Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Лекция 2. Оптические методы анализа






План

1. Спектрофотометрия. Закон Бугера–Ламберта–Бера.

2. Абсорбционная спектроскопия.

3. Рефрактометрия.

4. Поляриметрия.

 

1. Пусть поток монохроматического излучения с интенсивностью I 0 проходит через слой раствора с концентрацией поглощающих частиц С и толщиной l. При этом одна часть потока рассеивается, другая отражается, третья – поглощается. В результате выходящий поток с интенсивностью I 1 будет ослаблен, т.е. I 1 < I 0. Отношение I 1 / I 0называют пропусканием Т. Оно показывает, какая доля падающего на раствор света поглощается, при этом доля рассеянного и отраженного света обычно мала, и ею пренебрегают. Пропускание часто выражают в процентах. Для абсолютно прозрачных растворов Т = 100 %, для абсолютно непрозрачных растворов Т = 0.

lg (I 0/ I 1) = a · C · l (2.1)

Величину lg (I 0/ I 1) называют оптической плотностью и обозначают буквами А или D (далее по тексту только D).

Для абсолютно прозрачного раствора D = 0. Для абсолютно непрозрачного раствора D ® 0.

Оптическая плотность и пропускание связаны между собой выражением

D = lg (1/ Т). (2.2)

Если Т выражают в процентах, то D = 2 – lg Т.

Коэффициент поглощения а в выражении (2.1) равен оптической плотности раствора при единичных концентрации и толщине слоя и, в зависимости от способа выражения последних, может иметь разные единицы измерения.

Уравнение (2.1) является математическим выражением основного закона светопоглощения или закона Бугера-Ламберта-Бера: количество электромагнитного излучения, поглощенного раствором, пропорционально концентрации поглощающих частиц и толщине слоя раствора. Его можно представить в экспоненциальной формуле:

I 1 = I 0 ·10 a · C · l . (2.3)

 

2. Метод абсорбционной спектроскопии относится к оптическим методам анализа и основан на взаимодействии вещества с излучениями ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей электромагнитного излучения однородными нерассеивающими системами. Широкое развитие данного метода началось в 1955г., после того, как успехи квантовой теории излучения позволили установить связь различных излучательных и поглощательных процессов, имеющих место в атомных системах. Благодаря теоретическому обоснованию процессов абсорбции удалось получить количественные данные о солнечной и звездной средах: их химическом составе, температурах.

Применение атомной абсорбции в аналитической химии сначала касалось исключительно определения паров ртути в воздухе, и в одном из первых абсорбционных спектрометров использовалось свойство именно паров ртути, т.е. способность находиться в атомном состоянии при комнатной температуре. Позднее появилась работа, посвященная применению атомной абсорбции для анализа газов. Этими единичными работами ограничивалось конкретное аналитическое использование атомно-абсорбционной спектрометрии. В Австралии был предложен рациональный способ регистрации атомной абсорбции и рекомендована схема установки для проведения анализов. В качестве источника света применяли лампу с полым катодом и пламя для получения атомов определяемого элемента из образца раствора, распыляемого в виде тонкодисперсного тумана.

Метод является достаточно простым и имеет несложное аппаратурное оформление, что привлекает внимание аналитиков и сейчас он является одним из наиболее широко используемых. Распространение получили и непламенные методы абсорбции, в которых в качестве атомизатора используют графитовую печь. В настоящее время методы атомной абсорбции с электротермической атомизацией получили более широкое развитие по сравнению с пламенными.

Атомно-абсорбционный метод анализа разработан для определения элементного состава жидких проб, поэтому аналитический процесс метода проводят по установленной схеме.

1. Отбирают определенную массу анализируемого вещества для химической обработки этой навески с целью разрушения структуры вещества.

2. Создают поглощающий слой атомного пара. С этой целью рабочий раствор пробы вводят в атомизатор.

3. Через слой атомного пара пропускают свет от источника, излучающего линейчатый спектр определяемого элемента.

4. Из светового потока выделяют участок спектра соответствующей резонансной линии поглощения.

5. Оценивают сначала величину поглощенной энергии и затем – аналитического сигнала.

6. Строят градуированный график по результатам замера аналитического сигнала для стандартных растворов и определяют расчетный коэффициент для интервала концентраций.

7. Вычисляют концентрацию определяемого элемента.

