Методические указания к лабораторным работам «спектрофотометрический анализ»

Скачать 479.05 Kb.

Название	Методические указания к лабораторным работам «спектрофотометрический анализ»
страница	4/4
Тип	Методические указания

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Методические указания

1 2 3 4

1. Описание прибора

Спектрофотометр рассчитан для регистрации оптической плотности ABS, процента пропускания % Т, интенсивности I исследуемого раствора, при этом будет измеряться интенсивность сигнала в луче, проходящем через образец. Возможна регистрация первой, второй, третьей и четвертой производной (1D, 2D, 3D, 4D).

Система состоит из спектрофотометра с клавиатурной панелью, жидкокристаллического дисплея, дисковода под дискеты емкостью 1,44 мегабайт, программного обеспечения и устройства выхода (рис. 12).

Рис. 12. Внешний вид спектрофотометра Helios Alpha.

Особенности конструкции Helios Alpha:

– Двухлучевая оптическая схема

– Кварцевое покрытие оптических элементов, установленных на литом алюминиевом основании, и оригинал голографической дифракционной решетки

– детектор фотодиод

– 7-позиционный программируемый держатель кювет

– встроенная микропроцессорная система управления и графический VGA дисплей

– дисковод 1.44Мб

– порт RS232 для подключения к компьютеру и управления прибором с помощью программного обеспечения Vision 32

– встроенный принтер (опция)

– блок CVC (опция) с набором сертифицированных фильтров для автоматической поверки прибора.

Прибор обеспечивает регистрацию спектров поглощения в диапазоне 190 – 1100 нм с возможностью проведения температурных исследований. Точность установки длины волны – 0.05 – 0.1 нм. Кюветы кварцевые – 1 см. Спектрометр имеет встроенные графический LCD дисплей, дисковод, клавиатуру и программное обеспечение, а также управляется от персонального компьютера. Программное обеспечение включает разделы:

Scan – для управления регистрацией спектров,

Quant – для обеспечения количественного анализа,

MCA – для многокомпонентного анализа,

Rate – для кинетических измерений,

Mathem – для математической обработки спектров.

2. Подготовка к работе

2. 1. Включить тумблер сеть.

2. 2. Выждать несколько минут, чтобы прибор провел автоматическое тестирование оптической системы. После проведения тестирования на дисплее прибора появится страница HOME.

3. Порядок работы

Чтобы войти в режим сканирования, выберите опцию SCAN из меню страницы HOME и нажмите ENTER. На экране появится меню, содержащее опции программного обеспечения. Для снятия спектра в определенном диапазоне длин волн выберите опцию SCAN. Для снятия величины пропускания при фиксированной длине волны выберите опцию FIXED. На данных страницах можно ввести параметры анализа. Для этого переместите курсор к требуемому параметру, используя клавиши курсора ВВЕРХ/ВНИЗ. Нажмите ENTER, чтобы зафиксировать изменение параметра. После установки параметров метода нажмите ZERO/BASE, чтобы выполнить сканирование базовой линии, а затем нажмите RUN. Спектрофотометр проведет сканирование и высветит его результаты на странице SCAN GRAPH. На этой странице спектр можно сохранить на дискету, используя опцию SAVE DATA.

Описания лабораторных работ

Лабораторная работа №1

Колориметрическое определение нитрита

Цель работы

Нахождение оптимальных условий фотоколориметрического определения, определение концентрации вещества в растворе методом градуировочного графика.

Сущность работы

В основе метода определения нитрита лежит реакция образования яркоокрашенных азокрасителей. При этом азотистая кислота сначала реагирует с ароматическими аминами с образованием диазосоединений, которые с солями ароматических аминов, кислот, сульфокислот, фенолов и т.п. образуют азокрасители. Примером такого определения служит реакция образования диазотированной сульфаниловой кислоты, которая вступает в реакцию с фенолом, в результате чего образуется 4-сульфо-4-оксиазобензол SO₃H-C₆H₄N=NC₆H₄OH, окрашенный в желтый цвет. Интенсивность этой окраски пропорциональна содержанию нитрита.

