Ziel der Arbeit ist es, die Konzentration von Stoffen mit der kolorimetrischen Methode zu bestimmen.
I. Begriffe und Definitionen
Standardlösung (sr) ist eine Lösung, die eine bestimmte Menge der Testsubstanz oder ihres chemisch-analytischen Äquivalents pro Volumeneinheit enthält (GOST 12.1.016 - 79).
Die Testlösung (ir) - Dies ist eine Lösung, in der der Gehalt der Testsubstanz oder ihres chemisch-analytischen Äquivalents bestimmt werden muss (GOST 12.1.016 - 79).
Kalibrierungskurve- grafischer Ausdruck der Abhängigkeit der optischen Dichte des Signals von der Konzentration der Testsubstanz (GOST 12.1.016 - 79).
Maximal zulässige Konzentration (MPC) schädliche Substanz - dies ist die Konzentration, die bei täglicher (außer Wochenenden) Arbeit von 8 Stunden oder bei sonstiger Arbeitszeit, jedoch nicht mehr als 40 Stunden pro Woche während der gesamten Berufspraxis, keine von modernen Personen festgestellten Krankheiten oder Abweichungen im Gesundheitszustand verursachen kann Forschungsmethoden, im Arbeitsprozess oder im langfristigen Leben der gegenwärtigen oder nachfolgenden Generationen (GOST 12.1.016 - 79).
Farbmetrik - Dies ist eine Methode zur quantitativen Analyse des Gehalts eines beliebigen Ions in einer transparenten Lösung, basierend auf der Messung der Intensität seiner Farbe.
II. Theoretischer Teil
Die kolorimetrische Analysemethode beruht auf dem Zusammenhang zweier Größen: der Konzentration der Lösung und ihrer optischen Dichte (Farbgrad).
Die Farbe der Lösung kann sowohl durch das Vorhandensein des Ions selbst (MnO 4 -, Cr 2 O 7 2- ), und die Bildung einer farbigen Verbindung als Ergebnis der chemischen Wechselwirkung des untersuchten Ions mit dem Reagenz.
Zum Beispiel ein leicht gefärbtes Ion Fe 3 + ergibt bei Wechselwirkung mit Thiocyanat-Ionen SCH - eine blutrote Verbindung, das Kupferion Cu 2+ bildet ein hellblaues Komplexion 2 + bei Wechselwirkung mit einer wässrigen Ammoniaklösung.
Die Farbe der Lösung entsteht durch die selektive Absorption von Lichtstrahlen einer bestimmten Wellenlänge: Die farbige Lösung absorbiert diejenigen Strahlen, deren Wellenlänge der Komplementärfarbe entspricht. Zum Beispiel: Zusatzfarben heißen Blaugrün und Rot, Blau und Gelb.
Eine Eisenthiocyanatlösung erscheint rot, weil sie überwiegend grünes Licht absorbiert ( 5000Á) und vermisst die Rottöne; im Gegenteil, eine grüne Lösung lässt grüne Strahlen durch und absorbiert rote.
Die kolorimetrische Analysemethode basiert auf der Fähigkeit farbiger Lösungen, Licht im Wellenlängenbereich von Ultraviolett bis Infrarot zu absorbieren. Die Absorption hängt von den Eigenschaften des Stoffes und seiner Konzentration ab. Bei dieser Analysemethode ist die zu untersuchende Substanz Teil einer wässrigen Lösung, die Licht absorbiert, und ihre Menge wird durch den Lichtstrom bestimmt, der durch die Lösung gegangen ist. Diese Messungen werden mit Photokolorimetern durchgeführt. Die Wirkung dieser Geräte beruht auf der Änderung der Intensität des Lichtstroms beim Durchgang durch die Lösung in Abhängigkeit von der Schichtdicke, dem Farbgrad und der Konzentration. Das Maß der Konzentration ist optische Dichte (D). Je höher die Konzentration einer Substanz in einer Lösung ist, desto größer ist die optische Dichte der Lösung und desto geringer ist ihre Lichtdurchlässigkeit.Die optische Dichte einer farbigen Lösung ist direkt proportional zur Konzentration der Substanz in der Lösung. Sie sollte bei der Wellenlänge gemessen werden, bei der die Prüfsubstanz die maximale Lichtabsorption aufweist. Dies wird durch die Auswahl von Lichtfiltern und Küvetten für die Lösung erreicht.
