2. Вимірюють інтенсивність забарвлення розчину.
Інтенсивність забарвлення пов’язана з інтенсивністю поглинання світла, яка у свою чергу залежить від
а) концентрації забарвленої сполуки в розчині;
б) товщини поглинаючого шару.
Ця залежність описується формулою
IgJ0/J = ε . l . C
де J0 – інтенсивність світлового потоку, який входить у розчин; J - інтенсивність світла, що пройшло крізь розчин, або іншими словами, інтенсивність послабленого поглинання світлового потоку; l – товщина поглинаючого шару; С – концентрація забарвленої речовини в розчині, моль/л; ε - молярний коефіцієнт поглинання. Останній є постійною величиною, яка залежить від природи речовини та від довжини хвилі падаючого світла. Як видно з рівняння, молярний коєфіцієнт поглинання чисельно дорівнює оптичній густині 1 моль/л розчину при товщині поглинаючого шару 1 см.
Молярний коефіцієнт поглинання ε характеризує внутрішні властивості речовини і не залежить від об”єму речовини, товщини шару та інтенсивності освітлення. Тому ця величина є найбільш важливою, загальноприйнятою характеристикою можливої чутливості фотометричного визначення.
Величина IgJ0/J характеризує ступінь послаблення або поглинання світла при проходженні його через розчин, називається оптичною густиною і позначається A.
Зазначена формула визначає основний закон світлопоглинання для розчинів, який носить назву закон Бера і формулюється так: оптична густина розчинів пропорційна добутку концентрації забарвленої речовини на товщину поглинаючого шару. На цьому законі та його наслідках засновані способи виміру інтенсивності забарвлення. Вони поділяються на інструментальні (фотометрія) та візуальні. В обох випадках забарвлення розчину, що аналізують, порівнюють із забарвленням розчину, в якому концентрація компонента, що його аналізують, відома. Такі розчини називають стандартними.
Візуально неможливо визначити наскільки один розчин забарвлений інтенсивніше за інший. Але досить точно можна визначити, коли розчини забарвлені однаково інтенсивно. Тому за візуальною фотометрією тим або іншим способом намагаються досягти рівності інтенсивності забарвлення досліджуваного та стандартного розчинів.
Залежно від способу досягнення такого стану розрізняють такі візуальні методи виміру інтенсивності забарвлення.
Метод стандартних серій. Забарвлення розчину, що його аналізують, порівнюють із забарвленням серії стандартних розчинів різної концентрації (так званою шкалою). Концентрація досліджуваного розчину дорівнює концентрації стандартного розчину, який має однакову з ним інтенсивність забарвлення. Метод є зручним за умов масових аналізів, якщо забарвлення розчинів стійке в часі (шкалу, як правило, готують заздалегідь).
Метод розбавлення. У цьому випадку готують лише один стандартний розчин. Інтенсивність його забарвлення порівнюють з інтенсивністю забарвлення досліджуваного розчину. Для цього поступово розбавляють водою той розчин, який має більш інтенсивне забарвлення. Розбавлення та порівняння забарвлень проводять у градуювальних циліндрах. Кількість визначуваного компонента розраховують за формулою
Сст/hст = Сх/hx ,
де hст і hx - висота рідини у стандартному і досліджуваному розчинах після розведення. Метод застосовують у випадках, коли інтенсивність забарвлення досліджуваного і стандартного розчинів доволі близька.
Метод колориметричного титрування. У два однаковиих скляних циліндри вносять усі необхідні реактиви в однакових кількостях. В один із них додають розчин, який аналізують, а в другий – таку ж саму кількість води. Потім у другий циліндр із бюретки додають стандартний розчин компонента, який визначають, доти, доки інтенсивність забарвлення в обох циліндрах не стає однаковою. За рівної інтенсивності забарвленняі та рівних об’ємах сумішей концентрації компонентів у досліджуваному і стандартному розчинах теж рівні. Знаючи кількість стандартного розчину, можна розрахувати кількість речовини за такою формулою:
Вг = Тст . Vст . Vзадачі / А,
де Тст – титр стандартного розчину; Vст – об’єм доданого стандартного розчину; Vзадачі - загальний об’єм досліджуваного розчину; А – об’єм аліквотної частини.
Цей метод досить широко використовується. Основною вимогою є необхідність миттєвого розвитку забарвлення. В усіх описаних випадках порівняння інтенсивності забарвлення необхідно проводити, дотримуючих відповідних умов:
1) до стандартного розчину додають ті самі реактиви, у тій самій послідовності та в тих самих кількостях, що й до розчину, який аналізують;
2) якщо в розчині, що аналізують, присутні сторонні іони, які впливають на забарвлення, то точно такі ж іони і в тих самих кількостях додають до стандартного розчину;
3) порівняння забарвлень розчину, що аналізують, і стандартного розчину проводять тільки в однаковому посуді.
Лабораторна робота № 8
В основі визначення лежать реакції утворення забарвлених комплексних сполук іонів заліза (ІІІ) з іонами роданіду (червоного кольору), серед яких можна виділити таку:
Fe3+ + 6SCN- = [Fe(SCN)6]3-
а) концентрація роданіду повинна бути досить високою та однаковою як у стандартному розчині, так і в розчині, який аналізують;
б) треба, щоб розчини були підкислені, тому що збільшення рН веде до гідролізу солі заліза й утворення основних солей або гідроксиду;
в) підкислювати найкраще розведеною азотною кислотою, тому що соляна, сірчана і фосфорна знижують забарвлення за рахунок утворення відповідних комплексів заліза.
У розчин задачі в мірній колбі ємн. 50 мл додають 1 мл 2 н азотної кислоти, 5 мл 10%-го розчину роданіду калію, розводять до риски дистильованою водою і перемішують. Оптичну густину розчину вимірюють за допомогою фотоелектроколориметра при довжині хвилі 490 нм і товщині кювети 1 см.
Вміст іонів заліза визначають за градуювальним графіком.
Готують серію стандартних розчинів: у шість колб ємн. 50 мл вносять стандартний розчин заліза (ІІІ) – 0; 2; 4; 6; 8 та 10 мл відповідно. Потім до кожної колби додають по 1 мл 2 н азотної кислоти, по 5 мл розчину роданіду, доводять об’єм колби до риски дистильованою водою і перемішують. Оптичну густину розчинів вимірюють при зазначених вище параметрах приладу, а результати заносять в таблицю
| № колби | Об’єм стандартного розчину заліза, мл | Концентрація заліза, мг | Оптична густина, А |
За даними таблиці будують аналітичну залежність А=f (с) і за отриманим графіком знаходять вміст іонів заліза в розчині задачі.
1. У чому суть колориметричних методів?
2. В якому спектральному інтервалі вимірюють інтенсивність світлопоглинання забарвлених сполук?
3. Загальні умови колориметричниих визначень.
4. Закон Беpа.
5. Які причини відхилень від закону Бера?
6. Головні переваги колориметричних методів.
7. Основні недоліки колориметричних методів.
8. Які типи хімічниих реакцій використовуються в колориметрії?
9. Які вимоги повинні задовольняти хімічні реакції, що використовуються в колориметрії?
10. Що таке метод стандартних серій?
11. Суть методу розбавлення.
12. Основи методу колориметричного титрування.
13. Роданідний метод визначення заліза (ІІІ).
14. Чому при визначенні заліза (ІІІ) у вигляді роданідного комплексу створюють кисле середовище?
15. Чи можна визначити залізо (ІІІ) у вигляді роданідного комплексу в присутності іонів фтору?
16. Які ще іони можна визначити у вигляді роданідних комплексів?
17. Визначити оптичну густину якоїсь речовини з концентрацією С, яка при товщині шару l поглинає 50% світла.
18. Забарвлена сполука заліза при товщині шару 1 см і концентрації заліза 1.10-5P P г-іон/л має оптичну густину А=1,2. Знайти молярний коефіцієнт поглинання. 19. Визначити концентрацію забарвленої речовини за таких умов: l = 1см; А = 0,7; ε = 3.104P P 20. Визначити оптичну густину забарвленої речовини за таких умов:
21. l = 2 см; ε = 5.103P ; P С = 10-4P P г-іон/л.
1. Логинов Н.А., Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. Аналитическая химия. – М., 1975.
2. Бесков С.Д., Слизковская О.А. Аналитическая химия. – М., 1956.
3. Жаровський Ф.Г., Пилипенко А.Т., П’ятницький І.В. Аналітична хімія. – К., 1975.
4. Алексеев В.Н. Количественній анализ. – М., 1972.
5. Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. – М., 1973.
6. Васильев В.П. Аналитическая химия: В 2 т. – М., 1989.
7. Пономарев В.Д. Аналитическая химия: В 2 т. – М., 1982.