Работа выполняется на фотоколориметре КФК-2.

Реактивы и оборудование

1. Стандартный раствор нитрита. Навеску нитрита натрия квалификации «х.ч.» массой 0.I50 г растворяют в I л дистиллированной воды и прибавляют I мл хлороформа. Перед дальнейшим использованием студенты 5.0 мл этого раствора должны разбавить водой до 50.0 мл в мерных колбах. Разбавленный раствор содержит 0.0I мг NO^-₂ в I мл.

2. Смесь сульфаниловой кислоты и фенола. Навеску сульфаниловой кислоты в I г растворяют при нагревании в I00 мл насыщенного раствора хлорида аммония, к полученной жидкости прибавляют I.5 г фенола и I00 мл 2 н раствора соляной кислоты.

3. Серная кислота ( = I,7 г/см³)

4. Раствор аммиака 1:1

5. Мерные колбы вместимостью 50 мл.

6. Мерные пипетки вместимостью 1 и 5 мл.

7. Фотоколориметр КФК-2.

Ход работы

Для построения градуировочного графика готовят серию окрашенных растворов из разбавленного стандартного раствора нитрита с содержанием нитрита от 0.0I до 0.07 мг в 50 мл (0.0I, 0.02, 0.03, и т.д.). Для этого "n" мл раствора помещают в мерную колбу вместимостью 50 мл, разбавляют до 25 мл водой, прибавляют 0.25 мл серной кислоты, 1 мл смеси сульфаниловой кислоты и фенола и оставляют стоять на I5 минут. После этого прибавляют 6 мл раствора аммиака, доводят водой до метки и перемешивают. Используя полученные растворы, проводят определение оптимальной длины волны для измерений (светофильтра) и выбор кюветы. При выбранных условиях измеряют интенсивность окраски полученных растворов. По полученным значениям оптической плотности для всей этой серии строят градуировочный график.

Полученную у преподавателя контрольную задачу анализируют, как указано выше, и по графику рассчитывают количество NO^-₂ в мл.

Лабораторная работа №2

Изучение спектров поглощения редкоземельных элементов

Цель работы

Качественный и количественный анализ индивидуальных растворов редкоземельных элементов.

Сущность работы

Растворы различных соединений характеризуются различной зависимостью светопоглощения от длины волны падающего света (спектр поглощения). Наличие характерных максимумов или минимумов в спектре позволяет сделать заключение о качественном составе раствора. Заключение о концентрации вещества в растворе можно сделать на основании измерения оптической плотности в максимуме светопоглощения (_max). Если известно значение молярного коэффициента поглощения, то расчет молярной концентрации производят с использованием закона Бугера – Ламберта – Бера, из которого следует:

, где A – измеренная оптическая плотность, ε – значение молярного коэффициента поглощения, b – толщина поглощающего слоя, см.

Растворы солей большинства редкоземельных элементов при визуальном рассмотрении бесцветны. Однако при изучении поглощения таких растворов в монохроматическом свете обнаруживаются четкие максимумы, положение которых точно соответствует природе элемента.

Ход работы

Контрольный раствор соли редкоземельного элемента помещают в прямоугольную кювету b =1 см, снимают спектр поглощения этого раствора по отношению к дистиллированной воде на спектрофотометрах СФ-26, СФ-46, HELIOS ALPHA в интервале длин волн от 220 до 1100 нм. Включение спектрофотометра производится только по разрешению преподавателя или лаборанта. Первоначально измерение производят через каждые 5 – I0 им, затем в области намечающихся максимумов повторяют исследование спектра через 0.5 – 1 нм (на СФ-46). Пользуясь кривыми поглощения растворов солей редкоземельных элементов и табличными значениями, определяют, какой из редкоземельных элементов присутствует в растворе, и вычисляют его концентрацию.

Лабораторная работа №3

Фотометрическое определение кремния

Цель работы

Фотоколориметрическое определение кремния в растворе в виде гетерополикислоты.

