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 лсоблюдался 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.
Неизвестную концентрацию находят расчетным или графическим способами.
При соблюдении основного закона светопоглощения и постоянной толщине слоя отношение оптических плоскостей исследуемого раствора и исследуемого раствора с добавкой будет равно отношению их концентраций:
где Dx — оптическая плотность исследуемого раствора;
Dx + a — оптическая плотность исследуемого раствора с добавкой;
Сх — неизвестная концентрация исследуемого вещества в исследуемом окрашенном растворе;
Са — концентрация добавки в исследуемом растворе.
Источник:http://www.znaytovar.ru/new117.html
Метод градуировочного графика. Для определения содержания вещества методом градуировочного графика при выбранных оптимальных условиях обычно готовят серию не менее чем из 5 стандартных растворов разных концентраций (не менее 3 параллельных растворов для каждой точки).
При выборе интервала концентраций стандартных растворов руководствуются следующими положениями:
1) интервал должен охватывать область возможных изменений концентраций исследуемого раствора; желательно, чтобы оптическая плотность исследуемого раствора соответствовала примерно середине градуировочной кривой;
2) желательно, чтобы в этом интервале концентраций при выбранных толщине кюветы (l) и аналитической длине волны l * (в большинстве случаев l = l макссветопоглощающего соединения) соблюдался основной закон светопоглощения, т. е. график А = f(c) был прямолинейным;
3) интервал рабочих значений А, соответствующий интервалу стандартных растворов, должен обеспечивать максимальную воспроизводимость результатов измерений (минимальное отношение ), т. е. A » 0,14–1,9 ** . Однако следует иметь в виду, что на практике при значениях А ³ 1,1–1,3 часто наблюдается уже нелинейный характер зависимости А = f (c).
При совокупности перечисленных условий измеряют оптические плотности стандартных растворов относительно растворителя и строят график зависимости А = f(с). Полученная кривая (рис. 14.4.18) называется градуировочной (градуировочным графиком). Периодически (раз в неделю или реже) ее проверяют по двум-трем свежеприготовленным стандартным растворам.
Рис. 14.4.18. Градуировочный график
Вопрос № 9 условия ф.о
Для достижения высокой воспроизводимости и правильности результатов фотометрического анализа важное значение имеют селективность выбранного реагента и условия проведения фотометрических определений.
Выбор реагента
Реагент для фотометрического определения выбирают, прежде всего, исходя из специфичности взаимодействия анализируемого вещества с определенными аналитическими группами органических реагентов. Например, для никеля специфическими реагентами являются органические вещества, содержащие оксимную гpyппy=N-ОН, для кобальта—реагенты, содержащие в ортоположении группы -N=О и -ОН, для меди — реагенты, содержащие тио- и аминогруппы одновременно и т. д. Необходимо также, чтобы окрашенные соединения удовлетворяли требованиям устойчивости и постоянства состава.
Для оценки специфических реагентов используют критерии, сформулированные А.К. Бабко [19]. Лучшим реагентом при прочих равных условиях считают такой, который при образовании окрашенного соединения обеспечивает:
1. Наибольшее смещение максимума поглощения D l = l к – l R (где l к и l R — длины волн максимального поглощения комплекса и реагента), характеризующее контрастность реакции. Контрастность фотометрической реакции считается достаточно высокой, если обеспечивается D l = l к – l R ³ 100 нм.
2. Наибольшие абсолютное и относительное изменения молярного коэффициента светопоглощения: D e = e к – e R и 
.
В тех случаях, когда молярные коэффициенты светопоглощения комплекса и реагента неизвестны, реагенты выбирают по наибольшей разности между суммарной оптической плотностью раствора Асм и оптической плотностью реагента: D А = Асм – АR.
3. Наибольшую разность в значениях рН при образовании окрашенных форм комплекса и реагента: D рН = рНк – рНR.
4. Наибольший интервал значений рН, в котором соблюдается постоянство оптической плотности раствора.
