Форум химиков на сайте ХимЛаб

СhemistLab.ru

Главная | 1. Оптические (спектральные) методы анализа. - Форум | Регистрация | Вход
Суббота
23.09.2017
12:05
Гостевая книга
Информация о сайте
Приветствую Вас Гость |
[ Новые сообщения · Участники · Администрация · Правила форума · Поиск · Таблица Менделеева ]

Страница 1 из 11
Форум » Химическое образование » Типовые задачи и решения по физико-химическим методам анализа » 1. Оптические (спектральные) методы анализа.
1. Оптические (спектральные) методы анализа.
FilIgorДата: Понедельник, 26.11.2012, 11:35 | Сообщение # 1
Эксперт
Группа: Администраторы
Сообщений: 6107
Статус: Offline
Оптические методы анализа, рассмотренные в этом разделе, включают в себя основные способы количественного анализа, применяемые с помощью оптических и спектральных приборов.

1. Метод градуировочного графика.
2. Метод стандартов (метод сравнения).
3. Метод добавок.
4. Метод ограничивающих растворов.
5. Основной закон поглощения. Закон Бугера-Ламберта-Бера.
6. Дифференциальная фотометрия.
7. Атомно-абсорбционная спектрофотометрия.

It's futile to speculate about what might have been
 
FilIgorДата: Понедельник, 26.11.2012, 12:19 | Сообщение # 2
Эксперт
Группа: Администраторы
Сообщений: 6107
Статус: Offline
1. Метод градуировочного графика.

Готовят серию эталонных растворов точно известной концентрации, таким образом, чтобы концентрация анализируемого раствора попадала в диапазон серии эталонных растворов. По измеренным величинам поглощения (в абсорбционных методах анализа) или интенсивности излучения (в методах эмиссионного анализа) эталонных растворов строят график зависимости показаний прибора (I) от концентрации эталонного раствора (С). Затем снимают показание прибора для анализируемого раствора (ордината Ix) и по графику находят соответствующее значение абсциссы (Сх).

График должен быть линейным.
Если выбранные концентрации не позволяют построить линейный график (например, в линейке концентраций 10-1 - 10-2 - 10-3 - 10-4 - 10-5 М) концентрации логарифмируют, строя график в координатах I = f(-lgC).

1.1. Измерено поглощение для трех эталонных растворов с концентрациями 10-3, 4*10-3 и 7*10-3 М.
Значение поглощения составило соотв. I = 600, 700 и 800 единиц по шкале прибора.
Определить концентрацию раствора с поглощением 750 единиц.


Строим градуировочный график в координатах I - C и по графику находим, при Ix = 750, С = 5,5*10-3 М.

It's futile to speculate about what might have been
 
FilIgorДата: Понедельник, 26.11.2012, 13:09 | Сообщение # 3
Эксперт
Группа: Администраторы
Сообщений: 6107
Статус: Offline
2. Метод стандартов (Метод сравнения).

В этом методе измеряют аналитические сигналы пробы и стандартного образца - раствора, который по химическому составу и концентрации определяемого вещества близок к анализируемому раствору, (Сст).
Из пропорции Iст/Iх = Сстх, получаем: Сх = Сст(Ix/Iст)

2.1. Для стандартного раствора меди 10-3 М прибор показал 420 единиц по шкале прибора. Определить концентрацию анализируемого раствора для показаний прибора 437 единиц.

С = 10-3*(437 / 420) = 1,04*10-3 М.

It's futile to speculate about what might have been
 
FilIgorДата: Понедельник, 26.11.2012, 13:42 | Сообщение # 4
Эксперт
Группа: Администраторы
Сообщений: 6107
Статус: Offline
3. Метод добавок.

В серию одинаковых по массе или объему проб анализируемого вещества вводят точно известное количество определяемого вещества (находящегося в той же химической форме), последующая добавка, как правило, вдвое больше предыдущей. В первую пробу добавку не вводят.

Для одной добавки верно соотношение:
Сх/(Сх + Сст) = Ix/I(х+ст), откуда получаем:
Сх = Сст*Ix/(I(х+ст) - Ix)

Для двух добавок (если вторая вдвое больше первой):

Сх = {С1(Ix2 - Ix1)/(Ix1 - Ix)}*(Ix/(Ix1 - Ix))

Ix - аналитический сигнал пробы без добавки.
Ix1 - аналитический сигнал пробы с одной добавкой.
Ix2 - аналитический сигнал пробы с двумя добавками.

