на чем основан фотометрический метод

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

980 нм), а также тем, что для выделения нужного участка спектра (шириной 10-100 нм) используют не моно-хроматоры, а узкополосные светофильтры.

Приборы

Определение концентрации

В некоторых случаях фотометрический метод может быть применен для одновременного определения в растворе нескольких ионов, хотя, как это будет показано ниже, его возможности ограничены. Очень ценно использование фотометрических методов для решения многих теоретических вопросов аналитической и физической химии [2].

Измерение света

Фотометрические методы определения концентрации вещества в растворе.

Метод градуированного графика: Для определения содержания вещества методом градуи-ровочного графика готовят серию из 5-8 стандартных растворов разных концентраций (не менее 3 параллельных растворов для каждой точки).

При выборе интервала концентраций стандартных растворов руководствуются следующими положениями: он должен охватывать область возможных изменений концентраций исследуемого раствора, желательно, чтобы оптическая плотность исследуемого раствора соответствовала примерно середине градуировочной кривой; желательно, чтобы в этом интервале концентраций при выбранных толщины кюветы I и аналитической длины волны л соблюдался основной закон светопоглощения, т. е. график D = /(С) был линейным; интервал рабочих значений D, соответствующий интервалу стандартных растворов, должен обеспечивать максимальную воспроизводимость результатов измерений. При совокупности перечисленных условий измеряют оптические плотности стандартных растворов относительно растворителя и строят график зависимости D = /(С).

Полученная кривая называется градуировочной (градуи-ровочным графиком).Определив оптическую плотность раствора Dx, находят ее значения на оси ординат, а затем на оси абсцисс — соответствующее ей значение концентрации Сх. Этот метод применяют при выполнении серийных фотометрических анализов. Метод добавок: Метод добавок представляет собой разновидность метода сравнения. Определение концентрации раствора этим методом основано на сравнении оптической плотности исследуемого раствора и того же раствора с добавкой известного количества определяемого вещества. Метод добавок обычно применяют для упрощения работы, для устранения мешающего влияния посторонних примесей, в ряде случаев для оценки правильности методики фотометрического определения. Метод добавок требует обязательного соблюдения основного закона светопоглощения. При соблюдении основного закона светопоглощения и постоянной толщине слоя отношение оптических плоскостей исследуемого раствора и исследуемого раствора с добавкой будет равно отношению их концентраций [4].

Аппаратура

Узел источника света состоит из собственного источника света, стабилизатора напряжения и в некоторых случаях контрольных приборов – амперметра и вольтметра для контроля постоянства силы тока и напряжения. В некоторых простейших конструкциях колориметров, например, КОЛ-52, фотометр ФМ и др., стабилизаторы и контрольные приборы отсутствуют. В качестве источников света в зависимости от используемой области спектра применяют различные приборы. Для получения света далёкой ультрафиолетовой области 220-230 нм используют водородную лампу или лампу накаливания для области близкого ультрафиолета и видимой части спектра 320 – 800 нм. В иностранных спектрофотометрах для этой цели применяют вольфрамовые и дейтериевые разрядные лампы. Для получения света видимой области спектра применяют обычные лампы накаливания. Для получения света инфракрасной области спектра применяют глобар-стержень из карбида кремния или штифт Нернста – стержень из смеси окислов редкоземельных элементов. Эти стержни при накаливании их электрическим током до 1200 – 20000С испускают интенсивный поток инфракрасных лучей. При всех фотометрических измерениях необходим устойчивый поток световых лучей. Это обеспечивается в первую очередь стабильным режимом накаливания. Поэтому лучшие модели фотометрических приборов обязательно снабжены стабилизатором напряжения, налагаемого на источник лучистого потока. Контроль за работой стабилизатора целесообразно вести путём измерения силы тока, проходящего через осветитель, или напряжения, которое на него подаётся. В некоторых случаях, когда эти приборы отсутствуют в фабричных моделях, их подсоединяют дополнительно. Кроме того, за стабильностью работы осветителя можно наблюдать и при помощи узла определения интенсивности света. Монохраматизация может осуществлена при помощи: светофильтров, призм и дифракционных решеток [5].