Практическим критерием чувствительности реагента служит угол наклона прямой, характеризующей зависимость оптической плотности (или разности оптических плотностей) от концентрации окрашенного вещества. Графическая, зависимость определяется при длине волны, где значение А (или D А) является максимальным. Чем больше угол наклона (или тангенс угла наклона) этой прямой, тем чувствительнее реагент.
Аналогично по тем же критериям можно оценивать селективные и групповые фотометрические реагенты, но их практическое применение для определения отдельных элементов возможно только в отсутствие мешающих компонентов либо в специальных условиях, при которых мешающее влияние сопутствующих элементов проявляется в незначительной степени.
В тех случаях, когда фотометрическая реакция характеризуется невысокой контрастностью и при выбранной длине волны наблюдается светопоглощение не только анализируемого комплекса, но и фотометрического реагента, находят разность оптических плотностей анализируемого комплекса и чистого реагента при той же концентрации, что и в анализируемом растворе.
Однако эту разность оптической плотности можно отождествлять с оптической плотностью раствора светопоглощающего комплекса только в тех случаях, когда светопоглощение комплекса и реагента обусловлено разными хромофорными группами, что на практике встречается сравнительно редко. Если светопоглощение комплекса и реагента обусловлено одной и той же функциональной группой, то этот прием можно использовать только в условиях большого избытка реагента, когда концентрацией реагента, затраченной на комплексообразование, можно пренебречь.
Информационное письмо о правилах построения градуировочных графиков при фотоколориметрических методах исследования
В практике лабораторного контроля при осуществлении госсаннадзора все большее применение находят физико-химические методы исследования. Физико-химические методы анализа основаны на взаимосвязи между составом системы и ее физическими и физико-химическими свойствами.
Функциональная зависимость между численным значением данного физического или физико-химического свойства и содержанием анализируемого вещества может быть выражена графиком или формулой.
Основой для построения градуировочного графика является приготовление стандартных растворов.
Стандартные растворы необходимо готовить из аттестованных государственных образцов(ГСО).Если таковых не имеется, необходимо четко придерживаться основных требований к точности приготовления стандартных растворов:
· следует применять соединения квалификации не ниже чда;
· использование реактивов с просроченным сроком годности недопустимо;
· для приготовления стандартных растворов использовать только гостированную мерную посуду.
Особое внимание обратить на условия и сроки хранения растворов с содержанием вещества1 мг/см3 хранят 1 год, 0,1 мг/см3– 3месяца (если нет других указаний, а также если нет помутнения, хлопьев,осадка), растворы с меньшим содержанием применяются свежеприготовленными.Стандартные растворы фильтровать не допускается.
Для определения содержания вещества методом градуировочного графика готовят3 серии шкал стандартов. указания по приготовлению шкалы стандартов конкретно оговорены в каждой методике.
Обращаю Ваше внимание, что при приготовлении параллельных шкал рабочие растворы готовят соответствующим разбавлением основного стандартного раствора, который готовится из одной взятой навески или ГСО.
Градуировочный график строят на миллиметровой бумаге, откладывая на оси абсцисс,указанную в методике определения концентрацию, а по оси ординат – измеренные значения оптической плотности.
Количественное значение оптической плотности для каждой точки градуировочного графика определяется как среднее арифметическое результатов параллельных измерений 3-х шкал.
С целью уменьшения погрешности графического измерения, необходимо подобрать такой масштаб графика, чтобы угол его наклона приблизительно равнялся 45о.
Градуировочный график должен нести следующую информацию:
· НД на метод проведения исследования;
· марка КФК,его заводской номер;
· длина рабочей грани кюветы;
· раствор сравнения(растворитель, нулевой раствор и т.д.), т.е. относительно чего снимались показания испытуемого раствора;
· на графике должны присутствовать данные 3-х параллельных измерений и среднее арифметическое значение (в виде таблицы).
Градуировочный график строится один раз в год и после ремонта прибора. Поверка графика должна проводиться 1 раз в квартал (если нет других указаний в методике определения.. Поверка проводится по 3-м точкам графика наиболее часто встречающихся в работе концентраций. Данные поверки заносятся в журнал поверок градуировочных графиков или наносятся на обратную сторону графика в виде таблицы.
При построении градуировочного график должна соблюдаться прямая зависимость между оптической плотностью и концентрацией. Прямолинейность графика сохраняется только в интервале концентраций, указанных в методике. Поэтому продлевать градуировочную прямую выше последней указанной в методике точки не допустимо.Находить значение концентраций испытуемого раствора по градуировочному графику ниже первой точки графика не рекомендуется, т.к. это определение несет большую погрешность. В таком случае результат исследования следует записывать в виде»менее . мг/дмз».
Несмотря на простоту и удобство, практическое использование градуировочных графиков в ряде случаев вносит дополнительную погрешность при определении концентрации растворов как за счет субъективного построения графической зависимости, так и за счет несоответствия графичеких (масштабных) погрешностей и погрешностей измерения оптических плотностей. Поэтому для получения более объективных результатов в фотометрическом анализе целесообразно построение градуировочного графика методом регрессивного анализа (уравнение регрессии).
В практике для построения градуировочных графиков и расчета коэффициента уравнения регрессии используется метод наименьших квадратов, который имеет погрешность 1–5% при доверительной вероятности 
.В связи с этим в фотоэлектроколориметрии при построении градуировочных графиков применяется метод наименьших квадратов.
Точная зависимость между концентрацией определяемого ингредиента (Х) и оптической плотностью (Y) будет выражаться уравнением: y=a+bх (I),
которое называется уравнением регрессии или уравнением градуировочного графика.На градуировочном графике это уравнение представляет уравнение прямой.Первая и последняя точка отрезка есть диапазон определения, регламентируемый данной методикой.
Для расчета коэффициентов а и bуравнения(I) весь расчетный материал сводят в таблицу.
| Nп/п | Х | Y1 | Y2 | Y3 | Yср | XY | X2 | Yрасч |
 |  |  |  |  |
| Коэффициент b рассчитывают по формуле: |  | (II) |
| Коэффициент a рассчитывают по формуле: |  | (III) |
| где | | — | сумма концентраций определяемого ингредиента во всех стандартных растворах, начиная с первого и заканчивая последним; |
| | — | сумма квадратов вышеуказанных концентраций; | |
| | — | сумма произведений концентрации определяемого ингредиента, умноженного на его оптическую плотность во всех стандартных растворах; | |
 | — | сумма концентраций определяемого ингредиента в вышеуказанных стандартных, возведенная в квадрат; | |
| | — | сумма оптических плотностей всех стандартных растворов. |
Пример. Для построения градуировочного графика было приготовлено 6 стандартных растворов.Набранный после фотометрирования на фотоэлектроколориметре материал свели в таблицу:
| Nп/п | Х | Y1 | Y2 | Y3 | Yср | XY | X2 | Yрасч | Р,% |  |
| 5,0 | 0,022 | 0,021 | 0,021 | 0,0213 | 0,1065 | 0,0231 | 4,65 | -7,79 | ||
| 10,0 | 0,043 | 0,044 | 0,044 | 0,0437 | 0,4370 | 0,0391 | 2,30 | 11,76 | ||
| 30,0 | 0,096 | 0,094 | 0,095 | 0,095 | 2,8500 | 0,1031 | 2,11 | -7,86 | ||
| 50,0 | 0,171 | 0,170 | 0,171 | 0,1707 | 8,5350 | 0,1671 | 0,59 | 2,15 | ||
| 70,0 | 0,226 | 0,225 | 0,224 | 0,2250 | 15,7500 | 0,2311 | 0,89 | -2,64 | ||
| 100,0 | 0,324 | 0,324 | 0,324 | 0,3240 | 32,4000 | 0,3271 | 0,00 | -0,95 | ||
 |  265 |  0,8797 |  60,0785 |  18425 |
Рассчитали значение коэффициентов а и впо формулам (II) и (III):
 |
 |
Уравнение градуировочного графика(I) после подстановки в него значений коэффициентов аи в будет иметь вид:
Подставляя в это уравнение значения концентрации (5,0; 10,0; 30,0; 50,0; 70,0; 100,0)получают расчетные значения оптических плотностей yрасч(0,0231; 0,0391; 0,1031; 0,1671; 0,2311; 0,3271).
Откладывая на оси абсцисс значения концентрации, а по оси ординат расчетные значения оптических плотностей, по данному уравнению строят градуировочный график.
Полученное уравнение градуировочного графика можно использовать для обсчета результатов исследования.Для этого значение измеренной оптической плотности (y) подставляют в уравнение и рассчитывают х:
 | , в нашем случае |  |
Результат,найденный по уравнению регрессии или по градуировочному графику необходимо подставить в формулу обработки результатов, приведенную в методике определения.
Для контроля аналитической работы получение более точных результатов параллельно определяют и вычисляют сходимость результатов (Р,%), т.е. качество измерений, отражающих близость друг к другу результатов, полученных в одинаковых условиях.
Расчет погрешности между параллельными исследованиями (y1,y2,y3) следует производить по следующей формуле:
 |
где А1- больший результат из параллельных определений,
А2-меньший результат из параллельных определений.
Для большинства макрокомпонентов,содержание которых в воде более 10 мг/дм3,рекомендуется значение сходимости до 10%, с содержанием от 10 до 1 мг/дм3– 10–15%, от 1 до 0,01 мг/дм3 – 15–25%, менее0,01 мг/дм3 – 30%.
Расчет воспроизводимости (относительной погрешности между yср и yрасч)производится по формуле:
 |
При этом воспроизводимость результатов не должна превышать +15% (показано практикой при фотометрических измерениях с доверительной вероятностью ).
Метод наименьших квадратов (МНК, англ. Ordinary Least Squares, OLS) — математический метод, применяемый для решения различных задач, основанный на минимизации суммы квадратов отклонений некоторых функций от искомых переменных. Он может использоваться для «решения» переопределенных систем уравнений (когда количество уравнений превышает количество неизвестных), для поиска решения в случае обычных (не переопределенных) нелинейных систем уравнений, для аппроксимации точечных значений некоторой функции. МНК является одним из базовых методов регрессионного анализа для оценки неизвестных параметров регрессионных моделей по выборочным данным.
Учебно-методический комплекс для бакалавров «Спектроскопические методы анализа нанокомпозитных материалов» (стр. 5 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
3.2.3. Построение градуировочного графика для данного вещества.
Построение градуировочного графика проводят следующим образом. Готовят ряд растворов данного вещества с известными концентрациями, охватывающими область возможных изменений концентраций этого вещества в исследуемом растворе.
Измеряют оптические плотности всех растворов и строят градуировочный график, откладывая по горизонтальной оси известные концентрации, а по вертикальной соответствующие им значения оптической плотности.
3.2.4. Определение концентрации вещества в растворе.
По градуировочному графику в дальнейшем определяют неизвестную концентрацию вещества в исследуемых растворах. Для этого раствор наливают в ту же кювету, для которой построена градуировочная зависимость, и, выбрав тот же светофильтр, определяют оптическую плотность раствора. Затем по градуировочному графику находят концентрацию, соответствующую измеренному значению оптической плотности.
Примечания: 1. Часто в работе бывает удобнее пользоваться градуировочными таблицами, которые составляются по данным градуировочной зависимости.
2. Градуировочный график следует время от времени проверять.
Фотометр фотоэлектрический КФК-3
1. Описание прибора
Фотометр выполнен в виде одного блока (рис. 1.3). На металлическом основании 3 закреплены узлы фотометра, которые закрываются кожухом 1. Кюветное отделение закрывается съемной крышкой 5.
Рис. 1.3. Общий вид фотометра КФК-3
В фотометр входят следующие узлы: фотометрический блок 2 (рис. 1.4), блок питания 3, микропроцессорная система 4.
На боковой стенке фотометра расположена ось резистора 1 (УСТ.0) и тумблер 2 (СЕТЬ).
На задней стенке основания фотометра расположена розетка 5 для подключения к фотометру термопечатающего устройства типа УТП-2.
Рис. 1.4. Вид фотометра КФК-3 без кожуха
В фотометрический блок входят: осветитель, монохроматор, кюветное отделение, кюветодержатель, фотометрическое устройство. Конструкция механизма осветителя обеспечивает перемещение лампы в трех взаимноперпендикулярных направлениях.
Монохроматор 1 (см. рис. 1.4) служит для получения излучения заданного спектрального состава и состоит из корпуса, узла входной щели, сферического зеркала, дифракционной решетки, узла выходной щели и синусного механизма.
Ручка 2 (см. рис. 1.3) служит для поворота дифракционной решетки через синусный механизм и установки требуемой длины волны в нанометрах.
Кюветное отделение 6 (см. рис. 1.4) представляет собой корпус, который с помощью болтов крепится к корпусу монохроматора. В правой части этого корпуса расположен карман 5 с крышкой, в котором размещено фотометрическое устройство. В фотометрическое устройство входят фотодиод и усилитель постоянного тока. Усилитель постоянного тока устанавливается в фотометр через разъем.
В кюветодержатель устанавливают кюветы с растворителем (контрольным раствором) и исследуемым раствором и помещают их в кюветное отделение 6 (см. рис. 1.4).
Кюветодержатель устанавливают в кюветное отделение на столик так, чтобы две маленькие пружины находились с передней стороны.
Ввод в световой пучок одной или другой кюветы осуществляется поворотом рукоятки 4 (см. рис. 1.3) до упора влево или вправо.
При установке рукоятки до упора влево в световой пучок вводится кювета с растворителем, при установке рукоятки до упора вправо в световой пучок вводится кювета с исследуемым раствором.
2. Подготовка к работе
Подсоединить фотометр к сети 220 В, 50/60Гц и включить тумблер СЕТЬ.
Нажать клавишу ПУСК – на цифровом табло появляется символ «Г», соответствующее ему значение и значение длины волны.
Выдержать фотометр во включенном состоянии 30 минут при открытой крышке и произвести измерение и учет нулевого отсчета (смещение нуля усилителя). Измерение и учет нулевого отсчета произвести нажатием клавиши НУЛЬ. При измерении нулевого отсчета крышка кюветного отделения должна быть открыта. На цифровом табло справа от мигающей запятой высвечивается значение no, слева – символ «0». Значение no должно быть не менее 0.005 и не более 0.200.
Если отсчет no не укладывается в указанные пределы, следует добиться нужного значения с помощью резистора УСТ.0. Установку нуля производить при нажатии клавиши НУЛЬ.
3. Порядок работы
3.1. Измерение коэффициента пропускания или оптической плотности
3.1.1. Установить в кюветное отделение кюветы с растворителем или контрольным раствором, по отношению к которому производится измерение, и исследуемым раствором. Кювету с растворителем или контрольным раствором установить в дальнее гнездо кюветодержателя, а кювету с исследуемым раствором – в ближнее гнездо кюветодержателя. О выборе рабочей длины кюветы см. п. 3.2.2.
В световой пучок установить кювету с растворителем (рукоятка 4 (см. рис. 1.3) – влево до упора). Если измерение проводится относительно воздуха, например, для образца из стекла или другого прозрачного материала, то в этом случае дальнее гнездо кюветодержателя должно быть свободным.
3.1.2. Установить ручкой 2 (см. рис. 1.3) длину волны, при которой проводятся измерения раствора. Длина волны высветится на верхнем цифровом табло.
3.1.3. При закрытой крышке кюветного отделения нажать клавишу «Г». На нижнем цифровом табло слева от мигающей запятой высветится символ «Г». Нажать клавишу «П» или «Е». Слева от мигающей запятой высветится соответственно символ «П» или «Е», а справа от мигающей запятой – соответственно значения «100.0±0.2» или «0.000±0.002», означающие, что начальный отсчет пропускания (100.0%) или оптической плотности (0.000) установился на фотометре правильно. Если отсчеты «100.0±0.2» или «0.000±0.002» установились с большим отклонением, нажать на клавиши «Г», «П» или «Е» повторно, соблюдая небольшую паузу (3 – 5 с). Открыть крышку кюветного отделения и нажать клавишу НУЛЬ, закрыть крышку, нажать клавишу «П» или «Е».
3.1.4. Затем рукоятку 4 (см. рис. 1.3) установить вправо до упора, при этом в световой пучок вводится кювета с исследуемым раствором. Отсчет на световом табло справа от мигающей запятой соответствует коэффициенту пропускания или оптической плотности исследуемого раствора.
3.1.5. Повторить операции по п. п. 3.1.1. – 3.1.4 три раза, вычислить среднее арифметическое значение измеряемой величины.
3.1.6. Для построения спектральной кривой коэффициента пропускания или оптической плотности образца измерения провести по методике п. п. 3.1.1 – 3.1.4.
3.1.7. Построить спектральную кривую светопропускания или оптической плотности исследуемого раствора, откладывая по горизонтальной оси длины волн в нанометрах, а по вертикальной – светопропускание или оптическую плотность.
3.2. Измерение концентрации вещества в растворе
Для измерения концентрации вещества в растворе необходимо предварительно выполнить ряд подготовительных операций в следующей последовательности:
– выбор длины волны;
– построение градуировочного графика для данного вещества и определение коэффициента факторизации F;
– введение коэффициента F в память вычислительного блока;
– измерение концентрации вещества в растворе
Для достижения наименьшей погрешности в определении концентрации следует правильно выбрать длину волны, на которой будет выполняться измерение. Для этого по спектральной кривой раствора, снятой по методике п. п. 3.1.1 – 3.1.7, выбрать такой участок, на котором выполняются следующие условия: оптическая плотность имеет максимальную величину; ход кривой примерно параллелен горизонтальной оси, т. е. оптическая плотность мало зависит от длины волны. Длина волны, соответствующая этому участку, выбирается для измерения. Если для некоторых растворов второе условие не выполняется, то рабочая длина волны выбирается по первому условию.
Как указывалось выше, абсолютная погрешность измерения коэффициента пропускания не превышает 0.5%. Относительная погрешность измерения оптической плотности раствора будет различной и достигает минимума при значении оптической плотности 0.4. Поэтому при работе на фотометре рекомендуется путем соответствующего выбора длины кювет работать вблизи указанного значения оптической плотности, например, в пределах от 0.3 до 0.6.
3.2.3. Построение градуировочного графика и определение коэффициента факторизации.
Построение градуировочного графика проводят следующим образом. Готовят ряд растворов данного вещества с известными концентрациями, охватывающими область возможных изменений концентраций этого вещества в исследуемом растворе. Измеряют оптические плотности всех растворов и строят градуировочный график, откладывая по горизонтальной оси известные концентрации, а по вертикальной – соответствующие им значения оптической плотности. Следует убедиться в том, что зависимость концентрации от оптической плотности – линейная, т. е. выражается на графике прямой линией.
Рассчитывают по графику коэффициент факторизации F. Для этого снимают значение концентрации С для средней части графика и соответствующую этой концентрации оптическую плотность А. Тогда 
Если при построении градуировочного графика будет установлено, что зависимость между оптической плотностью и концентрацией не линейная, коэффициент факторизации F определять не требуется. Определение концентрации в этом случае проводить по градуировочному графику.
3.2.4. Введение коэффициента факторизации F в память вычислительного блока.
Ввести в память вычислительного блока коэффициент F. Для этого нажать клавишу «F», на цифровом табло слева от мигающей запятой высветится символ «F». Набрать с помощью клавиатуры значения коэффициента F. На цифровом табло справа от мигающей запятой высветится набранное значение коэффициента. Фотометр для измерения концентрации подготовлен.