3.1. При пламенно-фотометрическом определении кальция в воде применили метод добавок, для чего в 3 мерные колбы по 100 мл. поместили по 10 мл. анализируемой воды, во 2-ю и 3-ю колбу поместили 10 и 20 мл. стандартного раствора кальция с концентрацией 200 мкг/мл. Определить содержание кальция.
Показания прибора:
Ix = 20
Ix1 = 25
Ix2 = 30


Заметим, что в 1-ю колбу было помещено 10 мл. стандартного раствора кальция с концентрацией 200 мкг/мл., т.е. в колбе находится 200*10 = 2000 мкг/100 мл.

Сх = 2000((30 - 25)/(25 - 20))*(20/(25 - 20)) = 8000 мкг/100 мл. = 80 мкг/мл.

It's futile to speculate about what might have been
 
FilIgorДата: Понедельник, 26.11.2012, 14:06 | Сообщение # 5
Эксперт
Группа: Администраторы
Сообщений: 6107
Статус: Offline
4. Метод ограничивающих растворов.

Готовят два или несколько эталонных растворов различной концентрации, таким образом, чтобы для соседней пары эталонов было верно соотношение:
Сэ1 < Cx < Сэ2.
Сх - концентрация анализируемого вещества.
Поскольку
(Сх - Сэ1)/(Ix - Iэ1) = (Сэ2 - Сэ1)/(Iэ2 - Iэ1), получим расчетную формулу:
Cx = Cэ1 + (Сэ2 – Сэ1)(Ix – Iэ1) / (Iэ2 – Iэ1)
2, Iэ1 - показания прибора для эталонных растворов,
Ix - для анализируемого.

4.1. Определить содержание селитры в образце руды, если навеска руды массой 0,0109 г. растворили в мерной колбе на 100 мл, аликвоту 10 мл. перенесли в мерную колбу на 100 мл, раствор довели водой до метки. Приготовили два эталонных раствора с содержанием нитрата калия KNO3, равным 4 и 5 мкг/см3. Показания приборов составили 40 и 50 единиц шкалы соотв., для анализируемого раствора прибор показал 48 единиц.
Определить процентное содержание селитры в руде.


Определим концентрацию раствора:
Cx = 4,0 + (5,0 – 4,0)(48 – 40) / (50 – 40) = 4,8 мкг/см3.

Определим исходную концентрацию.
С = Cx*(Vk/Vп) = 4,8(100/10) = 48 мкг/см3.
Определим массу чистого нитрата калия.
g = C*V = 45*100 = 4500 мкг. = 0,0045 г.

w = 100g/m = 100*0,0048/0,0109 = 44,04 %.

It's futile to speculate about what might have been
 
FilIgorДата: Среда, 28.11.2012, 12:33 | Сообщение # 6
Эксперт
Группа: Администраторы
Сообщений: 6107
Статус: Offline
5. Основной закон поглощения. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

Согласно закону БЛБ (аналитики шутливо называю его законом трех мужиков),
I = I0*10λ
где
I - интенсивность прошедшего поглощающую среду потока.
I0 - интенсивность падающего потока.
ελ - молярный коэффициент поглощения при длине волны λ.
l - толщина поглощающего слоя.
С - концентрация поглощающего вещества, моль/л.

Если прологарифмировать закон БЛБ, получим:
lgI = lgI0 - ελlC
Обозначим lg(I0/I) = A, тогда
А = ελlC
Величину А в фотометрическом определении называют поглощением, или светопоглощением.

Учащиеся очень часто совершают одну и ту же ошибку при решении задач по данной теме.
В условии обычно пишут в числе прочего: "измеренного при длине волны λ = ... нм". И студент начинает думать-гадать, а где же в решении надо использовать эту величину?
Между тем, эта величина дана для общего развития, чтобы внести в теорию какое-то приближение к практике. Поглощение различно в зависимости от длины волны, в аналитической практике измерению предшествует определение оптимальной длины волны, и это-то и находит свое отражение в условии.

5.1. При прохождении света через слой толщиной 1 см. интенсивность его ослабляется на 10%, какой будет интенсивность при прохождении через слой того же вещества толщиной 10 см.?

Каждый сантиметр поглощает 10% света, пропуская 90%, т.е. 0,9 от падающего потока. Таких сантиметров 10, следовательно I = 0,910 = 0,349.

5.2. Оптическая плотность раствора , содержащего 0.420 мг меди в 200мл при толщине слоя кюветы 1см равна 0,15. Вычислите молярный коэффициент поглощения меди.

