
С 4 | ||||
С 5 |
3. Фотометрирование исследуемого раствора. Полученную задачу в колбе на 50 мл (V 1 ) довести до метки дистиллированной водой. Перемешать, отобрать аликвоту 10 мл (V п ) и поместить ее в колбу на 50 мл (V 2 ), добавить 3 мл сульфосалициловой кислоты, 1 мл серной кислоты и довести до метки дистиллированной водой. Измерить оптическую плотность А х (три параллельных определения) при выбранном светофильтре (l = 1 см). Концентрацию железа в исследуемом растворе (с х ) определить по градуировочному графику. Рассчитать содержание ионов железа в полученной задаче.
Контрольные вопросы:
1. Какая область значений оптической плотности при работе на ФЭК-56М является оптимальной и почему?
3. Если значение оптической плотности анализируемого раствора вышло за пределы интервала оптимальных значений, как следует изменить условия , чтобы добиться оптимального значения оптической плотности?
4. Как выбрать «на глаз» подходящий светофильтр для измерения оптической плотности раствора, руководствуясь только его окраской? Какой светофильтр следует использовать при фотометрировании синих растворов?
5.В каких координатах строят кривую светопоглощения (спектр) вещества?
5. Какие экспериментальные данные нужны для построения градуировочного графика?
7. Сформулируйте закон Бугера–Ламберта–Бера? Дайте определение оптической плотности, коэффициента пропускания, молярного коэффициента светопоглощения.
9. В чем состоит принцип работы приборов для измерения оптической плотности?
Колориметр-нефелометр фотоэлектрический ФЭК-56 М – прибор широкого назначения. Он может быть использован для определения концентрации окрашенных растворов, а также для измерения коэффициента пропускания или оптической плотности вещества (раствора, эмульсии). Прибор состоит их двух блоков: блока питания 1 и измерительного блока 2. Блок питания обеспечивает функционирование всех систем прибора, с измерительным блоком он соединяется с помощью многожильного кабеля. Измерительный блок размещается в корпусе со скошенной передней панелью. Он включает в себя узел кюветодержателей, измерительные диафрагмы с отсчетными барабанами, усилитель, микроамперметр, узел зеркал, осветительный узел, узел фотоэлементов. Общий вид прибора и расположение основных органов управления представлены на рис. 3.
1 – блок питания; 2 – измерительный блок; 3 – крышка;
4 – осветительный узел; 5 – ручка для перекрытия световых потоков;
6 – рукоятка правой измерительной диафрагмы; 7 – рукоятка для крепления кюветы;
8 – рукоятка левой измерительной диафрагмы; 9 – рукоятка переключателя светофильтров; 10 – рукоятка настройки нуля.
Прибор выверен и дополнительной настройке не подлежит.
На лицевой стороне панели измерительного блока расположены микроамперметр и отсчетные шкалы. На верхней грани прибора – крышка 3, прикрывающая часть оптического канала прибора, где расположены блоки кюветодержателей и кюветы. За крышкой 3 ближе к осветительному узлу 4 находится ручка 5, с помощью которой перекрываются световые потоки при установке электрического нуля прибора. На правой боковой грани – рукоятка 6 правой измерительной диафрагмы, рукоятка 7 (меньшего размера) для переключения кювет в правом световом канале. На левой боковой грани – рукоятка 8 левой измерительной диафрагмы, рукоятка 9 переключателя светофильтров. Две рукоятки меньшего размера, расположенные несколько ниже, используются для регулировки прибора. Вам надлежит пользоваться рукояткой 10, помеченной на приборе словом «нуль».
![]() |
Оптическая схема прибора ФЭК-56 М представлена на рис. 4. Световой пучок от источника света 11, пройдя через светофильтр 12, попадает на призму 13, которая делит пучок на два: левый и правый. Так как источник света помещен в фокусе линз 15, то световые пучки, отразившись от зеркал 14, пройдя через линзы, выходят параллельными. Далее параллельные пучки идут через кюветы 16, раздвижные диафрагмы 17, а затем попадают на фотоэлементы 18. Правый световой пучок (на схеме вверху) – измерительный, левый – компенсационный.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
ВНИМАНИЕ! Прибор включается только на время проведения измерений. Не допускать перегрева оптических узлов прибора!
1. В камеру, прикрываемую крышкой 3, в специальные кюветодержатели устанавливается кювета с исследуемым раствором, рядом с ней кювета с растворителем и кювета с дистиллированной водой. Эта операция выполняется лаборантом.
