Аппаратура и порядок работы на приборах. Аппаратура и порядок работы на приборах Порядок выполнения работы

28.05.2021

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.

В корпусе 1 смонтированы основные части прибора (рис. 19): осветитель, оптическая система, держатели кювет, фотометрические клинья, селеновые фотоэлементы, стрелочный гальванометр и лупа для рассматривания шкалы гальванометра, измерительная диафрагма с отсчетными барабанами и узел цветных светофильтров (рис. 20).

Осветитель состоит из лампы накаливания с патроном. Держатели кювет установлены на пути прохождения световых пучков. Каждый держатель имеет три гнезда для установки в них кювет. Держатели кювет могут поворачиваться вокруг оси и фиксироваться в трех положениях упорами, расположенными под углом 120°.
Прибор имеет четыре светофильтра: бесцветный, зеленый, синий, красный. Они обозначены цифрами 1, 2, 3, 4 на рукоятке 15, служащей для установки фильтров.
Интенсивность левого потока изменяют при помощи двух фотометрических клиньев; один из них предназначен для грубой настройки, другой - для точной. Клин грубой настройки приводится во вращение при помощи рукоятки 6, а клин точной настройки - рукоятки 7.
Наблюдение за стрелкой гальванометра проводится через лупу 10, освещаемую лампой 11. Для переключения гальванометра на большую или меньшую чувствительность служит рукоятка 16. Цифры 0, 1, 2 указывают, на какую чувствительность включен гальванометр: 1 - на малую, 2 - на большую чувствительность, 0 - гальванометр выключен.
Интенсивность правого потока лучей изменяется щелевой диафрагмой - прямоугольником, две боковые грани которого могут перемещаться навстречу друг другу, уменьшая ширину щели от максимального значения до нуля.
Измерение ширины щели производят вращением отсчетных барабанов, помещенных на одной оси. На каждом барабане нанесены две шкалы 13 - шкала коэффициента пропускания и шкала оптической плотности. На левом барабане 12 шкала светопропускания нанесена таким образом, что 100% коэффициента светопропускания соответствует максимальному раскрытию щелевой диафрагмы, а 0% - полному ее закрытию. Шкала коэффициента светопропускания равномерная. На правом барабане шкала нанесена иначе: 100% коэффициента светопропускания соответствует минимальному раскрытию щели, а 30% - максимальному. Шкала коэффициента пропускания неравномерная и поэтому при отсчетах в области измерения 70- 30% дает большую точность, чем шкала левого барабана. Отсчеты по шкале производят через окна 13.
К прибору прилагаются два ящика с набором кювет (кюветы имеют расстояние между рабочими гранями 1, 3, 5, 10, 20, 30, 50 мм).
Перед началом работы необходимо арретировать гальванометр и поставить рукоятку 8 гальванометра и барабаны отсчетов на нуль. Рукоятку гальванометра переводят в положение «открыто». При помощи рукоятки 8 устанавливают гальванометр на нуль. Включают прибор в сеть. Закрывают световые пучки шторками 3, через 15 мин после включения проверяют, стоит ли стрелка гальванометра на нуле. Во избежание поломки гальванометра при положении рукоятки 9 «закрыто» нельзя вращать рукоятку 8. Открывают шторки на пути лучей, ставят нужный светофильтр. Через 20 мин после начала освещения фотоэлементы (шторки открыты) начинают работу. В первые минуты после включения прибора в сеть он дает недостаточно стабильные результаты. При непродолжительных перерывах в работе не следует выключать прибор и закрывать световые пучки.
Определение можно производить двумя способами.
Первый способ. На пути правого пучка лучей света помещают кювету с исследуемым раствором, на пути левого - кювету (той же рабочей длины) с растворителем. Прибор закрывают крышкой 2.
Совмещают нуль шкалы оптической плотности левого барабана (100% по шкале светопропускания) с неподвижной чертой окна 13. Щелевая диафрагма имеет при этом максимальную ширину. Рукоятку 16 гальванометра переводят в положение 1, т. е. на малую чувствительность. Вращением рукоятки 6 клина грубой настройки стрелку гальванометра устанавливают на нуль. Затем переводят рукоятку гальванометра на большую чувствительность (положение 2) и, вращая рукоятку 7 клина точной настройки, снова устанавливают стрелку гальванометра на нуль.
После этого рукоятку 16 гальванометра, переводят на нуль. Поворотом рукоятки 4 держателя 5 на пути правого пучка света помещают кювету с растворителем, переводят рукоятку гальванометра 16 в положение 1 и вращением измерительных барабанов стрелку гальванометра вновь устанавливают на нуль. Затем переводят рукоятку в положение 2 и окончательно устанавливают стрелку гальванометра на нуль. Величина оптической плотности раствора отсчитывается по левому барабану.
Измерения следует повторить несколько раз, подводя стрелку гальванометра к нулю то слева, то справа. Из полученных отсчетов вычисляют среднее значение оптической плотности.
Второй способ. На пути правого и левого пучков света помещают кюветы с растворителем. Совмещают нуль шкалы оптической плотности правого барабана с неподвижной чертой окна 13. Щелевая диафрагма имеет при этом минимальную ширину. Вращением круговых фотометрических клиньев устанавливают стрелку гальванометра на нуль. Затем на пути правого пучка света помещаются кюветы с исследуемым раствором. Вращением измерительных барабанов увеличивают ширину щелевой диафрагмы и устанавливают стрелку гальванометра снова на нуль. Величина оптической плотности отсчитывается по правому барабану.
При любом способе работы всегда следует строго придерживаться вышеописанного порядка: работу начинают при включении гальванометра на малую чувствительность и после уравнения световых потоков переходят на большую.
Выбранного способа измерения следует придерживаться в течение всей работы с данным веществом.
После окончания работы рукоятку гальванометра ставят на нуль, барабаны отсчетов также устанавливают на нуль и арретируют гальванометр. Выключают прибор.
Примечания: 1. С оптических деталей (лампы, зеркала, светофильтры) пыль снимается при помощи мягкой салфетки. Загрязнение оптических деталей приводит к снижению чувствительности прибора.
2. Кюветы рекомендуется закрывать крышками, что является обязательным при работе с дымящимися жидкостями (соляная кислота и др.).