Примеры использования метода для определения тяжелых металлов в природных водах.

Так как источник излучения частотно зависим и спектр поглощения ограничен, то в качестве источника излучения выбирается светоизлучающий диод (СИД) с длиной волны l=540 нм, что соответствует максимуму спектра поглощения и обеспечивает избирательность метода. Функцию избирательности можно усилить введением дополнительно оптического фильтра на длине волны l=540 нм с полосой пропускания 25±10 нм.

Влияние рН на результаты фотометрического измерения. При уменьшении кислотности среды, т. е. при повышении рН раствора, катионы металла, как правило, взаимодействуют с ОН-ионами, образуя в конечном счете малорастворимые гидроксиды или основные соли. Окрашенное соединение при этом разрушается [6]. Малорастворимое соединение может и не образоваться, тем не менее участие определяемых катионов в сопряженном комплексообразовании с ОН-ионами значительно уменьшает условную константу устойчивости окрашенного комплекса и, следовательно, приводит к уменьшению степени связанности определяемого иона в окрашенное соединение. Особенно сильное влияние наблюдается для малопрочных комплексов, которые при увеличении рН раствора могут быть разрушены полностью. Поэтому реакции образования окрашенных соединений ионов металлов с анионами сильных кислот целесообразно проводить в достаточно кислых средах, где условная константа устойчивости окрашенного комплекса сохраняет свое наибольшее значение. Окрашенные комплексы с анионами слабых кислот. Когда в качестве реагентов используют слабые органические кислоты HR (салициловая кислота, ализарин, диметилглиоксим и др.), изменение рН раствора оказывает очень сильное, хотя внешне и не всегда заметное, влияние. Полнота связывания иона М в окрашенное соединение MRn зависит от концентрации в растворе анионов реагента R– которая в свою очередь зависит от концентрации Н+ в растворе. В кислых растворах концентрация R– бывает невелика, так как равновесие ионизации слабой кислоты HR сильно смещено в сторону недиссоциированной (кислотной) формы реагента. Увеличить концентрацию R– путем повышения общей концентрации реагента не всегда удается, поскольку слабые органические кислоты часто имеют ограниченную растворимость. В этом случае концентрацию увеличивают повышением рН раствора, которое смещает равновесие ионизации кислоты в сторону его солевой формы R. Таким образом, реакции образования окрашенных соединений ионов металлов с анионами слабых кислот следует проводить по возможности в менее кислых средах. Однако уменьшение концентрации Н+ необходимо осуществлять очень осторожно, так как при повышении рН раствора может происходить образование основных солей или гидроксидов определяемых металлов; может изменяться состав окрашенного соединения вследствие ступенчатости комплексообразования. В некоторых случаях, когда влияние конкурирующего комплексообразования ОН-ионов преобладает над влиянием депротонирования реагента, повышение рН раствора может привести к противоположным результатам, т. е. к уменьшению степени связанности иона М в окрашенное соединение. Поэтому максимальный выход светопоглощающего комплекса будет наблюдаться только в определенном интервале значений рН раствора [7].

Литература:

Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. В двух книгах: кн..1 – М.: Химия, 1990,-480с.

Т.Н. Куркова, Е.П. Залецкене Экстракционно-фотометрические реакции – метод анализа природных объектов на содержание галогенид-ионов

Источник

Тема: Фотометрический метод анализа. Теоретические основы метода.

Тема: Фотометрический метод анализа.

Теоретические основы метода.

Все вещества, поглощающие электромагнитное излучение, вещества поглощающие излучение видимого спектра характеризуются собственной окраской.

Фотометрический метод основан на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через вещество или его раствор. В зависимости от длинны волны, ширина полосы излучения и способы измерения интенсивности светового потока, различают следующие фотометрические методы:

1) Колориметрия – основан на визуальном сравнении интенсивности окраски анализируемого раствора и интенсивности окраски раствора того же вещества известной концентрации ( стандартный раствор). Субъективность визуальных восприятий световых оттенков или интенсивность окраски является недостатком.