Сущность работы

В основе фотометрических методов определения кремния лежит реакция образования молибденовой гетерополикислоты состава H₄[SiMo₁₂O₄₀] . Гетерополикислоты образуются в кислой среде при избытке молибдата в растворе. Молибденокремниевая кислота образуется в слабокислом растворе (рН = I.5 – 2.0). При определении кремния следует иметь в виду, что реакционноспособной является лишь мономерная форма, образующая молибденокремниевую кислоту за 15 мин., в течение которых происходит деполимеризация димерной формы в мономерную. При действии восстановителей образуются вещества синего цвета - продукты восстановления молибденокремниевой кислоты, имеющие максимум светопоглощения в области 660 – 800 нм.

В настоящей работе в качестве восстановителя используют смесь растворов соли Мора и аскорбиновой кислоты.

Работа выполняется на фотоколориметре ФЭК-60.

Реактивы и оборудование

I. Стандартный раствор, содержащий 0.1 мг/мл кремния. В платиновом тигле сплавляют 0.2I40 г прокаленного оксида кремния с 2 г карбоната натрия. Плав растворяют в воде, количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1 л, добавляют до 900 мл воду, подкисляют 2 н серной кислотой до рН = I.5, доводят раствор до метки водой. Стандартный раствор кремния перед началом работы разбавляют водой в 50 раз до концентрации 0.002 мг/мл

2. Молибдат аммония, 5% раствор.

3. Соляная кислота, 1:1 и 0.5% раствор.

4 Соль Мора, 5% раствор (свежеприготовленный).

5.Аскорбиновая кислота, 5% раствор (свежеприготовленный).

6. Смесь восстановителей. Перед употреблением смешивают равные объемы растворов аскорбиновой кислоты и соли Мора.

7. Фотоколориметр ФЭК-60

Ход работы

В пять мерных колб вместимостью 50.0 мл вносят по 2.0, 4.0, 6.0, 8.0, 10.0 мкг кремния. В каждую колбу добавляют по 5 мл 0.5% раствора соляной кислоты; 2 мл раствора молибдата аммония. Растворы перемешивают и через I5 мин приливают по I0 мл соляной кислоты 1:1; по 2 мл раствора восстановителя; разбавляют раствор до метки водой, и перемешивают. Через 40 мин измеряют оптическую плотность на ФЭK-60 при  = 670 – 750 нм (светофильтр номер 6). Рабочая длина кюветы b = 5 см. В качестве раствора сравнения используют раствор, приготовленный в мерной колбе вместимостью 100 мл и содержащий все компоненты, кроме кремния.

По полученным данным строят градуировочный график. Получают контрольный раствор и определяют в нем содержание кремния.

Лабораторная работа №4

Определение никеля дифференциальным методом с помощью диметилглиоксима и окислителя

Цель работы

Фотоколориметрическое определение вещества в растворе методом полной дифференциальной фотометрии.

Сущность работы

Дифференциальный способ измерений оптических плотностей нашел значительное применение для определения высоких концентраций элементов. Все больше для дифференциальных измерений используются фотоэлектроколориметры с оптической компенсацией. Однако, точные результаты получают лишь в тех случаях, когда определяемые концентрации близки к концентрациям этого вещества в растворе сравнения. Естественно, что это требует построения градуировочных графиков для серии растворов сравнения о концентрациями С₀, С₁, С₂,…С_n, что связано со снижением экспрессности анализа и значительным увеличением расхода реактивов. Было показано, что возможности дифференциальной спектрофотометрии могут быть значительно расширены путем использования метода двусторонней дифференциальной спектрофотометрии. В основе метода дифференциальной фотометрии лежит пропорциональная эависимость разности оптических плотностей исследуемого раствори и раствора сравнения A (A_отн) от разности концентраций соответствующих растворов, вытекающая из следующих представлений:

∆C = C _x – C₀

A_x = a ∙ C _x∙ b (1)

A₀ = a ∙ C₀ ∙ b (2)

При вычитании второго уравнения из первого получается уравнение метода дифференциальной спектрофотометрии

A_отн = A_x – A₀ = a∙ b ∙ (C_x – C₀₎ (3)

где – C₀, C_x – концентрации определяемого соединения соответственно в растворе сравнения и в фотометрируемом растворе;

A_0, A_x – оптические плотности раствора сравнения и фотометрируемого раствора относительно растворителя; A_отн – относительная оптическая плотность.