Die Vorauswahl der Küvetten erfolgt visuell entsprechend der Farbintensität der Lösung. Wenn die Lösung stark gefärbt (dunkel) ist, verwenden Sie Küvetten mit einer kleinen Arbeitswellenlänge. Bei schwach gefärbten Lösungen werden Küvetten mit längerer Wellenlänge empfohlen. Eine Lösung wird in eine vorgewählte Küvette gegossen, ihre optische Dichte gemessen, inklusive Lichtfilter im Strahlengang. Bei der Messung mehrerer Lösungen wird die Küvette mit einer Lösung mittlerer Konzentration gefüllt. Wenn der erhaltene Wert der optischen Dichte ungefähr 0,3–0,5 beträgt, wird diese Küvette ausgewählt, um mit dieser Lösung zu arbeiten. Ist die optische Dichte größer als 0,5–0,6, wird eine Küvette mit kürzerer Arbeitslänge genommen, ist die optische Dichte kleiner als 0,2–0,3, wird eine Küvette mit längerer Arbeitswellenlänge gewählt.
Die Genauigkeit der Messungen wird stark von der Sauberkeit der Arbeitsflächen der Küvetten beeinflusst. Während der Arbeit Küvetten werden nur für nicht arbeitende Kanten von Hand entnommen, und nach dem Befüllen mit Lösung Achten Sie sorgfältig auf das Fehlen selbst kleinster Luftblasen an den Wänden der Küvetten.
Laut Gesetz Bouguer-Lambert-Bär hängt der Anteil des absorbierten Lichts von der Dicke der Lösungsschicht ab h, Lösungskonzentration C und die Intensität des einfallenden Lichts ich 0
wo ich - die Intensität des Lichts, das die analysierte Lösung durchdringt;
I ist die Intensität des einfallenden Lichts;
h ist die Dicke der Lösungsschicht;
C ist die Konzentration der Lösung;
Der Absorptionskoeffizient ist ein konstanter Wert für eine bestimmte farbige Verbindung.
Wenn wir diesen Ausdruck logarithmieren, erhalten wir:
(2)
wobei D die optische Dichte der Lösung ist, ist ein konstanter Wert für jede Substanz.
Die optische Dichte D charakterisiert die Fähigkeit einer Lösung, Licht zu absorbieren.
Wenn die Lösung überhaupt kein Licht absorbiert, dann ist D = 0 und I t = I, da Ausdruck (2) gleich Null ist.
Wenn die Lösung Lichtstrahlen vollständig absorbiert, dann ist D gleich unendlich und I = 0, da Ausdruck (2) gleich unendlich ist.
Wenn die Lösung 90 % des einfallenden Lichts absorbiert, dann ist D = 1 und
I t = 0,1, da Ausdruck (2) gleich eins ist.
Bei genauen farbmetrischen Berechnungen sollte die Änderung der optischen Dichte den Bereich von 0,1 - 1 nicht überschreiten.
Für zwei Lösungen unterschiedlicher Schichtdicke und Konzentration, aber gleicher optischer Dichte, können wir schreiben:
D \u003d h 1 C 1 \u003d h 2 C 2,
Für zwei Lösungen gleicher Dicke, aber unterschiedlicher Konzentration können wir schreiben:
D 1 \u003d h 1 C 1 und D 2 \u003d h 2 C 2,
Wie aus den Ausdrücken (3) und (4) ersichtlich ist, ist es in der Praxis zur Bestimmung der Konzentration einer Lösung durch das kolorimetrische Verfahren notwendig, eine Standardlösung zu haben, d. h. eine Lösung mit bekannten Parametern (CD).
Die Definition kann auf verschiedene Arten erfolgen:
1. Es ist möglich, die optischen Dichten der untersuchten und der Standardlösungen durch Änderung ihrer Konzentration oder der Dicke der Lösungsschicht anzugleichen;
2. Es ist möglich, die optische Dichte dieser Lösungen zu messen und die gewünschte Konzentration unter Verwendung von Ausdruck (4) zu berechnen.
Zur Implementierung der ersten Methode werden spezielle Geräte verwendet - Kolorimeter. Sie basieren auf einer visuellen Schätzung der Intensität des durchgelassenen Lichts und daher ist ihre Genauigkeit relativ gering.
Die zweite Methode - Messungen der optischen Dichte - wird mit viel genaueren Instrumenten - Photokolorimetern und Spektrophotometern - durchgeführt, und er ist es, der bei dieser Laborarbeit verwendet wird.