2. До включения прибора в сеть установить рукоятками 6 и 8 показание 100 по черной шкале. Ручкой 5 перекрыть световые пучки в приборе, придав ей правое положение.
3. Включить сетевой шнур блока питания, включить тумблер на корпусе блока питания. Дать прибору прогреться в течение 2-3 минут.
4. Установить электрический нуль прибора, для чего рукояткой 10 установить стрелку микроамперметра на «нуль».
5. После этой операции прибор готов к работе. Перевести ручку 5 в левое положение, при котором световые потоки открыты. Приоткрыв крышку 3, убедитесь, что в световом пучке правого оптического канала находится именно кювета с раствором, а не с растворителем. Если же в световом пучке правого канала оказалась кювета с растворителем, то, вращая на себя рукоятку 7 механизма кюветодержателя, измените расположение кювет.
ПРИМЕЧАНИЕ: в левом оптическом канале стоит кювета с дистиллированной водой, чтобы предохранить узлы канала от перегрева. При проведении измерений крышка 3 должна быть закрыта!
6. Вследствие поглощения и рассеяния света раствором на правый фотоэлемент будет падать меньший световой пучок, и стрелка микроамперметра после проведения операции 5 не будет стоять на «нуле». Вращая барабан левой раздвижной диафрагмы (рукоятка 8), уравнять интенсивности обеих световых потоков, при этом стрелка микроамперметра устанавливается на «нуль».
7. Повернуть от себя рукоятку 7 кюветодержателя. Механизм кюветодержателя заменит в правом оптическом канале кювету с раствором на кювету с растворителем. Равновесие световых потоков нарушится, и тогда, вращая рукоятку 6 правого барабана, восстановить равновесие потоков (вернуть стрелку микроамперметра на «нуль»).
8. По черной шкале правого барабана снять отсчет. Этот отсчет дает коэффициент прозрачности исследуемого раствора в процентах. Занести значение в таблицу в виде десятичной дроби (коэффициент прозрачности показывает, какая доля светового потока прошла через раствор).
9. Снять показание по красной шкале правого барабана. Оно определяет оптическую плотность раствора: . Занести это значение в таблицу результатов измерений.
10. Полученные значения и могут быть использованы для получения физических характеристик раствора (эмульсии) – коэффициента поглощения в законе Бугера и коэффициента Бэра , где – длина кюветы; С – концентрация раствора. Значения последних даны в таблице 1.
11. Операции 5-9 провесит при светофильтрах № 5, 6, 7, 8, 9. Переключение светофильтров производить рукояткой 9. Цифры на шкале рукоятки показывают, какие светофильтры включены. Характеристики светофильтров приведены в таблице 1.
Фотоэлектрический колориметр КФК-2
Фотоэлектрический колориметр КФК-2 предназначен для измерения в отдельных участках диапазона длин волн 315-980 нм, выделяемых светофильтрами, коэффициентов пропускания и оптической плотности жидкостных растворов и твердых тел, а также определения концентрации веществ в растворах. Данный прибор позволяет также производить измерения коэффициентов пропускания рассеивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в проходящем свете.
Источником излучения служит малогабаритная галогенная лампа. Приемниками световой энергии служат фотоэлемент Ф-26 для работы в спектральном диапазоне от 315 до 540 нм и фотодиод ФД-24К для работы в спектральном диапазоне от 590 до 980 нм. В качестве монохроматоров служат стеклянные светофильтры с шириной полос пропускания от 20 до 45 нм. Характеристики светофильтров колориметра КФК-2 приведены в табл. 1.
Таблица 1
Светофильтры фотоэлектроколориметра КФК-2
Оптическая схема прибора представлена на рис.1., внешний вид – на рис.2.
Нить лампы 1 конденсором 2 изображается в плоскости диафрагмы 3. Это изображение объективом 4,5 переносится в плоскость, отстоящую от объектива на расстоянии 300 мм, с определенным увеличением. Теплозащитный светофильтр 6 вводится в световой поток при работе в видимой области спектра (400-590 нм). Кроме этого для ослабления светового потока при работе в этом спектральном диапазоне установлены нейтральные светофильтры 7. Для выделения узких полос пропускания из сплошного спектра излучения лампы в колориметре установлены цветные светофильтры 8. Кювета 10 с исследуемым раствором вводится в световой пучок между защитными стеклами 9,11. Световой поток, прошедший через кювету с исследуемым раствором, посредством пластины 15 делится на две части:90 % светового потока направляется на фотоэлемент Ф-26 (12) и 10 % - на фотодиод ФД-24 (17). Для уравнивания фототоков, снимаемых с фотодиода ФД-24, при работе с разными цветными светофильтрами,перед ним установлен светофильтр 14.