Уравнение (3) является общим уравнением фотометрии. Из него вытекают три возможных случая при измерениях.

1. C_x > C₀, тогда A_x > A₀ и A_отн = A_x – A₀ > 0, т.е. относительная оптическая плотность имеет положительное значение. В этом случае калибровочная прямая выходит не из начала координат, а из точки на оси абсцисс, соответствующей концентрации определяемого соединения в растворе сравнения.

2. C_x < C₀, тогда A_x < A₀ и A_отн = A_x – A₀ < 0,, т.е. относительная оптическая плотность имеет отрицательное значение. Так как шкала оптических плотностей (и пропускания) не имеет отрицательных значений, то измерения в этом случае проходят в ином порядке: нуль прибора устанавливают при помещении на пути светового потока растворов с концентрацией С_x, а компенсацию производят, когда на пути светового потоке помещены растворы сравнения (С₀). В этом случае отсчет по шкале производят как обычно, но относительную оптическую плотность условно считают отрицательной. Возможность фотометрических определений при таком порядке измерений показана ранее.

3. C_x = C₀, тогда A_x = A₀ и A_отн = A_x – A₀ = 0,

т.e. получаем обычное уравнение фотометрии, являющееся частным случаем более общей закономерности. Графически при этом получаем прямую линию, выходящую из начала координат.

Если объединить два первых случая, то есть с одним и тем же раствором сравнения производить измерения относительных оптических плотностей, когда C_x < C₀, и C_x > C₀, то получим общее уравнение дифференциальной фотометрии (3). Графически эта зависимость будет выражаться прямой линией, пересекающей ось абсцисс в точке, соответствующей C_x = C₀ . Такой способ измерений, когда относительно одного и того же раствора сравнения измеряется поглощение и растворов с C_x < C₀, и растворов с C_x > C₀, называется методом полной дифференциальной фотометрии.

Расчетная формула для метода полной дифференциальной фотометрии может быть записана в виде C_x = C₀ ± F ∙ A_отн, где F - фактор пересчета, представляющий собой обратный угловой коэффициент калибровочного графика. Фактор пересчета вычисляется по результатам измерений A_отн, серии стандартных растворов с концентрацией С₀, С₁, С₂,…С_n, относительно одного и того же раствора с концентрацией определяемого элемента С_0:

И случае различия в качестве кювет (длина оптического пути, состояние рабочих поверхностей) на калибровочном rpaфике в точке С = С₀ будет наблюдаться изменение угла наклона калибровочного графика к оси абсцисс при переходе от измерений концентраций C_x > C₀ к концентрациям C_x < C₀. В этом случае для расчета концентрации определяемого компонента необходимо вычислить два фактора пересчета: F₁ для положительных значений относительных оптических плотностей, F₂ для отрицательных значений, а расчет концентраций производить по формулам:

C_x = C₀ + F ∙ A_отн, и C_x = C₀ – F ∙ A_отн,

Определение никеля основано на реакции образования в щелочной среде окрашенного в малиново-красный цвет внутрикомплексного соединения никеля с диметилглиоксимом и окислителем. Существует предположение, что в результате реакции происходит окисление никеля, вероятно до Ni(III). Соотношение никель: диметилглиоксим в комплексе равно 1:3. Для подщелачивания раствора можно применить NH₃, NaOH или КОН. В качестве окислителя пригодны персульфат аммония или бром. Раствор окрашенного комплекса имеет максимум поглощения в области 450 – 500 нм.

Реактивы и оборудование

1. Фотоколориметр КФК-3 или ФЭК-60

2. Мерные колбы вместимостью 50 мл. Пипетки градуированные на 10 мл и 5 мл.