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

А см =l(ε 1 с 1 + ε 2 с 2 +… ε n с 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:

cтрого следовать методике приготовления растворов (соблюдайте порядок сливания реагентов, поддерживайте нужную кислотность);
выполнять правила приготовления растворов, отбора аликвот, измерения объемов и пр.;
соблюдать чистоту кювет для измерения светопоглощения. Перед заполнением кювету ополаскивают небольшой порцией исследуемого раствора во избежание его разбавления остатками воды после промывания кюветы;
кювету заполнять до такого уровня, чтобы весь световой поток проходил через слой раствора. Кюветы устанавливать в строго определенное положение во избежание «кюветной» ошибки;
ознакомиться с описанием прибора и порядком измерений ;
по окончании работы выключить прибор, вымыть посуду и кюветы и сдать их лаборанту. Привести в порядок рабочее место.

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:

Включить блок питания и лампу накаливания за 30 минут до начала измерений для предварительного прогрева.
Световые пучки перекрыть шторкой.
Рукояткой «нуль» установить стрелку микроамперметра на «0».
С помощью рукоятки с цифрами 1- 8 (левая панель) устанавливают нужный светофильтр.
Правый и левый барабаны устанавливают на «0» по шкале светопропускания (черного цвета).
Открывают шторку. Положение стрелки микроамперметра не должно измениться. Закрывают шторку.
На пути левого светового пучка устанавливают кювету с растворителем на все время измерений. На пути правого пучка кювету с исследуемым раствором и рядом еще одну кювету с растворителем. Все кюветы должны быть одинаковыми.
Правый барабан устанавливают на 100 делений по шкале светопропускания (черная).
Открывают шторку и вращением левого барабана устанавливают стрелку микроамперметра на «0».
Поворотом рукоятки заменяют кювету с исследуемым раствором на кювету с растворителем на пути правого пучка света. Стрелка микроамперметра смещается. Вращением правого барабана вновь выводят стрелку на «0» (левый барабан остается в прежнем положении). По красной шкале правого барабана отсчитывают величину оптической плотности исследуемого раствора за вычетом оптической плотности растворителя при данном светофильтре. Измерения проводят три раза , данные записывают в журнал.

Описанный порядок измерений (растворитель → раствор → растворитель) позволяет исключить ошибку, связанную с нелинейностью характеристик фотоэлементов, т.к. потоки света, поступающие на фотоэлемент, остаются неизменными как в начале, так и в конце измерения.

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.

Лабораторная работа № 7

в виде тиоцианатных комплексов

Метод основан на образовании интенсивно окрашенных комплексов железа (III) с тиоцианат-ионами. В зависимости от рН и концентрации реагента образуются комплексные соединения с разным количеством лигандов: от 2+ до 3– , причем их спектральные характеристики различны. Поэтому для получения воспроизводимых и точных результатов следует обеспечить постоянство концентрации (желательно большой) тиоцианат-ионов во всех растворах. При соблюдении этого условия растворы тиоцианатных комплексов железа подчиняются закону Бугера-Ламберта- Бера в широком диапазоне концентраций железа. Выбрав светофильтр и фотометрируя анализируемый раствор, можно точно определить концентрацию ионов железа по предварительно построенному калибровочному графику.

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.

3.Определение железа в исследуемом растворе

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.

Лабораторная работа № 8

Фотометрическое определение железа

с сульфосалициловой кислотой

Железо (III) образует с сульфосалициловой кислотой ряд комплексов, состав и окраска которых зависят от кислотности раствора. При рН = 3 образуется соединение фиолетового цвета состава 1:1. Светопоглощение этого комплекса максимально при 510 нм (ε = 1600). При рН = 4 – 9 образуется соединение состава 1:2, имеющее красный цвет, а при рН = 9 – 11,5 – желтое комплексное соединение состава 1: 3 (λ мах = 416 нм, ε = 4000). При рН =12 комплекс разлагается с выделением гидроксида железа.

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
С(Fe 3 +), мг/мл	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».

Рис. 4

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

1. Общие сведения

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.

Техника безопасности при выполнении работы

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.

Порядок выполнения работы

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: