ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВЕЩЕСТВ В СОСТАВЕ СМЕСИ

КАЧЕСТВЕННЫЙ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ

СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ.

ЦИКЛ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ.

 

Цель:

1.Определение концентрации эозина и рибофлавина в смеси.

 

2.Разложение спектра поглощения смеси веществ на отдельные составляющие.

 

3.Расчет спектра поглощения смеси, используя спектры поглощения веществ,

составляющих данную смесь

 

Качественный спектрофотометрический анализ

 

Качественный спектрофотометрический анализ основан на том, что каждое соединение имеет характерный для него спектр поглощения. Для отождествления измеренного спектра поглощения со спектром какого-либо вещества определяют следующие характеристики:

 

1.количество максимумов в спектре поглощения;

2.спектральное положение ( l_max ) максимумов поглощения;

3.полуширину полос поглощения ( Dl_1/2 ) - разность между двумя длинами волн,

при которых оптическая плотность составляет половину от максимальной (e_max/2).

 

При этом необходимо помнить, что экспериментальные условия, при которых проводятся абсорбционные измерения, существенным образом влияют на форму спектра поглощения. Так, в частности, все перечисленные выше характеристики могут изменяться в зависимости от рН среды, ее температуры, полярности растворителя и т.д.

 

Количественный спектрофотометрический анализ.

В основе количественныого спектрофотометрического анализа веществ лежит использование закона Бугера-Ламберта-Бера, который устанавливает количественную прямопропорциональную зависимость между оптической плотностью вещества, измеренной при определенной длине волны ( чаще в максимуме поглощения) и его концентрацией

 

D = lg I_o/I = - lg T = eСl ,

 

где D - оптическая плотность; I_o и I - интенсивности падающего и вышедшего из образца света, соответственно; T - пропускание образца; С - молярная концентрация поглощающего вещества; l - толщина образца, см; e - молярный коэффициент поглощения (молярная экстинкция), М^-1см^-1 .

 

Закон Бугера-Ламберта-Бера выполняется не всегда.

Количественное определение вещества по результатам измерения спектров поглощения можно проводить при выполнении следующих условий:

 

1.измеряющий световой поток должен быть монохроматическим;

2.поглощающие молекулы распределены по всему объему образца равномерно;

3.поглощающие молекулы в пределах исследуемых концентраций не изменяют характера взаимодействия друг с другом и с молекулами среды (e = соnst для данной длины волны); агрегатное состояние вещества не должно изменяться в процессе измерений; должны отсутствовать химические реакции междувеществом и растворителем;

4.выходящий световой поток должен ослабляться только за счет поглощения фотонов (светорассеивание, фотолюминесценция и хемилюминесценция отсутствует);

5.интенсивность измеряющего светового потока и время жизни поглощающих молекул в возбужденном состоянии таковы, что концентрация невозбужденных (способных поглощать свет) молекул не изменяется в ходе измерения;

6.измеряющий световой поток не должен вызывать фотохимических реакций в исследуемом образце.

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРЕ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ

1. Если известно значение коэффициента молярной экстинкции e_l для исследуемого вещества при длине волны монохроматического света в максимуме поглощения (или в одном из максимумов поглощения, если их несколько) - то, зная ширину кюветы (или длину оптического пути – l в см), которая обычно указывается на ее боковой стенке, можно рассчитать концентрацию исследуемого вещества по формуле:

С = D/el Для многих веществ значения e_l можно найти в спектральном справочнике.

 

1. Если есть возможность приготовить стандартный раствор вещества с известной концентрацией (С_ст ), то можно определить концентрацию вещества в исследуемом растворе (С_х ), не зная e_l . В этом случае можно использовать следующие расчеты:

D_ст = eС_стl ; D_х = eС_хl ; D_x/D_cт = eС_х l/eC_стl ; => С_х = D_xC_cт/D_ст

Измерения D_ст и D_х следует проводить в одинаковых условиях: при одной и той же длине волны, в одном и том же растворителе, при одинаковой толщине кюветы.

 

1. Графический метод, основан на построении и использовании калибровочного графика в координатах D = f (C). Для построения калибровочного графика измеряют оптическую плотность серии разведений данного вещества с известной концентрацией. Получаемый график линеаризуют с использованием метода наименьших квадратов. Тангенс угла наклона ( tg_a ) полученной калибровочной прямой равен e_ll (при l = 1 см tg_a = e_l). Измерив оптическую плотность исследуемого раствора, можно по калибровочному графику определить молярную концентрацию вещества, в исследуемом растворе.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВЕЩЕСТВ В СОСТАВЕ СМЕСИ.

С помощью абсорбционного анализа можно определять концентрации нескольких веществ в составе смеси при условии, что характеристики спектров поглощения веществ, входящих в состав смеси, различны и вещества, находясь в смеси, не взаимодействуют между собой. В основе этого лежит закон аддитивности оптических плотностей веществ в составе смеси. Измеряемая оптическая плотность смеси представляет арифметичекую сумму оптических плотностей ее компонентов в составе смеси при одной и той же длине волны. В случае двухкомпонентной системы (вещества А и В) оптическую плотность смеси (D) из данных веществ можно представить в следующем виде:

D = D_A + D_B = e_AС_Al + e_BС_Bl

Измеряя D при двух длинах волн ( обычно выбирают длины волн, соответствующие максимумам поглощения веществ в составе смеси) и зная молярные коэффициенты поглощения обоих компонентов при этих длинах волн, можно определить концентрации веществ, находящихся в смеси, из системы двух уравнений:

D^l1 = e_A^l1 C_A l + e_B^l1 C_B l (1) и D^l2 = e_A^l2 С_A l + e_B^l2 C_B l (2)

Решение этой системы уравнений дает следующие выражения для концентрации веществ:

D^l1 e_B^l2 - D^l2 e_B^l1

С_A =

e_A^l1 e_B^l2 - e_A^l2 e_B^l1

D^l2 e_A^l1 - D^l1 e_A^l2

C_B =

e_A^l1 e_B^l2 - e_A^l2 e_B^l1

Выбранные длины волн l₁ и l₂ должны быть такими, чтобы молярные коэффициенты поглощения компонентов смеси при этих длинах волн различались максимально:

при l₁ e_A >> e_B , т.е. при данной длине волны поглощает свет преимущественно компонент А,

при l₂ e_B >> e_A, т.е. при данной длине волны поглощает свет преимущественно компонент В.

Чем больше разность между выбранными длинами волн и чем резче выражены максимумы полгощения , тем выше точность определения концентраций вещест, находящихся в составе смеси.

Аналогичным способом определяется концентрация веществ в многокомпонентных смесях (число длин волн, при которых проводят определения, равно числу компонентов смеси), однако точность определений резко уменьшается с увеличением числа компонентов.

В случае, если молярные коэффициенты экстинкции неизвестны, их следует определить, измерив оптические плотности стандартных растворов известной концентрации для каждого из компонентов при l₁ и l₂.