3. Эталонный раствор соли никеля. Навеску 1.1965 г NiSO_4*7H₂O растворяют в дистиллированной воде, подкисляют раствор 3 – 5 мл концентрированной H₂SO₄ и разбавляют водой до 1.0 л. Эталонный раствор содержит 0.250 мг никеля в 1 мл.

4. Гидроксид натрия, 5%-ный раствор.

5. Персульфат аммония, 5%-ный раствор, свежеприготовленный.

6. Диметилглиоксим, 2%-ный щелочной раствор.

7. Раствор аммиака.

Ход работы

Построение градуировочного графика. Для построения градуировочного графика в мерные колбы вместимостью 50 мл последовательно вливают 0.25; 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 3.5 мл стандартного раствора никеля, 5.0 мл NaOH; 3.0 мл раствора персульфата аммония и 3.0 мл раствора диметилглиоксима. Тщательно перемешивают, доводят до метки водой и снова перемешивают. Через 8 – 10 мин. измеряют оптическую плотность с зеленым ( = 460 нм) светофильтром. В качестве нулевого раствора используют раствор, содержащий 1.0 мл никеля в мерной колбе вместимостью 50 мл. При работе на ФЭК-60 измерение оптической плотности раствора с концентрацией, большей, чем в нулевом растворе, проводят как обычно, а при концентрациях, меньших, чем в нулевом – помещая в оба световых потока вначале нулевые растворы. По полученным данным строят градуировочный график и рассчитывают факторы пересчета, затем получают две контрольные задачи на определение никеля.

Лабораторная работа №5

Изучение условий фотометрического определения железа с нитрозо-р-солью

Цель работы

Нахождение оптимальных условий фотоколориметрического определения железа с нитрозо-р-солью: оптимальный интервал значений рH, рабочая длина волны, время, необходимое для развития окраски; определение концентрации вещества.

Сущность работы

Железо (II) с нитрозо-р-солью (динатриевая соль 1-нитрозо-2-нафтол-3,6-дисульфокислоты) в водных растворах образует растворимое комплексное соединение зеленого цвета. Соотношение железо : нитрозо-р-соль в комплексе составляет 1:1 и 1:2.

Реактивы и оборудование

1. Фотоколориметр КФК-2 (СФ-26, 46), ФЭК-60

2. Стандартный раствор железа, содержащий 10 мкг Fe в 1 мл, готовят растворением навески соли Мора с добавлением серной кислоты.

2. Нитрозо-р-соль, 1% - ый водный раствор.

3. Буферные аммонийно-ацетатные растворы со значениями pH = 3.0; 4.0; 5.0; 6.0; 7.0; 8.0; 9.0.

4. Мерные колбы вместимостью 50 мл.

Ход работы

Влияние pH. Стандартный раствор Fe предварительно в стаканчике нейтрализуют по каплям NH₄OH до pH = 4.5 – 5.0. 5 мл стандартного раствора железа помещают в мерную колбу вместимостью 50 мл, приливают 20 мл буферного раствора с известным значением pH и 1 мл 1%-го раствора нитрозо-р-соли, разбавляют раствор до метки. Через 10 минут записывают спектры поглощения растворов на спектрофотометре относительно воды. Одновременно снимают спектры контрольных растворов, содержащих все реактивы, кроме железа. На основании сравнения спектров выбирают для дальнейшей работы длину волны и значение pH.

Влияние времени. В мерную колбу вместимостью 50 мл вносят 5.0 мл стандартного раствора железа, 20 мл буферного раствора с выбранным значением pH, приливают 1 мл 1%-го раствора нитрозо-р-соли, разбавляют до метки водой, перемешивают и измеряют оптическую плотность на ФЭК-60, КФК-2 с использованием светофильтра, пропускание которого соответствует минимуму светопоглощения раствором комплекса. Измерение оптической плотности производят через 3, 5, 10, 15 и 20 минут после сливания всех растворов реактивов. Строят график зависимости оптической плотности от времени. Выбирают время, необходимое для полного развития окраски.

