Спектрофотометрический анализ многокомпонентных систем

Страницы работы

Содержание работы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ

Цель работы: Изучение физических основ и методов проведения спектрофотометрического анализа многокомпонентных молекулярных систем.

Приборы и оборудование: Спектрофотометр СФ-26, набор кювет, растворы исходных молекулярных компонентов.

Задание

1.  Измерить на спектрофотометре СФ-26 электронные спектры поглощения индивидуальных соединений, входящих в состав 2-компонентной системы.

2.  Анализируя спектры индивидуальных соединений, выбрать две аналитических длины волны.

3.  Для обеих аналитических длин волн  определить значения коэффициентов экстинкции i – тых индивидуальных соединений и значения оптической плотности 2-компонентного раствора .

4. Располагая необходимыми значениями  и , определить концентрации Сi индивидуальных веществ, входящих в состав двухкомпонентного раствора.

5. Изучить вопросы:

·  Принцип аддитивности Фирордта.

·  Открытие и закрытые многокомпонентные системы.

·  Методы анализа двухкомпонентных систем с известными коэффициентами экстинкции компонентов:

o  метод Фирордта,

o   метод отношения оптических плотностей,

o  номографический метод.

Теоретическое введение

Количественный анализ многокомпонентной системы можно проводить несколькими методами. В частности при анализе двухкомпонентных систем наиболее распространенными являются следующие методы:

А. Метод Фирордта

Метод основан на непосредственном использовании принципа аддитивности Фирордта:

D(l) = e1(l)×c1×l + e2(l)×c2×l  + … = l×Sei(l)×ci ,                          (1)

где ei(l) – коэффициент экстинкции i-того компонента на длине волны l, ci – его концентрация.

Для двухкомпонентной системы оптическая плотность  на длинах волн l1 и l2 в соответствии с (1) запишется:

D(l1) = e1(l1)×c1×l + e2(l1)×c2×l       ü

                                                                 ý                              (2)

D(l2) = e1(l2)×c1×l + e2(l2)×c2×l þ

Методика проведения анализа состоит в следующем:

1.  Снимают полный спектр поглощения пробы и выбирают в качестве аналитических длин волн l1 и l2. С целью увеличения чувствительности анализа l1 и l2 выбирают в максимумах оптической плотности пробы.

2.   Определяют значения оптических плотностей D(l1) и D(l2).

3.  Решая систему уравнений (2), получают:

                                                                         (3)

                                                                            (4)

В. Метод отношения плотностей.

Введем относительные концентрации первого (x1) и второго (x2) компонентов в смеси:

x1=c1/(c1+c2);          x2=c2/(c1+c2).                                                       (5)

Разделив одно из уравнений системы уравнений (2) на другое и подставив x1 и x2 в соответствии с выражениями (5) и с учетом того, что       x1 +x2 =1, получим

                                                    (6)

Уравнение (6) является уравнением аналитической кривой, вид которой представлен на рисунке 1.

 


В точке А величина  равна отношению e2(l1)×/ e2(l2), в точке В - отношению×e1(l1)×/ e1(l2).

Анализируемая кривая строится по измерениям оптической плотности на аналитических длинах волн l1 и l2 для стандартных образцов. Определив для анализируемой смеси величину , по аналитической кривой определяют относительное содержание одного из компонентов смеси x1, а по уравнению x2=1-x1 – относительное содержание второго компонента.

Достоинствами методов, использующих отношение оптических плотностей, являются не только сравнительная простота и быстрота анализа, но и значительно меньшая погрешность анализа.

С. Номографический метод

При проведении большого числа анализов смесей одних и тех же компонентов систему уравнений (2) удобно решать с помощью номограмм. Преимущество номографического метода состоит в простоте его использования даже при отклонениях от закона Бугера или принципа аддитивности. Одна из возможных номограмм изображена на рисунке 2.

К горизонтальной оси на произвольном расстоянии друг от друга строят два перпендикуляра, на которых в произвольном масштабе наносят оптические плотности на аналитических длинах волн D(l1) и D(l2). На этих перпендикулярах откладывают оптические плотности растворов обоих компонентов с известной их концентрацией (точки 1 и 1* - для первого компонента, точки 2 и 2* - для второго). Точки 1 и 1* соединяют прямой. Которую продолжают до пересечения с горизонтальной осью (точка О*). Из точки О* возводят перпендикуляр О*В, являющийся осью концентраций второго компонента. Аналогично, через точки 2 и 2*, соответствующие оптическим плотностям второго компонента, проводят прямую до пересечения с горизонтальной осью и получают ось концентраций первого компонента  ОА. Масштабы на осях ОА и О*В определяют исходя из того, что отрезки ОА и О*В соответствуют концентрациям использованных для построения номограмм растворов .

 


Анализ неизвестной двухкомпонентной смеси проводят следующим образом. На осях D(l1) и D(l2) наносят точки, соответствующие оптическим плотностям анализируемого раствора D1 и D2 и соединяют их прямой, отсекающей на осях концентраций отрезки, равные содержанию первого (c1) и второго (c2) компонентов в анализируемом растворе.

При соблюдении закона Бугера и принципа аддитивности оси концентраций и оптических плотностей на номограмме имеют равномерный масштаб. Отклонения от законов линейности можно скомпенсировать переменным масштабом на осях.

Порядок выполнения работы

1.  Изучить устройство, оптическую схему и порядок выполнения работы спектрофотометра СФ-26.

2.  Зарегистрировать спектры поглощения растворов первого и второго компонентов в указанной преподавателем спектральной области и определить аналитические длины волн l1  и l2 .

3.  Измерив оптическую плотность раствора первого компонента D1(l1) и D1(l2) и зная его концентрацию с10и толщину кюветы l, определить коэффициенты экстинкции первого компонента  e1(l1) и  e1(l2), используя закон Бугера. Аналогичным образом определить коэффициенты экстинкции второго компонента e2(l1) и e2(l2).

4.  Измерить оптическую плотность анализируемой двухкомпонентной системы на аналитических длинах волн D(l1) и D(l2). Определить концентрации каждого из компонент с1 и с2 :

a.  методом Фирордта,

b.   методом отношение оптических плотностей,

c.  номографическим методом.

5.  Сравнить полученные результаты и сделать выводы.

Литература

1.  М.Я. Бернштейн, Ю.Л. Каминский. Спектрофотометрический анализ в  органической химии. Л. 1986.

2.  А.А. Мальцев. Молекулярная спектроскопия. М., 1980.

3.  К. Бенуэлл. Основы молекулярной спектроскопии. М., 1985.

Похожие материалы

Информация о работе