2) Фотоэлектроколоримететрия – основан на измерении интенсивности света в видимой части спектра. Для монохромотизации света применяют светофильтры.

3) Спектрофотомерия – основан на применении монохроматического света как в видимой так и в ультрафиолетовыми инфра красной областях света. Для монохроматизации света применяют дифракционные решётки и призмы.

Оптическая плотность зависит от толщины светопоглощающего слоя, от концентрации растворённого светопоглощающего вещества.

Аналитические задачи решаемые фотометрическими методами :

1) Определения, основанные на собственном светопоглощении веществ ( определение кофеина в чае).

2) Определение связанные с образованием интенсивно окрашенных продуктов при добавлении бесцветного реактива к бесцветному раствору определяемого вещества ( определение белков, нитритов).

3) Определения основанные на измерении интенсивности окраски избытка окрашенного реактива ( определение сахаров по избытку дихромата калия).

Спектрофотометрия основана на тех же законах светопоглащения, что и фотоэлектроколорометрия.

Основная погрешность – трудновоспроизводимый объём взвешенных частиц и изменения этой величины во времени. Для получения воспроизводимых результатов надо строго выполнять условия эксперимента как при приготовлении стандартных растворов так и непосредственно при количественных определениях, для стабилизации суспензий в анализируемый раствор вводят защитные колоиды крахмал, желатин.

Источник

Сущность фотометрических методов анализа

Сущность фотометрического анализа заключается в следующем: определяют уменьшение интенсивности потока монохроматического света (т.е. света с определенной, возможно узкой областью спектра) после прохождения его через определенной толщины слой окрашенного раствора и, учтя законы светопоглощения, делают вывод о концентрации растворенного вещества.

Основной закон светопоглощения Бугера-Ламберта-Бера определяет зависимость между поглощением излучения раствором и концентрацией в нем поглощаемого вещества

Применение фотоэлектрической колориметрии позволяет при помощи фотоэлементов, заменяющих глаз человека, избежать некоторых ошибок субъективной оценки при исследовании. Принцип фотоэлектроколориметрии состоит в том, что фотоэлементы под действием света дают электрический ток, интенсивность которого пропорциональна силе света. Если между источником света и фотоэлементом поместить светопоглощающую среду (например, окрашенный раствор), то сила фототока уменьшится в зависимости от интенсивности окраски раствора. Составив эмпирический график, в котором дана зависимость между интенсивностью фототока и концентрацией вещества в растворе, можно в каждом отдельном случае по интенсивности полученного фототока сделать заключение о концентрации вещества в растворе.

Абсорбционная спектрофотометрия основана на том законе светопоглощения, что и фотоколориметрические методы, однако в отличие от последних в спектрофотометрии используется поглощение монохроматического света с очень узким интервалом длин волн (1-2нм), а это значительно увеличивает чувствительность и точность метода.

Как отмечалось, концентрацию веществ можно определять при помощи рефрактометров. В основе рефрактометрических методов лежит явление изменения направления луча света (преломление) при переходе из одной среды в другую, при условии, если плотность сред неодинакова. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления обозначают символом и называют коэффициентом преломления или показателем преломления:

Характеристика методов для контроля основных физико-химических показателей качества кулинарных полуфабрикатов, блюд и изделий.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ И ОБЩЕЙ МАССОВОЙ ДОЛИ СУХИХ ВЕЩЕСТВ.

Лабораторный контроль кулинарной продукции начинается, как правило, с определения массовой доли сухих веществ, количество которых во многих полуфабрикатах и готовых изделиях (котлетная масса, полуфабрикаты из муки (тесто), соусные пасты), нормируется. Массовую долю влаги и сухих веществ определяют одним исследованием, направленным на установление массы одного из названных компонентов.