Построение градуировочного графика.

В мерные колбы вместимостью 50 мл вносят 1.0; 3.0; 5.0; 7.0; 9.0; 10.0 мл стандартного раствора железа, приливают по 20 мл буферного раствора, по 1 мл 1%-го раствора нитрозо-р-соли, разбавляют раствор до метки. Измеряют оптическую плотность через выбранный интервал времени и при выбранном светофильтре. Строят градуировочный график. Получают контрольную задачу и находят содержание железа.

ЛИТЕРАТУРА
1. Бабко А.К., Пилипенко А.Т. Колориметрический анализ. М., 1951.

2. Пешкова В.М., Громова М.И., Методы абсорбционной спектроскопии в аналитической химии. М., 1976.

3. Барковский В.Ф., Горелик С.М., Городенцева Т.Б. Физико – химические методы анализа. М., 1972.

4. Алесковский В.Р., Бардин В.В. Физико-химические методы анализа. Практическое руководство. Л., Химия. 1988.

5. Петрухин О. М. Практикум по физико – химическим методам анализа. М., Химия. 1987.

6. Основы аналитической химии. Практическое руководство. Под ред. Ю.А.Золотова / М., Высшая школа. 2001.

1 2 3 4

	Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “ Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Нормативные документы и должностные инструкции” / А. Г. Куприянов, А....		Методические указания к лабораторным работам по курсу «Новые разделы информатики» Данные методические указания «Мультимедиа технологии»к лабораторным работам могут быть полезны студентам и преподавателям смежных...
	Методические указания к лабораторным работам по курсу «Новые разделы информатики» Данные методические указания «Мультимедиа технологии»к лабораторным работам могут быть полезны студентам и преподавателям смежных...		О. Р. Никитин Специализация по теме диссертации Методические указания... Методические указания к лабораторным работам предназначены для бакалавров направления 210400 «Радиотехника» и специальности 210600...
	Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «микроэлектронные устройства» Горохов А. В, Пичугина Л. П. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Микроэлектронные устройства». – М.: Ргу...		Методические указания к лабораторным работам №№1÷4 по дисциплине «Web-программирование» Отчеты по лабораторным работам оформляются в электронном виде с именами авт-500 Иванов, Петров (лр1). doc (или . docx, . rtf, *....
	Вычислительная техника ” схемотехника методические указания к лабораторным работам самара 2000 Схемотехника: Метод указания к лабораторным работам / Самар гос техн ун-т; Сост. И. В. Воронцов, В. П. Золотов. Самара, 2000, 59...		Методические указания содержат задания к лабораторным работам по... Методические указания предназначены для студентов направления «Прикладная информатика» профиля «Прикладная информатика в экономике»,...
	Методические указания к лабораторным и домашним работам по дисциплине «Операционные системы»		Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Физико-химические методы анализа» Методические указания составили: доценты: С. А. Соколова, О. В. Перегончая, Л. Ф. Науменко, А. К. Решетникова, О. В. Дьяконова,,...
	Методические указания к выполнению лабораторных работ Омск 2006 П. С. Гладкий, Е. А. Костюшина, М. Е. Соколов, Проектирование баз данных: Методические указания к лабораторным работам. Омск: Издательство:...		Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Технологии... Лабораторная работа 2 Составление календарного плана разработки портала вуза 16
	Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине «Информатика» Методические указания по проведению лабораторных работ предназначены для студентов гоапоу «Липецкий металлургический колледж» технических...		Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине «Информатика» Методические указания по проведению лабораторных работ предназначены для студентов гоапоу «Липецкий металлургический колледж» технических...
	Методические указания по дисциплине пд. 02 Химия для выполнения лабораторных... Методические указания и задания к лабораторно-практическим занятиям для студентов специальности 35. 02. 05 Агрономия по дисциплине...		Методические указания и задания к лабораторным работам по дисциплине... ...

Методические указания к лабораторным работам «спектрофотометрический анализ»

Похожие: