Определение состава жидкостей фотоэлектрическим колориметром: Методические указания к лабораторной работе № 9 по курсу “Теплотехнические измерения и автоматизация”

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТУТ

Кафедра тепловых электрических станций

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ

к лабораторной работе №9

по курсу “Теплотехнические измерения и автоматизация”

для студентов специальности 100500

“Тепловые электрические станции”

Чита 2005

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ КОЛОРИМЕТРОМ

9.1. Цель работы

В процессе выполнения лабораторной работы студент должен:

-  ознакомиться с оптическим методом анализа состава жидкостей;

-  изучить устройство и принцип действия колориметра фотоэлектрического концентрационного КФК-2;

-  получить практические навыки работы с прибором.

9.2.Физические основы оптического метода анализа состава жидкостей

В оптическом методе анализа состава жидкостей используется связь между параметрами оптического излучения и составом исследуемой жидкости. В качестве параметров излучения используются показатели преломления, спектрального поглощения и излучения, спектральная плотность и т.д. Для анализа состава жидкостей чаще используются разновидности оптического метода: колориметрический, пламенно-фотометрический, турбидиметрический и нефелометрический.

В колориметрических приборах концентрация определяемого вещества измеряется по степени поглощения анализируемым раствором излучения в видимой части спектра. Поскольку в этих приборах используются различные виды фотоэффекта, они называются ещё фотоэлектрическими.

В зависимости от концентрации определяемого компонента избирательно изменяется интенсивность окраски жидкости. Окрашенный раствор, помещённый в кювету, ослабляет падающий на него световой поток. Для этого метода в растворе не должно содержаться взвешенных веществ.

Для идеальных растворов ослабление монохроматического излучения на выходе из кюветы определяется законом Ламберта-Бера:

     I=Iexp= Iexp,

где I_, I - интенсивность монохроматического излучения на входе и выходе кюветы.

Оптическая плотность раствора D зависит от коэффициента спектрального поглощения , длины кювета L и концентрации С измеряемого компонента. Чем выше коэффициент , тем меньше концентрация компонентов могут быть измерены этим методом. В идеальном случае коэффициент  не зависит от концентрации С определяемого компонента, т.е. оптическая плотность D линейно растёт с увеличением  концентрации раствора. Однако в реальных условиях в результате химических реакций между окрашенными частицами и молекулами жидкости наблюдаются отклонения от закона Ламберта-Бера. Эти отклонения обуславливают необходимость экспериментального определения градуировочной характеристики D=f(c).

Фотоколориметрический метод характеризуется универсальностью. Он отличается также высокой разрешающей способностью.

Пламенно-фотометрические приборы основаны на способности возбуждённых атомов излучать в определённой части спектра. Для возбуждения атомов используется дуга, искровой разряд, пламя.

Турбидиметрические и нефелометрические приборы основаны на измерении ослабленного излучения взвешенными частицами, находящимися в жидкости. Эти приборы используются для измерения мутности вод, уровней шлама, анализа суспензий.

9.3. Принцип действия фотоэлектрического колориметра

В фотоэлектрическом колориметре концентрация определяемого компонента в соответствии с законом Ламберта-Бера измеряется по изменению оптической плотности раствора, окраска которого избирательно меняется в присутствии определяемого компонента.

В оптический канал прибора между источником излучения и фотоэлементом вводится кювета с окрашенным раствором. Кювета выполняется из стекла и обладает пренебрежительно малыми потерями светового потока из-за поглощения и отражения.

Принцип измерения коэффициента пропускания Т состоит в том, что на фотоприёмник направляются поочерёдно световые потоки: полный F₀ и прошедший через исследуемую среду F . Отношение этих потоков и составляет коэффициент пропускания Т исследуемого раствора, %:

T=100

На колориметре отношение определяется следующим образом. Вначале в световой поток помещают кювету с контрольным раствором. Изменением чувствительности колориметра добиваются, чтобы отсчёт на шкале коэффициентов пропускания прибора был равен 100. Таким образом, полный световой поток F₀ условно принимается равным 100 %. Затем в световой поток помещают кювету с контрольным раствором. Изменением чувствительности колориметра добиваются, чтобы отсчёт по шкале коэффициентов пропускания прибора был равен 100. Таким образом, полный световой поток F₀ условно принимается равным100% Затем в световой поток помещают кювету с исследуемым раствором. Полученный по той же шкале отсчёт будет соответствовать коэффициенту пропускания исследуемого раствора в процентах.