Определим молярность раствора,
С = m/Ar*V = 0,42*10-3/64*0,2 = 3,28*10-5 М.
По закону БЛБ,
ελ = A/lC = 0,15/1*3,28*10-5 = 4573.

5.3. Коэффициент молярного поглощения комплексного соединения алюминия с ализарином равен 1,6*104 при длине волны 485 нм. Какую кювету необходимо выбрать для фотометрирования, чтобы оптическая плотность раствора была не менее 0,3 при содержании алюминия 10-5 моль/дм3.

По закону БЛБ,
l = A/ελC = 0,3/1,6*104*10-5 = 1,875 см.
Выбираем кювету толщиной 2 см.

5.4. Навеску н-нитроанилина массой 0,0325 г растворили в метаноле в мерной колбе вместимостью 50мл. Аликвоту полученного раствора 1 мл разбавили метанолом до 100 мл. Оптическая плотность этого раствора при длине волны 368нм составила 0,804 в кювете 1 см. Вычислить значение молярного коэффициента поглощения.

М(н-нитроанилина)=138,13


Определим молярную концентрацию раствора в колбе на 50 мл.
См = m/MrV = 0,0325/138,13*0,05 = 0,0047 M.

После разбавления концентрация составит:
С = 0,0047*(Va/Vk) = 0,0047(1/100) = 4,7*10-5 M.

По закону БЛБ,
ελ = A/lC = 0,804/1*4,7*10-5 = 1,7086*104.

5.5. В образце легированной стали массой 1,0 г содержится марганец. После окисления марганца до марганцевой кислоты и разбавления полученного раствора до 500 мл. поглощение при длине волны 540 нм. в кювете с толщиной слоя 2,0 см оказалось равным 0,68. Определить процентное содержание марганца в стали, если при λ=540 нм, ελMn=3000

Определим концентрацию марганца.
По закону БЛБ,
C = A/ελl = 0,68/3000*2 = 1,13*10-4 M.

Определим массу марганца.
m = C*V*Ar(Mn) = 1,13*10-4*0,5*54,9 = 0,00316 г.

ω = 100m/m(сталь) = 100*0,00316/1 = 0,316%.

It's futile to speculate about what might have been
 
FilIgorДата: Среда, 28.11.2012, 14:56 | Сообщение # 7
Эксперт
Группа: Администраторы
Сообщений: 6107
Статус: Offline
6. Дифференциальная фотометрия.

Метод применяют для уменьшения погрешности при измерении интенсивно окрашенных растворов.
В этом случае поглощение исследуемого и стандартного раствора измеряют относительно раствора сравнения, содержащего точно известное количество определяемого вещества в соответствующей аналитической форме.

Ах = εl(Cx - C0)
Аст = εl(Cст - C0)
Ax/Aст = (Cx - C0)/(Cст - C0)
Отсюда,
Сх = С0 + Ах(Cст - C0)/Аст

6.1. Содержание антрацена в растворе определяли по собственному поглощению при λ=253 нм. Относительная оптическая плотность стандартного раствора, содержащего 35 мг/л антрацена, равна 0,412. У исследуемого раствора эта величина составила 0,396. В кювете сравнения в обоих случаях был раствор с содержанием 30 мг/л антрацена. Определите концентрацию (мг/л) антрацена в исследуемом растворе.

С = 30 + 0,396(35 - 30)/0,412 = 34,8 мг/л.

It's futile to speculate about what might have been
 
FilIgorДата: Воскресенье, 02.12.2012, 21:47 | Сообщение # 8
Эксперт
Группа: Администраторы
Сообщений: 6107
Статус: Offline
7. Атомно-абсорбционная спектрофотометрия.

Метод основан на резонансном поглощении характеристического излучения элемента его невозбужденными атомами, находящимися в свободном состоянии, то есть в состоянии «атомного пара».
Метод использует закон, аналогичный закону БЛБ:

A = klC, где k - атомный коэффицент абсорбции.

Значение атомных коэффицентов абсорбции намного выше аналогичных коэффициентов для растворов и достигают порядков 108, благодаря чему метод обладает низкими пределами обнаружения.

It's futile to speculate about what might have been
 
Форум » Химическое образование » Типовые задачи и решения по физико-химическим методам анализа » 1. Оптические (спектральные) методы анализа.
Страница 1 из 11
Поиск:

lascheggia © 2012-2017
Бесплатный хостинг uCoz