Порядок работы на приборе.
1) прибор включить в сеть за 15 минут до начала измерений; во время прогрева кюветное отделение должно быть открыто;
2) установить минимальную чувствительность колориметра, для этого ручку "чувствительность" установить в положение "1", а ручку "установка 100 грубо" - в крайнее левое положение;
3) перед измерениями установить "электрический нуль" прибора, а для этого при открытом кюветном отделении с помощью потенциометра "нуль", выведенного под шлиц, подвести стрелку к нулю по шкале коэффициентов пропускания Т;
4) ввести необходимый по роду измерений цветной светофильтр и при всех последующих переключениях светофильтров ручка 5 "чувствительность" должна находиться в положении "1", а ручка 6 "установка 100 грубо" - в крайнем левом положении;
5) в световой поток поместить кювету с "нулевым" раствором (раствором сравнения) или растворителем и закрыть крышку кюветного отделения;
6) ручками "чувствительность", "установка 100 грубо" и "установка 100 точно" установить отсчет 0 по шкале оптической плотности (100 по шкале коэффициентов пропускания); ручка "чувствительность" при этом может находиться в одном из трех положений:"1","2" или "3"; причем при измерении со светофильтрами 315,364,400,440,490, 540 нм, отмеченными на лицевой панели прибора черным цветом, ручку "чувствительность" следует устанавливать в одно из положений 1,2 или 3, отмеченных также черным цветом, а при измерении со светофильтрами 590,670,750,870,980 нм, отмеченными на приборе красным цветом, ручку "чувствительность" следует устанавливать в одно из положений 1,2 или 3,отмеченных также красным цветом;
7) поворотом ручки 4 кювету с нулевым раствором или растворителем заменить кюветой с исследуемым раствором;
8) снять отсчет по шкале коэффициентов пропускания Т в процентах или по шкале оптической плотности в единицах этой величины.
Фотоэлектрический колориметр ФЭК-56 (ФЭК-56 М)
Фотоэлектрический колориметр ФЭК-56 может быть использован для изучения спектров поглощения в области 300-700 нм. Прибор имеет просветленную оптику,которая позволяет работать в ближайшей УФ области спектра, т.е. от 300 нм. Приемниками световой энергии служат сурьмяно-цезиевые фотоэлементы, которые чувствительны к излучениям УФ и видимого участков спектра. Прибор имеет два источника излучения: лампу накаливания, дающую сплошной спектр испускания в видимой области, и ртутно-кварцевую лампу, дающую линейчатый спектр испускания в УФ и видимой областях спектра.
В качестве монохроматоров служат светофильтры с узкими полосами пропускания 30-40 нм. Максимумы пропускания большинства этих светофильтров (табл. 2) практически совпадают с рядом линий в эмиссионном спектре ртути, поэтому с ртутно-кварцевой лампой можно производить измерения с очень узкими близкими к монохроматическим пучками излучения при следующих длинах волн (нм): 577,9; 546; 436; 405; 365; 313.
Оптическая схема прибора и его внешний вид изображены на рис.3.
Поток света от источника(1) попадает на светофильтр(2), призму(3), которая делит поток излучения на два: правый и левый, линзы, зеркала и проходит двумя параллельными пучками через кюветы(4), диафрагмы(5 и 6) и попадает на сурьмяноцезиевые фотоэлементы(7), включенные по дифференциальной схеме через усилитель и индикаторную лампу(9) (или миллиамперметр в случае ФЭК-56М). Неодинаковая освещенность элементов вызывает размыкание сектора лампы(9) или отклонение стрелки миллиамперметра.
Раздвижные диафрагмы "кошачий глаз" (5, 6) при вращении связанных с ними барабанов меняют свою площадь пропускания и тем самым меняется интенсивность световых потоков, падающих на фотоэлементы. Правый световой поток является измерительным, левый - компенсационным.
На пути левого светового потока ставится одна кювета, на пути правого светового потока ставятся попеременно две кюветы, одна с испытуемым раствором,а другая с "нулевым раствором", или растворителем, их переключение происходит поворотом рукоятки (12) до упора.