Bei der Arbeit an einem Photokolorimeter verwenden sie häufig die Methode der Erstellung eines Kalibrierungsdiagramms: Sie messen die optische Dichte mehrerer Standardlösungen und erstellen ein Diagramm in den Koordinaten D = f(C). Dann wird die optische Dichte der Testlösung gemessen und die gewünschte Konzentration aus der Eichkurve bestimmt.
Die gleichung Bouguer-Lambert-Bär gilt nur für monochromatisches Licht, daher werden genaue kolorimetrische Messungen mit Lichtfiltern durchgeführt - farbige Platten, die Lichtstrahlen in einem bestimmten Wellenlängenbereich durchlassen. Für die Arbeit wird ein Lichtfilter ausgewählt, der die maximale optische Dichte der Lösung liefert. Auf dem Fotokolorimeter installierte Lichtfilter lassen Strahlen nicht mit einer streng definierten Wellenlänge, sondern in einem bestimmten begrenzten Bereich durch. Dadurch beträgt der Messfehler am Fotokolorimeter nicht mehr als ±3 % nach Gewicht des Analyten. Streng monochromatisches Licht wird in speziellen Geräten verwendet - Spektralphotometern, bei denen die Messgenauigkeit höher ist.
Die Genauigkeit kolorimetrischer Messungen hängt von der Konzentration der Lösung, dem Vorhandensein von Verunreinigungen, der Temperatur, dem Säuregehalt des Lösungsmediums und dem Zeitpunkt der Bestimmung ab. Diese Methode kann nur verdünnte Lösungen analysieren, dh solche, bei denen die Abhängigkeit besteht D = f(C)-gerade.
Bei der Analyse konzentrierter Lösungen werden sie vorläufig verdünnt, und bei der Berechnung der gewünschten Konzentration wird eine Verdünnungskorrektur vorgenommen. Allerdings nimmt in diesem Fall die Genauigkeit der Messungen ab.
Verunreinigungen können die Genauigkeit der Messungen dadurch beeinträchtigen, dass sie selbst mit dem zugesetzten Reagenz eine farbige Verbindung ergeben oder die Bildung einer farbigen Verbindung des untersuchten Ions verhindern.
Das Verfahren der kolorimetrischen Analyse wird derzeit zur Analyse in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft verwendet. Es ermöglicht genaue und schnelle Messungen mit vernachlässigbaren Mengen einer Substanz, die für die volumetrische oder gravimetrische Analyse nicht ausreichen.
Zur Bestimmung wird eine Referenzlösung des Analyten bekannter Konzentration hergestellt, die sich der Konzentration der Testlösung annähert. Bestimmen Sie die optische Dichte dieser Lösung bei einer bestimmten Wellenlänge. Anschließend die optische Dichte der Testlösung bei gleicher Wellenlänge und gleicher Schichtdicke bestimmen. Für die Bezugslösung nach Gleichung (17) gilt:
wo ist der molare Absorptionskoeffizient der Testlösung; - Schichtdicke, cm.
Die optische Dichte der Testlösung wird durch die gleiche Formel ausgedrückt:
wo ist die Konzentration der Testlösung, .
Die Menge des Analyten (in mg) unter Berücksichtigung der Verdünnung der Lösung ergibt sich aus der Formel:
wo ist das Gesamtvolumen der Testlösung, ; ist das Volumen der gefärbten Testlösung, ist das Volumen eines Aliquots der Testlösung, das zur Herstellung der gefärbten Lösung entnommen wurde, .
Bestimmung der Konzentration eines Stoffes in einer Lösung durch den Wert des molaren Absorptionskoeffizienten
Nachdem der Wert der optischen Dichte der Lösung bei einer Wellenlänge k bestimmt wurde und der Wert des molaren Absorptionskoeffizienten bekannt ist. der zu bestimmenden Substanz für Strahlen der Wellenlänge X finden wir durch Formel (17) den Wert der Konzentration der untersuchten Substanz:
Die Menge des Analyten (in g) ergibt sich aus der Formel:
wo ist das Molekulargewicht (Atomgewicht) des zu bestimmenden Stoffes (Ions).
Der Wert des molaren Absorptionskoeffizienten. wie folgt einstellen. Bereiten Sie eine Referenzlösung der Testsubstanz einer bestimmten Konzentration vor und messen Sie den Wert der optischen Dichte dieser Lösung bei einer Wellenlänge k und dem Wert . berechnet nach der Formel:
Wenn die Substanz in reiner Form schwer erhältlich ist, können Sie den Tabellenwert verwenden.
Bestimmung der Konzentration eines Stoffes anhand einer Eichkurve
Der funktionale Zusammenhang zwischen der optischen Dichte der Lösung und der Konzentration der absorbierenden Substanz lässt sich grafisch darstellen. Dazu werden zunächst eine Reihe von Lösungen des Analyten unterschiedlicher Konzentrationen (Referenzlösungen) hergestellt. Messen Sie die Werte der optischen Dichte dieser Lösungen für Strahlen mit einer Wellenlänge von X und erstellen Sie gemäß den erhaltenen Daten eine Abhängigkeitskurve der optischen Dichte der Lösung von der Konzentration (Kalibrierungsdiagramm). Die Werte der optischen Dichte der Referenzlösungen sind auf der Ordinatenachse aufgetragen, und die entsprechenden Werte der Konzentrationen dieser Lösungen () sind auf der Abszissenachse aufgetragen. Um genauere Ergebnisse zu erhalten, berechnen Sie mit der Methode der kleinsten Quadrate die Gleichung für die Kalibrierkurve.
Nachdem der Wert der optischen Dichte der Testlösung bei gleicher Schichtdicke bestimmt wurde, kann anhand der erhaltenen Eichkurve die Konzentration des Analyten ermittelt werden. Wenn die Lösung dem Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz nicht gehorcht, wird die Geradenabhängigkeit auf einem Teil der Kurve oder auf der gesamten Kurve verletzt. In diesem Fall ist es notwendig, die Anzahl der Standardlösungen zu erhöhen. Die Konzentration von Standardlösungen wird üblicherweise in angegeben. Die Analytmenge in Milligramm wird durch Formel (23) bestimmt.
Bestimmung der Konzentration eines Stoffes nach der „Equalization“-Methode oder durch Änderung der Dicke der absorbierenden Schicht
Die optische Dichte der Testlösung wird durch die Formel bestimmt:
wo ist der molare Absorptionskoeffizient der Testlösung; - Konzentration des Analyten, ; - Schichtdicke, cm.
Auf der Nutzung dieser Gleichheit basiert das Gerät des Tauchkolorimeters (Dubosque-Kolorimeter), bei dem die Farbidentität durch Änderung der Dicke der Lösungsschicht erreicht wird. Das optische Schema des Immersionskolorimeters ist in Abb. 96. Ein Lichtstrom von Spiegel 1 passiert die Schicht der Testlösung in Küvette 2, Zylinder 4, Prisma 6, Linsen 8 und 9 und tritt in das Okular ein und beleuchtet die rechte Hälfte des optischen Feldes. Ein weiterer Lichtstrom passiert die Standardlösungsschicht in Zelle 3, Zylinder 5, Prisma 7, Linsen 8 und 9, tritt in das Okular ein und beleuchtet die linke Hälfte des optischen Felds. Die Küvetten 2 und 3 sind auf Halterungen montiert, die sich mit Hilfe von Zahnrädern und Zahnstangen vertikal bewegen. Glaszylinder 4 und 5 mit polierten Enden sind befestigt. Durch vertikales Verschieben der Küvetten 2 und 3 wird die Höhe der Lösungssäulen verändert und die Grenzflächen im Okular des optischen Feldes verschwinden. Die Höhen der Säulen der Referenzlösung und der Testlösung werden auf einer Millimeterskala gezählt.
Optische Dichte D, ein Maß für die Lichtundurchlässigkeit einer Materieschicht. Gleich dem Logarithmus zur Basis 10 des Strahlungsflussverhältnisses (siehe Strahlungsfluss) F 0 auf die Schicht zu einem durch Absorption und Streuung geschwächten Strom auftrifft F Durch diese Schicht gehen: D=lg( F 0 /F), sonst ist O. p. der Logarithmus des Kehrwerts des Transmissionskoeffizienten der Stoffschicht: D= lg(1/τ). (Der dezimale Logarithmus lg wird durch den manchmal verwendeten natürlichen Logarithmus logarithmus logarithmus logarithmus lg ersetzt.) Der Begriff des natürlichen Grenzwerts wurde von R. Bunsen eingeführt;
Es wird verwendet, um die Dämpfung optischer Strahlung (Licht) in Schichten und Filmen verschiedener Substanzen (Farbstoffe, Lösungen, farbige und milchige Gläser und viele andere), in Lichtfiltern und anderen optischen Produkten zu charakterisieren. Die Densitometrie wird besonders häufig zur quantitativen Bewertung entwickelter fotografischer Schichten sowohl in der Schwarzweiß- als auch in der Farbfotografie eingesetzt, wo Methoden zu ihrer Messung den Inhalt einer eigenen Disziplin, der Densitometrie, bilden. Abhängig von der Art der einfallenden Strahlung und der Methode zur Messung der durchgelassenen Strahlungsflüsse gibt es verschiedene Arten optischer Strahlung ( Reis.
). Der OP hängt von dem Satz von Frequenzen ν (Wellenlängen λ) ab, die den anfänglichen Fluss charakterisieren; sein Wert für den Grenzfall eines einzelnen ν heißt monochromatisch op. Reis.
, a) der monochromatische O. p. einer Schicht eines nicht streuenden Mediums (ohne Berücksichtigung von Korrekturen für die Reflexion von der vorderen und hinteren Begrenzung der Schicht) ist 0,4343 k ν l, wo k ν
- natürlicher Absorptionsindex der Umwelt, l- Schichtdicke ( k ν l=
κ Kl- Indikator in der Gleichung von Bouguer - Lambert - Biergesetz a; wenn die Streuung im Medium nicht vernachlässigt werden kann, kν wird durch den natürlichen Schwächungsindex ersetzt). Bei einem Gemisch aus nicht reagierenden Stoffen oder einem Satz von hintereinander angeordneten Medien ist die OD dieser Art additiv, d.h. sie ist gleich der Summe gleicher OD einzelner Stoffe bzw. einzelner Medien. Gleiches gilt für reguläre nichtmonochromatische optische Strahlung (Strahlung komplexer spektraler Zusammensetzung) bei Medien mit nichtselektiver Absorption (unabhängig von ν). Regelmäßig nicht monochromatisch Der opp eines Satzes von Medien mit selektiver Absorption ist kleiner als die Summe der opp dieser Medien. (Für Geräte zur Messung von O. p. siehe die Artikel Densitometer, Mikrophotometer, Spektrozonale Luftaufnahmen,
Spektrosensitometer, Spektrophotometer, Photometer.) Zündete.: Gorohovsky Yu. N., Levenberg T. M., Allgemeine Sensitometrie. Theorie und Praxis, M., 1963; James T., Higgins J., Fundamentals of the Theory of the Photographic Process, übers. aus dem Englischen, M., 1954. L. N. Kaporsky. Arten der optischen Dichte der mittleren Schicht in Abhängigkeit von der Geometrie des Einfalls und der Methode zur Messung des durchgelassenen Strahlungsflusses (in dem in der UdSSR übernommenen sensitometrischen System): , das die ursprüngliche Richtung beibehielt; b) zur Bestimmung der integralen optischen Dichte D ε wird eine Parallelströmung senkrecht auf die Schicht gerichtet, die gesamte Vorströmung gemessen; c) und d) zwei Messmethoden zur Bestimmung zweier Arten von diffuser optischer Dichte D ≠ (einfallender Fluss – idealerweise gestreut). Die Differenz D II - D ε dient als Maß für die Lichtstreuung in der gemessenen Schicht.
Große sowjetische Enzyklopädie. - M.: Sowjetische Enzyklopädie. 1969-1978 .
Optische Dichte D, ein Maß für die Lichtundurchlässigkeit einer Materieschicht. Entspricht dem dezimalen Logarithmus des Verhältnisses Strahlungsfluss F 0 auf die Schicht zu einem durch Absorption und Streuung geschwächten Strom auftrifft F Durch diese Schicht gehen: D=lg( F 0 /F), andernfalls ist O. p. der Logarithmus des Kehrwertes von Übertragungskoeffizient Materialschicht: D= lg(1/t). (Der Dezimallogarithmus lg wird in der manchmal verwendeten Definition des natürlichen Freiraums durch den natürlichen Logarithmus Logarithmus ln ersetzt.) Der Begriff des Freiraums wurde von R. Bunsen ; es wird verwendet, um die Dämpfung zu charakterisieren optische Strahlung (Licht) in Schichten und Filmen verschiedener Substanzen (Farbstoffe, Lösungen, Farb- und Milchgläser usw.), in Lichtfilter und andere optische Produkte. OP wird besonders häufig zur quantitativen Bewertung entwickelter fotografischer Schichten sowohl in der Schwarzweiß- als auch in der Farbfotografie verwendet, wo Methoden zu ihrer Messung den Inhalt einer eigenen Disziplin bilden - Densitometrie . Abhängig von der Art der einfallenden Strahlung und der Methode zur Messung der durchgelassenen Strahlungsflüsse gibt es verschiedene Arten optischer Strahlung ( Reis. ).
Der OP hängt von dem Satz von Frequenzen n (Wellenlängen l) ab, die den anfänglichen Fluss charakterisieren; sein Wert für den Grenzfall eines einzelnen n heißt monochromatisches O. p. Regular ( Reis. , a) der monochromatische O. p. einer Schicht eines nicht streuenden Mediums (ohne Berücksichtigung von Korrekturen für die Reflexion von der vorderen und hinteren Begrenzung der Schicht) ist 0,4343 k n l, wo k n - natürlich Absorptionsrate Umgebung, l- Schichtdicke ( k n l= k Kl- Indikator in der Gleichung Booger - Lambert - Bera Law ; wenn die Streuung im Medium nicht vernachlässigt werden kann, k n wird durch natürlich ersetzt Schwächungsindikator ). Bei einem Gemisch aus nicht reagierenden Stoffen oder einem Satz von hintereinander angeordneten Medien ist die OD dieses Typs additiv, d.h. sie ist gleich der Summe gleicher OD einzelner Stoffe bzw. einzelner Medien. Gleiches gilt für reguläre nichtmonochromatische optische Strahlung (Strahlung komplexer spektraler Zusammensetzung) bei Medien mit nichtselektiver (von n unabhängiger) Absorption. Regelmäßig nicht monochromatisch Der opp eines Satzes von Medien mit selektiver Absorption ist kleiner als die Summe der opp dieser Medien. (Über Geräte zum Messen von O. p. siehe die Artikel Densitometer , Mikrophotometer , Spektralzonale Luftaufnahmen , Spektrosensitometer , Spektrophotometer , Photometer .)
Zündete.: Gorohovsky Yu. N., Levenberg T. M., Allgemeine Sensitometrie. Theorie und Praxis, M., 1963; James T., Higgins J., Fundamentals of the Theory of the Photographic Process, übers. aus dem Englischen, M., 1954.
Große Sowjetische Enzyklopädie M.: "Sowjetische Enzyklopädie", 1969-1978
Farbmetrik
Von den optischen Analyseverfahren in der Praxis der analytischen Laboratorien sind kolorimetrische Verfahren am weitesten verbreitet (von lat. Farbe- Farbe und Griechisch. μετρεω - Ich messe). Kolorimetrische Methoden basieren auf der Messung der Intensität des Lichtstroms, der durch eine farbige Lösung geht.
Bei der kolorimetrischen Methode werden chemische Reaktionen verwendet, die von einer Farbänderung der analysierten Lösung begleitet werden. Durch Messung der Lichtabsorption einer solchen gefärbten Lösung oder durch Vergleich der erhaltenen Farbe mit der einer Lösung bekannter Konzentration wird der Gehalt der gefärbten Substanz in der Testlösung bestimmt.
Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Farbintensität der Lösung und dem Gehalt der gefärbten Substanz in dieser Lösung. Diese Abhängigkeit, die als Grundgesetz der Lichtabsorption (oder Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz) bezeichnet wird, wird durch die Gleichung ausgedrückt:
ich = ich 0 10 - ε c l
wobei I die Intensität des Lichts ist, das durch die Lösung geht; I 0 - die Intensität des auf die Lösung einfallenden Lichts; ε ist der Lichtabsorptionskoeffizient, ein konstanter Wert für jede farbige Substanz, abhängig von ihrer Beschaffenheit; C ist die molare Konzentration der farbigen Substanz in der Lösung; l ist die Dicke der lichtabsorbierenden Lösungsschicht, vgl
Die physikalische Bedeutung dieses Gesetzes kann wie folgt ausgedrückt werden. Lösungen der gleichen farbigen Substanz bei gleicher Konzentration dieser Substanz und der Dicke der Lösungsschicht absorbieren eine gleiche Menge an Lichtenergie, d.h. die Lichtabsorption solcher Lösungen ist gleich.