Примечание. При повторном выведении коэффициента факторизации на цифровом табло возможно уменьшение последней значащей цифры на единицу.
3.2.5. Измерение концентрации вещества в растворе.
Провести операции по п. п. 3.1.1 – 3.1.4. При этом исследуемый раствор налить в кюветы той же рабочей длины, с которой производилась градуировка, и установить длину волны, выбранную по п. 3.2.1.
Нажать клавишу «С». На табло слева от мигающей запятой появится символ «С». Отсчет на цифровом табло справа от мигающей запятой соответствует значению концентрации исследуемого раствора.
Фотоэлектрический колориметр – нефелометр ФЭК-60
1. Описание прибора
Фотоэлектрический колориметр ФЭК-60 предназначен для определения концентраций окрашенных растворов, взвесей, эмульсий и коллоидных растворов путем сравнения световых потоков, проходящих через образцовую и испытуемую жидкости, или путем предварительной градуировки прибора по набору стандартных растворов различных концентраций. Измерения производятся в интервале длин волн спектра от 360 нм до 1000 нм. Цена деления шкалы светопропускания измерительной диафрагмы 0.5%. Прибор обеспечивает измерение светопропускания с абсолютной погрешностью ±1%.
Большая чувствительность прибора дает возможность измерять в области спектра от 400 нм до 950 нм пропускания оптически плотных растворов относительным методом, т. е. по отношению к менее плотному контрольному раствору.
Внешний вид прибора показан на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Внешний вид фотоэлектроколокиметра ФЭК-60
Прибор снабжен набором кювет с различным объемом в пределах от 0.5 мл до 50 мл. В качестве источника света применяется лампа накаливания СЦ-61 (8В, 20Вт). Приемником света служит один из двух фотоэлементов: сурьмяно-цезиевый фотоэлемент типа СВЦ-4 для области от 360 нм до 620 нм или кислородно-цезиевый фотоэлемент типа ЦВ-4 для области спектра для 620 нм до 1000 нм. В приборе имеется 9 пар светофильтров. Из них одна пара – для измерений в ближней УФ области, пять – для видимой и три для ближней ИК области спектра.
Оптическая схема прибора приведена на 1.6.
 |
Рис. 1.6. Оптическая схема прибора ФЭК-60
Нить лампы Л (рис. 1.6) с помощью двух конденсаторов К1 и К2 и двух зеркал З1 и З2 изображается на линзах О1 и О2. Эти изображения нити лампы проектируются линзами О1 и О2, сводятся зеркалами З3, З4 и призмой П в плоскости фотокатода фотоэлемента Ф.
Модулятор М, помещенный за конденсаторами, моделирует световые потоки, правый и левый, в противофазе. Световые потоки, пройдя светофильтры и кюветы, попадают на фотокатод фотоэлемента и возбуждают переменный электрический ток, пропорциональный разности световых потоков левой и правой ветви прибора. В правый световой пучок включаются последовательно одна или другая кюветы (с раствором и растворителем). Для уменьшения чувствительности прибора в оба плеча включаются нейтральные светофильтры из прилагаемого комплекта. В этом случае светофильтр в оправе надевается на оправу линз О1 и О2. Щелевая диафрагма Д1, расположенная в правом пучке (в измерительном), при вращении связанного с ней барабана изменяет свою площадь и тем самым изменяет интенсивность правого светового потока, падающего на фотоэлемент. Щелевая диафрагма Д2, расположенная в левом пучке, служит для ослабления интенсивности левого светового потока, падающего на тот же фотоэлемент.
Все основные узлы прибора (рис. 1.7) смонтированы на основании нижнего корпуса: осветитель, мотор с модулятором, опорный фотоэлемент, светофильтры, кюветодержатели, диафрагмы, усилитель, фотоэлементы. К нижнему корпусу винтами крепится верхний корпус.
 |
Рис. 1.7. Устройство фотоэлектроколориметра ФЭК-60
Светофильтры располагаются в двух барабанах 3, 4, связанных между собой цилиндрической зубчатой передачей. Вращение барабанов проводится от рукоятки 2. В барабаны установлены по 9 светофильтров, которые могут быть поочередно включены в ход световых пучков прибора. Положение каждого светофильтра фиксируется.