8. Оценивают правильность результатов анализа партии проб путем сравнения результатов анализа стандартных образцов с данными их аттестации.

 

3. Если монохроматический луч А проходит через поверхность раздела 2-х сред, то одна часть света А ' отражается от поверхности раздела, а другая часть В проходит через 2-ю среду, изменяя при этом направление. Эту часть монохроматического света называют преломленным светом. Преломление луча света описывается законом Снелля:

, (2.5)

где α – угол падения, β – угол преломления, n 1, n 2 – показатель преломления 1-й и 2-й сред.

Метод рефрактометрии основан на определении показателя преломления (рефракции). n зависит от температуры, концентрации раствора и длины волны проходящего света. В смеси каждое вещество сохраняет преломляющую способность, и показатель преломления смеси соответствует сумме показателей преломления всех входящих в смесь компонентов.

При прохождении луча света из одной среды в другую, он направлен по прямой, когда падает перпендикулярно на поверхность раздела 2-х сред. Если луч падает под некоторым углом, он преломляется, и отношение синуса угла падения к синусу угла преломления является постоянной величиной и выражается как собственно показатель преломления:

. (2.6)
Если луч света А направлен под углом α из среды с меньшим n в среду с большим n, то, изменив направление, он приближается к перпендикуляру РР 1 и угол преломления β будет меньше угла падения α (Рис.2.4). Если луч В переходит из среды более плотной в среду менее плотную, то, преломляясь, он удаляется от перпендикуляра, и занимает положение луча А.
Рис.2.4. Схема преломления луча света
     

Если при переходе из менее плотной среды в более плотную падающий луч С образует с перпендикуляром луч α ', приближающийся к 90о, то соответствующий ему луч преломления D будет давать с перпендикуляром угол β ', лежащий в меньшей угловой области. Т.к. угол падения не может быть больше 90о, то соответствующий ему преломленный луч D является пограничным лучом распространения света в этой среде. Луч света Е, падающий под углом, больше предельного, не преломляется, а полностью отражается; он претерпевает «полное внутреннее отражение» от границы раздела, приобретая направление ОЕ 1. С правой стороны от луча D будет темнота, а с левой – свет. При переходе к полному отражению резко возрастает яркость света и это дает возможность установить направление предельного луча.

 

4. Поляриметрией называют метод, основанный на определении оптического вращения. Оптическое вращение – это вращение плоскости поляризации света раствором оптически активного вещества. Оптическому вращению подвергается поляризованный свет. Поляризованный свет отличается тем, что колебания световых волн в нем происходят только в одной плоскости, а в неполяризованном – во всех плоскостях. Плоскость, в которой происходят колебания волн поляризованного света, называют плоскостью поляризации.

Поляризованный свет образуется при прохождении световых лучей через кристаллы, обладающие оптической неоднородностью (исландский шпат, турмалин). Преломление световых волн в разных плоскостях таких кристаллов происходит по-разному. Наименьшему преломлению подвергаются световые волны, плоскость колебаний которых совпадает наилучшим образом с оптическими свойствами кристалла. В кристалле вследствие этого наблюдается раздвоение луча света, причем оба луча поляризованы, но плоскости поляризации у них взаимно перпендикулярны. При этом один луч подвергается большему преломлению, другой – меньшему.

Атомы молекул некоторых веществ способны поляризоваться, т.е. приобретать дипольный момент в электрическом поле. Поляризация атомов обусловлена смещением в молекуле атомов разного типа, что связано с несимметричным распределением в молекуле электронной плотности, т.е. наличием так называемых асимметрических атомов. Вещества, содержащие такие атомы, обладают оптической активностью, т.е. они способны вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через исследуемое вещество света.

Величина такого вращения в растворах зависит от их концентрации, поэтому поляриметрию применяют для измерения оптически активных веществ, в частности, сахаров. Асимметрический углеродный атом в сахарах делает их оптически активными, способными вращать плоскость поляризации.

Характерным показателем каждого оптически активного вещества является его удельное вращение – угол вращения плоскости поляризации при 20о С для линии D натриевого пламени раствором, содержащим 100 г вещества в 100 см 3, когда луч в этом растворе проходит путь, равный 100 мм. Концентрация вещества (г в 100 см 3 раствора) рассчитывается по формуле:

, (2.8)

где α – угол вращения, – удельное вращение анализируемого вещества при 20о С, l – длина поляризационной трубки, мм.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.