Чаще всего сухие вещества определяют высушиванием навески исследуемого блюда (продукта). Обычно навески сушат до постоянной массы при температуре 105°С. Длительность сушки зависит от особенностей образца продукта, характера и степени его измельчения и составляет несколько часов. С целью ускорения анализа широкое распространение получили ускоренные методы высушивания при более высокой температуре, в частности, с применением лучистой энергии инфракрасных лучей, обладающих способностью проникать на некоторую глубину в высушиваемое вещество. Использование источников инфракрасного излучения заложено в конструкцию ряда приборов и аппаратов.

В сравнительно простом варианте высушивание осуществляется лампами инфракрасного излучения. Источником излучения служат специальные лампы мощностью в 250-500Вт. Внутри поверхность баллона этих ламп покрыта зеркальным серебряным слоем для отражения лучей. Лампа с патроном укрепляется на лабораторном штативе; под ней находится слой асбеста или вращающийся столик, в центре освещенного круга добиваются установления температуры 135°С, а затем ставят в центр круга бюксу с навеской. Время высушивания в среднем 5-8 минут.

В приборе ВЧМ источником инфракрасных лучей служат две массивные металлические плиты (сплав алюминия и чугуна). Плиты нагреваются плоскими электрическими нагревателями, расположенными с наружной стороны плит. Для обезвоживания тонкого слоя образца продукта, помещенного в специальные пакеты (в частности, из фольги) при температуре 152-154°С, требуется от 5 (для продуктов с содержанием влаги до 50-55%), до 7 минут (для продуктов с содержанием влаги свыше 55%). Весь анализ, включая заготовку пакетов, взвешивание и т.д. занимает около 30 минут.

При высушивании в приборе ПУВВ-1, навеску анализируемого вещества в процессе высушивания инфракрасными лучами подвергают низкочастотной вибрации, благодаря чему происходит быстрое и равномерное удаление влаги. Последнему способствует также то, что при передаче тепла можно создать во много раз большую плотность потока тепла на поверхности продукта, чем при конвективном или контактном нагреве. Способ наиболее удобен для трудноизмельчаемых образцов (картофельных крекеров и др.). Температуру в сушильной камере поддерживают на уровне 150-160°С. Время, исчисляемое с момента включения ИК-излучения, составляет 3-5 минут.

Высушивание в сушильном аппарате СЭШ-ЗМ, возможно для сушки разнообразных продуктов при температуре от 100 до 150°С. В сушильной камере данного аппарата находится вращающийся столик с гнездами для бюкс. Столик приводится во вращение турбинкой. Вращение турбинки и обмен воздуха в шкафу обеспечивается воздушным потоком, создаваемым центробежным вентилятором, приводимого во вращение электродвигателем. Продолжительность высушивания при 130°С вдвое меньше по сравнению с высушиванием в обычном шкафу.

При работе с универсальным влагомером ЭМ-1 исключается процесс взвешивания. Окончание высушивания фиксируется автоматически. Содержание влаги в процентах отсчитывается на специальной шкале прибора. Во влагомере можно высушивать картофельную крупку, взорванную кукурузу, котлетную массу и т.д. Время анализа от 5 до 10 минут.

Содержание сухих веществ в жидких продуктах, а также в жидкой части кулинарных изделий, можно также определить рефрактометрическим методом.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИРА.

Массовую долю жира в готовой кулинарной продукции, в мучных кондитерских изделиях, в некоторых полуфабрикатах (картофеле жаренном до полуготовности, суповых заправках, тесте, соусных пастах и др.), а также исходном сырье чаще всего определяют методом Гербера с использованием молочных бутирометров.

Для этого навеску средней пробы контролируемого продукта обрабатывают серной кислотой и изоамиловым спиртом, который растворяет жир. Вступая в реакцию с H2SO4, изоамиловый спирт образует растворимый в ней сложный эфир, благодаря чему жир выделяется. Смесь центрифугируют в жиромерах, что обеспечивает полное и быстрое слияние выделившегося жира в один сплошной слой в их градуированной части жиромера, где он и отсчитывается.

В последние годы получило распространение определение жира по методу Фолча. В данном методе в качестве экстрагентов используется смесь хлороформа и метанола. Применение системы, состоящей из полярного и неполярного растворителя дает возможность, в частности, разрушить липопротеидные комплексы, и следовательно, более полно извлечь жир.