Für eine gefärbte Lösung, die in einer Glasküvette mit parallelen Wänden eingeschlossen ist, kann gesagt werden, dass mit zunehmender Konzentration und Dicke der Lösungsschicht ihre Farbe zunimmt und die Intensität des durch die absorbierende Lösung durchgelassenen Lichts I im Vergleich zur Intensität von abnimmt das einfallende Licht I 0 .
Abb.1 Lichtdurchgang durch eine Küvette mit Testlösung.
Die optische Dichte der Lösung.
Wenn wir die Gleichung des Grundgesetzes der Lichtabsorption logarithmieren und die Vorzeichen umkehren, dann wird die Gleichung:
Der Wert ist ein sehr wichtiges Merkmal der gefärbten Lösung; Sie wird als optische Dichte der Lösung bezeichnet und mit dem Buchstaben A bezeichnet:
A = εCl
Aus dieser Gleichung folgt, dass die optische Dichte der Lösung direkt proportional zur Konzentration der gefärbten Substanz und der Dicke der Lösungsschicht ist.
Mit anderen Worten, bei gleicher Schichtdicke einer Lösung eines bestimmten Stoffes wird die optische Dichte dieser Lösung umso größer, je mehr sie einen farbigen Stoff enthält. Oder umgekehrt hängt bei gleicher Konzentration einer bestimmten farbigen Substanz die optische Dichte der Lösung nur von der Dicke ihrer Schicht ab. Daraus lässt sich folgende Schlussfolgerung ziehen: Wenn zwei Lösungen des gleichen Farbstoffs unterschiedliche Konzentrationen aufweisen, wird die gleiche Farbintensität dieser Lösungen mit ihren Schichtdicken umgekehrt proportional zu den Konzentrationen der Lösungen erreicht. Diese Schlussfolgerung ist sehr wichtig, da einige Methoden der kolorimetrischen Analyse darauf basieren.
Um die Konzentration (C) einer gefärbten Lösung zu bestimmen, ist es daher notwendig, ihre optische Dichte (A) zu messen. Um die optische Dichte zu messen, sollte die Intensität des Lichtstroms gemessen werden.
Die Farbintensität von Lösungen kann mit verschiedenen Methoden gemessen werden. Es gibt subjektive (oder visuelle) Methoden der Farbmetrik und objektive (oder photokolorimetrische) Methoden.
Visuelle Methoden sind solche Methoden, bei denen die Beurteilung der Farbintensität der Testlösung mit bloßem Auge erfolgt.
Bei objektiven Methoden der kolorimetrischen Bestimmung werden anstelle der direkten Beobachtung Fotozellen verwendet, um die Farbintensität der Testlösung zu messen. Die Bestimmung erfolgt in diesem Fall in speziellen Geräten - Photokolorimetern, von denen die Methode als photokolorimetrisch bezeichnet wurde.
Visuelle Methoden
Zu den visuellen Methoden gehören:
1) Standardreihenverfahren;
2) Vervielfältigungsverfahren (kolorimetrische Titration);
3) Anpassungsverfahren.
Standardreihenverfahren. Bei der Analyse nach der Standardreihenmethode wird die Farbintensität der analysierten Farblösung mit den Farben einer Reihe speziell hergestellter Standardlösungen (mit gleicher Dicke der absorbierenden Schicht) verglichen.
Lösungen in der Farbmetrik haben meist eine intensive Farbe, sodass es möglich ist, sehr kleine Konzentrationen oder Mengen von Stoffen zu bestimmen. Dies kann jedoch mit gewissen Schwierigkeiten einhergehen: Auf diese Weise können Proben zur Herstellung einer Reihe von Standardlösungen sehr klein sein. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird die Standardlösung A in einer ausreichend hohen Konzentration hergestellt, beispielsweise 1 mg/ml. Danach wird durch Verdünnung aus Lösung A eine Standardlösung B mit wesentlich geringerer Konzentration hergestellt und daraus wiederum eine Reihe von Standardlösungen hergestellt.