Порядок работы на приборе. После включения прибора в сеть переменного тока с напряжением 220 в через питающее устройство следует:
1) прогреть прибор в течение 30 минут;
2) установить "электрический нуль" прибора, а для этого:
а) перекрыть световые потоки поворотом рукоятки (13);
б) рукояткой "установка нуля" (с левой стороны прибора) свести сектор индикаторной лампы(9) в сомкнутое положение (миллиамперметр в нулевое положение стрелки); после чего вновь открыть шторку рукояткой(13);
3) открыть крышку кюветного отделения и в левый световой поток поставить кювету с "нулевым раствором" или растворителем и оставить ее там на все время работы; в правый световой поток поставить кювету с испытуемым раствором, правый барабан установить на 100 % пропускания;
4) поворотом специальной рукоятки(с левой стороны прибора) установить необходимый светофильтр;
5) вращением левого компенсационного барабана(8) добиться смыкания сектора индикаторной лампы (установить стрелку в нулевое положение по шкале миллиамперметра;
6) поворотом рукоятки(12) до упора на пути правого светового потока заменить кювету с исследуемым раствором на кювету с растворителем; при этом сектор индикаторной лампы расходится или соответственно стрелка миллиамперметра отклоняется от нулевого положения;
7) вращением правого измерительного барабана(11) добиваются первоначального сомкнутого положения индикаторной лампы или опять устанавливают стрелку миллиамперметра в нулевое положение;
8) по шкале правого барабана снять показания величины оптической плотности D (красная шкала) или процента пропускания Т (черная шкала).
Примечание 1. В приборе ФЭК-56 М имеется потенциометр чувствительности. Чувствительность прибора определяется числом делений по шкале миллиамперметра, на которое отклонится стрелка при раскрытии измерительной диафрагмы на 1 % по шкале пропускания. Чувствительность следует увеличить,если при раскрытии измерительной диафрагмы на на 1 % стрелка практически не отклоняется.
Примечание 2. Перед открыванием крышки кюветного отделения в обязательном порядке поворотом рукоятки(13) перекрывать световые потоки (положение "закрыто").
Фотометр фотоэлектрический КФК-3
Предназначен для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности прозрачных жидкостных растворов и прозрачных твердых образцов, а также для измерения скорости изменения оптической плотности вещества и определения концентрации вещества в растворах после предварительной градуировки фотометра потребителем.
Условиями работы фотометра являются:
температура/окружающей среды. . от 10 до 35°С
относительная влажность воздуха, % 65±15
напряжение питающей сети. . . (220±22) В, 50 Гц
Спектральный диапазон работы фотометра от 315 до 990 нм. В качестве диспергирующего элемента в фотометре применена дифракционная решетка.
Спектральный интервал, выделяемый монохроматором фотометра, не более 7 нм.
Пределы измерения:
коэффициента пропускания, % .... 0,1-100;
оптической плотности. ....... 0 - 3.
Диспергирующий элемент - дифракционная решетка вогнутая, R = 250 мм, число штрихов на 1 мм........ 1200
Источник излучения - лампа галогенная КГМ 12-10.
Приемник излучения - фотодиод ФД - 288Б.
Результаты измерений коэффициента пропускания оптической плотности, концентрации и скорости изменения оптической плотности, а также длины волны, на которой проводится измерение, высвечиваются на цифровых табло фотометра.
1. Включить прибор и прогреть его в течение 30 мин. Световые пучки во время прогрева должны бьть скрыты шторками (рычажок 4 (рис 2,а) должен находиться в правом положении)
2. Установить вращением барабана 11 светофильтр № 2.
3. Наполнить 2 кюветы растворителем и одну - рабочим раствором (исследуемым раствором) до меток на боковой поверхности.
Наличие загрязнений или капель растворов на рабочих поверхностях кювет недопустимо.
4. Установить кюветы в кюветодержатель: в левое гнездо - кювету с растворителем, в правое - кюветы с исследуемым растворам и раствори-телем.
5. Вывести электрический ноль прибора. Для этого рукояткой 10 (рис 2,б) добиться, чтобы стрелка микроамперметра установилась на «0». Рукоятку 9 (рис 2,б), регулирующую чувствительность прибора, поставить в среднее положение.
6. В правый пучок света поместить кювету с исследуемым раствором, вращая рукоятку 5 (рис 2,а). Правым барабаном 6 установить риску на шкале 7 на отметке 100 (черная) или 0 (красная). Открыть шторки рычажком 4. Вращая левый барабан 8, добиться установления стрелки микроамперметра на отметке «0».