Ниже мы остановимся на некоторых ускоренных методах определения жира, используемых в настоящее время для производственного контроля продуктов с низким и высоким содержанием жира.

Весовой метод определения жира. Жир извлекается из навески средней пробы при измельчении последней в микроизмельчителе с добавлением смеси хлороформа и метанола. Экстракцию повторяют дважды. Экстракт фильтруют и производят осаждение в нем водорастворимых веществ путем добавления 0,2% р-ра NаСl. Фракцию растворителя с жиром отделяют. После отгона растворителя, например, в роторном испарителе, и высушивания, жир взвешивают и производят расчет его содержания.

Можно сократить время определения жира, применив однократную экстракцию дихлорэтаном.

Колориметрический метод определения жира. Основан на том, что плотность раствора красителя (например, Судана III или Судана IV) в жире снижается пропорционально количеству жира прореагировавшего с красителем. Оптическую плотность красителя в этиловом спирте и жире измеряют на фотоэлектроколориметре при длине волны 584 нм. (зеленый светофильтр) в кювете с рабочей длиной 3 мм против 80% этилового спирта. Количество жира в вытяжке находят на калибровочной кривой.

Рефрактометрический метод. Данный метод успешно применяется для определения жира в кулинарной продукции, хлебобулочных и мучных кондитерских изделиях, пищевых концентратах, консервах.

Принцип метода состоит в том, что при растворении жира коэффициент преломления растворителя понижается пропорционально количеству присутствующего жира. По разности между коэффициентами преломления чистого растворителя и раствора жира определяют содержание последнего. Чем разность больше, тем точнее определение. Для исследования используют следующие марки рефрактометров: РЛУ или ИРФ-22.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЕ САХАРОВ.

Определение cахаров проводят контролируя полноту вложения сахара в киселях, компотах, муссах, желе, а также молока, хлеба (или муки) в ряде кулинарных изделий и полуфабрикатов.

Редуцирующие сахара определяют преимущественно химическими методами, основанными на окислении их различными окислителями с последующим определением остатка окислителя или восстановленного сахара объемными методами, выполнение которых, как правило, состоит из большого числа операций. Они трудоемки и длительны.

Остановимся на принципе определения cахаров химическими методами.

Йодометрический метод. Для окисления редуцирующих cахаров используют щелочной раствор сернокислой меди. Количество окисной меди, не вступившей в реакцию с сахарами, определяют йодометрическим методом. Выделившийся свободный йод оттитровывают гипосульфитом. По разности количеств гипосульфита, пошедшего на титрование йода в контрольном и рабочем опытах, рассчитывают количество сахара.

Йодометрический метод более быстрый, чем перманганатный, по точности равноценен ему. Применяется для исследования полуфабрикатов из теста и сдобных хлебобулочных изделий.

Циамидный метод уже знаком Вам из курса общей технологии. В основе метода, как известно, лежит способность РС восстанавливать в щелочном растворе железосинеродистый калий в железистосинеродистый. Метод можно использовать при концентрации cахаров в растворе не менее 0.1 и не более 2%. Циамидный метод дает результаты, близкие к перманганатному и йодометрическому.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ: «ФОТОМЕТРИЯ»

1) Какие существуют виды взаимодействия электромагнитного излучения

с веществом (регистрируемые в оптических методах анализа)?

2) Какими способами характеризуется электроманитное излучение(какова природа света)?

4) Как называется спектр графической зависимости оптической плотности

от длины волны? Какие спектры Вам известны?

5) Понятия молярного и удельного коэффициентов поглощения?

6) В чем преимущество фотоколориметрии по сравнению с визуальными

7) Какой закон лежит в основе спектроскопического анализа, в чем суть?

8) Перечислите приемы основных фотометрических измерений в количественном анализе.