Dazu werden die erforderlichen Volumina an Reagenzlösungen in der erforderlichen Reihenfolge in Reagenzgläser oder Küvetten gleicher Größe und gleicher Glasfarbe mit einer Pipette gegeben. Es empfiehlt sich, Lösungen des Analyten portionsweise aus der Bürette zuzugeben, weil Ihre Volumina sind unterschiedlich, um unterschiedliche Konzentrationen in einer Reihe von Standardlösungen bereitzustellen. In diesem Fall muss die Ausgangslösung alle Komponenten außer dem Analyten enthalten. (Nulllösung). Der Testlösung werden Lösungen der erforderlichen Reagenzien zugesetzt. Alle Lösungen werden auf ein konstantes Volumen gebracht und dann wird die Farbintensität der Testlösung visuell mit den Lösungen einer Reihe von Standardlösungen verglichen. Es ist möglich, die Farbintensität mit jeder Lösung der Reihe abzugleichen. Dann wird davon ausgegangen, dass 100 Testlösungen die gleiche Konzentration haben oder die gleiche Menge des Analyten enthalten. Wenn die Farbintensität zwischen benachbarten Lösungen der Reihe zu liegen scheint, wird die Konzentration oder der Gehalt des Analyten als das arithmetische Mittel zwischen den Lösungen der Reihe angesehen.
Kolorimetrische Titration (Duplizierungsverfahren). Diese Methode basiert auf dem Vergleich der Farbe der analysierten Lösung mit der Farbe einer anderen Lösung. - Kontrolle. Zur Herstellung einer Kontrolllösung stellen Sie eine Lösung her, die alle Bestandteile der Testlösung mit Ausnahme des Analyten und aller Reagenzien enthält, die zur Probenvorbereitung verwendet wurden, und fügen die Standardlösung des Analyten aus der Bürette hinzu. Wenn so viel dieser Lösung hinzugefügt wird, dass die Farbintensitäten der Kontroll- und Analyselösung gleich sind, wird davon ausgegangen, dass die Analyselösung die gleiche Menge des Analyten enthält, wie sie in die Kontrolllösung eingeführt wurde.
Ausgleichsmethode. Dieses Verfahren basiert auf dem Angleichen der Farben der analysierten Lösung und einer Lösung mit bekannter Konzentration des Analyten – einer Standardlösung. Es gibt zwei Möglichkeiten, eine kolorimetrische Bestimmung mit dieser Methode durchzuführen.
Gemäß der ersten Option erfolgt der Farbausgleich zweier Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen der farbigen Substanz durch Änderung der Dicke der Schichten dieser Lösungen bei gleicher Stärke des durch die Lösungen tretenden Lichtstroms. In diesem Fall ist trotz des Unterschieds in den Konzentrationen der analysierten und der Standardlösung die Intensität des Lichtflusses, der durch beide Schichten dieser Lösungen geht, gleich. Das Verhältnis zwischen den Schichtdicken und den Konzentrationen der gefärbten Substanz in den Lösungen zum Zeitpunkt des Farbausgleichs wird durch die Gleichung ausgedrückt:
l 1= C2
wobei l 1 die Dicke der Lösungsschicht mit der Konzentration der gefärbten Substanz C 1 und l 2 die Dicke der Lösungsschicht mit der Konzentration der gefärbten Substanz C 2 ist.
Im Moment der Farbgleichheit ist das Verhältnis der Dicken der Schichten der beiden verglichenen Lösungen umgekehrt proportional zum Verhältnis ihrer Konzentrationen.
Basierend auf der obigen Gleichung kann man, indem man die Dicke der Schichten zweier identisch gefärbter Lösungen misst und die Konzentration einer dieser Lösungen kennt, leicht die unbekannte Konzentration der gefärbten Substanz in der anderen Lösung berechnen.
Um die Dicke der Schicht zu messen, durch die der Lichtstrom fließt, können Glaszylinder oder Reagenzgläser verwendet werden, und für genauere Bestimmungen spezielle Geräte - Kolorimeter.
Gemäß der zweiten Möglichkeit, um die Farben zweier Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen einer farbigen Substanz anzugleichen, werden Lichtströme unterschiedlicher Intensität durch Schichten von Lösungen gleicher Dicke geleitet.
In diesem Fall haben beide Lösungen die gleiche Farbe, wenn das Verhältnis der Logarithmen der Intensitäten der einfallenden Lichtströme gleich dem Verhältnis der Konzentrationen ist.
Im Moment des Erreichens der gleichen Farbe der beiden verglichenen Lösungen bei gleicher Schichtdicke sind die Konzentrationen der Lösungen direkt proportional zu den Logarithmen der Intensitäten des auf sie einfallenden Lichts.
Nach der zweiten Möglichkeit kann die Bestimmung nur mit einem Kolorimeter durchgeführt werden.