ВНИМАНИЕ ! Для предотвращения повреждения прибора шторки открывать (рычажком 4) только на время проведения измерения оптической плотности или коэффициента пропускания и во время настройки прибора (подготовки прибора к работе) Время работы прибора с открытыми шторками должно быть минимальным.
7. В правый пучок света поместить кювету с растворителем (вращая рукоятку 5). Стрелка микроамперметра должна отклониться. Вращая правый измерительный барабан 6, установить стрелку 1 вновь на отметку «0» После этого отсчитать по правой измерительной шкале величину коэффициента пропускания (черная) или оптической плотности (красная).
8. По калибровочному графику определить концентрацию в миллиграммах на литр.
Рис. 2 Общий вид прибора ФЭК–56М
а) вид спереди;
б) вид сзади.
1. Не допускать к работе лиц, не знакомых с устройством лабораторной установки и проведением измерений с помощью прибора ФЭК–56М.
2. Во избежание попадания реактивов на кожу и одежду выполнять все операции над лабораторным столом, в резиновых перчатках.
3. При работе с ФЭК–56М все регулировочные работы, связанные с проникновением за постоянные ограждения к токоведущим частям прибора, смена ламп, отсоединение кабеля с разъемами должны производиться после отсоединения прибора от электросети.
4. Для обеспечения электробезопасности прибор ФЭК–56М необходимо заземлить (занулить). Неисправности в приборе устраняются только персоналом лаборатории.
1. Изучить правила техники безопасности при выполнении лабораторной работы.
2. Познакомиться с описанием лабораторной установки и порядком проведения измерения прибором ФЭК–56М.
3. Подготовить прибор ФЭК–56М к работе.
4. Определить на ФЭК–56М оптическую плотность (или коэффициент пропускания) каждой из десяти калибровочных пробирок, используя кюветы на 20 мл и синий светофильтр (№ 3 на рукоятке 8). В контрольную кювету влить поочередно, начиная с самой прозрачной все десять исследуемых образцов нефтепродуктов. На основании полученных данных построить калибровочный график, откладывая по горизонтальной оси (ось X) известные концентрации, а по вертикальной оси (ось Y) – полученные значения оптической плотности (или коэффициента пропускания). Исходные данные для построения графика в представлены в табл. 2.
5. Налить в каждую из фильтровальных установок (рис. 1), исследуемый раствор, предварительно определив его оптическую плотность (коэффициент пропускания) и занести полученные данные в табл.3. После фильтрации нефтепродуктов, необходимо определить их оптическую плотность (коэффициент пропускания) и полученные результаты занести в табл.3 в соответствии с исследуемой фильтровальной установкой.
6. Определив для каждой пробы оптическую плотность (или коэффициент пропускания) раствора, по калибровочной кривой находят соответствующие значения концентрации нефтепродуктов (α, мг/мл).
таблица 2
Исходные данные для построения калибровочного графика
Порядок проведения расчетов:
где α – количество нефтепродуктов, найденное по калибровочной кривой, мг/мл.
%,
где С ф – концентрация нефтепродуктов в фильтрате мг/л (после очистки); С о – концентрация нефтепродуктов в воде (до очистки) мг/л;
таблица. 3.
Результаты проведенных экспериментальных исследований и расчетов.
Оптическая плотность (коэффициент пропускания, %) | ||||
До очистки | ||||
Активированный уголь | ||||
Отчет о работе должен содержать:
1. Схему фильтровальной установки.
2.Табл.3 с результатами проведенных экспериментальных исследований и расчетов.
3. Анализ полученных результатов и вывод об их соответствии требованиям санитарных норм.
4. Оценку эффективности очистки, величины объемной и весовой сорбции каждого использовавшегося в работе фильтрующего материала.
Контрольные вопросы
1. Причины и источники загрязнения водоемов.
2. Характеристика сточных вод.
3. Понятие о ПДК и лимитирующих показателях вредности.
4. Санитарные требования, предъявляемые к воде водных объектов.
5. Методы очистки промышленных сточных вод.
6. Контроль за содержанием в воде нефти и нефтепродуктов.
7. Принцип работы и порядок проведения измерений прибором ФЭК–56М.
8. Назначение калибровочного графика и порядок его построения.
9. Последовательность выполнения лабораторной работы.