Источник

Фотометрический метод

Метод анализа жидких и газообразных сред, основанный на светопоглощении, называется фотометрическим. Прибор, используемый для осуществления фотометрического метода в видимой части спектра, называется фотоэлектроколориметр (ФЭК). Принцип действия прибора заключается в регистрации величины тока фотоэлемента, на который падает параллельный пучок монохроматического света, прошедшего через слой исследуемой жидкости или газа. ФЭК позволяет определить величины светопропускания и оптической плотности исследуемых сред.

Фотометрия широко применяется при проведении санитарно-химического анализа вод, для контроля за процессами очистки воды аналитическими методами и в исследовательской работе.

Фотометрический анализ отличается простотой выполнения, достаточной точностью и высокой чувствительностью. Он основан на избирательном поглощении светового потока однородными средами, пропорциональной зависимости между оптической плотностью вещества, его концентрацией и толщиной поглощающего раствора [4].

Существует определенное соотношение между цветом поглощаемого излучения и цветом анализируемого раствора (таблица 1).

Продолжение таблицы 1

Таким образом, спектральная область с длинами волн 400-435 нм имеет фиолетовый цвет и лучше всего поглощает раствор, окрашенный в желто-зеленый цвет.

Световой поток может иметь широкий участок излучения, порядка 20-30 нм, иногда 50 нм с определенным максимумом пропускания. Такой характер излучения встречается в фотоэлектроколориметрах, где световой поток в определенном интервале длин волн выделяется с помощью светофильтров. Это полихроматический световой поток.

Световой поток может представлять собой узкий пучок света определенной длины волны. Такой световой поток называется монохроматическим. Монохроматическое излучение характерно для спектрофотометров, где монохроматизация достигается с помощью кварцевой диспергирующей призмы или дифракционной решетки, с помощью которой длина волны может регулироваться с точностью до 0,2 нм.

Спектрофотометрический анализ ( рис 12)имеет ряд преимуществ по сравнению с фотоколориметрическим. При использовании спектрометрии оптическую плотность анализируемых растворов измеряют спектрофотометром (рисунок 11) с использованием монохроматического излучения, поэтому значительно увеличивается чувствительность и точность определения. Кроме того, спектрофотометрический метод применим как для анализа одного вещества в растворе, так и для анализа многокомпонентной системы веществ, не реагирующих химически друг с другом. Спектрофотометрия позволяет работать не только с окрашенными растворами, поглощающими свет в видимой части спектра, но и с прозрачными растворами которые поглощают излучение в УФ- или ИК- областях спектра.

Основной закон светопоглощения. Если световой поток пропустить через кювету с раствором, поглощающим свет, то выходящий световой поток будет менее интенсивным, чем входящий. Ослабление светового потока связано с частичным поглощением его и частичным отражением.

Соотношение между интенсивностями падающего светового потока I₀ светового потока, прошедшего через раствор I, поглощенного I_п и отраженного I_отр можно выразить следующим образом

Молярный коэффициент светопоглощения К зависит от длины волны, температуры растворителя и не зависит от толщины поглощающего слоя и концентрации растворенного вещества. Он отражает индивидуальные свойства вещества, для разных веществ он имеет различное значение. Величина молярного коэффициента светопоглощения является наиболее важной и объективной характеристикой чувствительности фотометрического метода. Чем выше величина коэффициента, тем чувствительнее метод.

Величина оптической плотности зависит от длины волны и концентрации раствора. Поглощение света зависит при разных длинах волн неодинаково, оно носит избирательный характер. Если измерить максимальное значение оптической плотности какого-либо раствора при разных длинах волн и выразить это графически, то можно получить спектр поглощения данного вещества (рисунок 13): при определенной длине волны (а); на определенном участке длин волны (6); при двух значениях длин волны (в). Спектр поглощения является индивидуальной характеристикой данного вещества, он используется для идентификации веществ. Если получить спектры поглощения растворов исследуемого вещества, имеющих различную концентрацию, то кривые спектров поглощения будут иметь одну и ту же форму, положение максимума поглощения сохранится на всех спектрах при одной и той же длине волны.

Как уже было сказано, величина оптической плотности зависит от концентрации раствора. Чем больше концентрация раствора, тем больше величина оптической плотности.

Источник