Кюветодержатели – правый и левый – расположены в кюветной камере. В правом кюветодержателе устанавливаются две кюветы, в левом – одна. Переключение кювет в правом световом пучке производят поворотом рукоятки до упора.
Диафрагмы – измерительная (правая) и компенсационная (левая) представляют собой прямоугольник, две боковые грани которого при вращении рукоятки могут перемещаться навстречу друг другу, при этом ширина щели изменяется от максимального значения до нуля. С измерительной диафрагмой связан отсчетный барабан, на котором нанесены две шкалы: шкала коэффициентов светопропускания (черная) и шкала оптической плотности (красная). Связь между делениями обеих шкал определяется формулой
где D – оптическая плотность, τ – коэффициент светопропускания.
Шкала нанесена таким образом, что максимальное раскрытие щелевой диафрагмы соответствует 100% светопропускания, а полное ее закрытие – 0%.
2. Подготовка к работе
Подсоединить ФЭК-60 к сети 220 В и включить тумблер СЕТЬ. Перед измерениями необходимо проверить «электрический нуль». Эта проверка осуществляется следующим образом: закрыть измерительную и компенсационную диафрагмы. Стрелка микроамперметра должна установиться на нуль. Если этого нет, то вращением в ту или другую сторону рукоятки потенциометра 7 (рис. 1.10) добиться нулевого положения стрелки.
3. Порядок работы
3.1. В основу прибора положен принцип уравнивания интенсивности двух световых модулированных потоков при помощи переменной щелевой диафрагмы. Правый световой пучок является измерительным, левый – компенсационным.
В случае работы с растворами на всех фильтровых колориметрах измеряется светопропускание исследуемого раствора по отношению к растворителю или контрольному раствору; при этом измерение светопропускания исследуемого раствора по отношению к растворителю называется абсолютным измерением, а измерение величины светопропускания исследуемого раствора по отношению к контрольному – относительным измерением.
3.2. Для измерения оптической плотности в правый и левый пучки света прибора поместите одинаковые кюветы с растворителем. Барабан измерительной диафрагмы установите на отсчет 100, левым барабаном произведите уравнивание обоих световых потоков. Затем в правое плечо прибора вместо кюветы с растворителем поместите кювету с раствором; при этом стрелка микроамперметра отклонится от нулевого положения. Снимите показания с микроамперметра.
Спектрофотометр Helios Alpha
1. Описание прибора
Спектрофотометр рассчитан для регистрации оптической плотности ABS, процента пропускания % Т, интенсивности I исследуемого раствора, при этом будет измеряться интенсивность сигнала в луче, проходящем через образец. Возможна регистрация первой, второй, третьей и четвертой производной (1D, 2D, 3D, 4D).
Система состоит из спектрофотометра с клавиатурной панелью, жидкокристаллического дисплея, дисковода под дискеты емкостью 1,44 мегабайт, программного обеспечения и устройства выхода (рис. 1.8).
 |
Рис. 1.8. Внешний вид спектрофотометра Helios Alpha.
Особенности конструкции Helios Alpha:
– Двухлучевая оптическая схема
– Кварцевое покрытие оптических элементов, установленных на литом алюминиевом основании, и оригинал голографической дифракционной решетки
– 7-позиционный программируемый держатель кювет
– встроенная микропроцессорная система управления и графический VGA дисплей
– порт RS232 для подключения к компьютеру и управления прибором с помощью программного обеспечения Vision 32
– встроенный принтер (опция)
– блок CVC (опция) с набором сертифицированных фильтров для автоматической поверки прибора.
Прибор обеспечивает регистрацию спектров поглощения в диапазоне 190 – 1100 нм с возможностью проведения температурных исследований. Точность установки длины волны – 0.05 – 0.1 нм. Кюветы кварцевые – 1 см. Спектрометр имеет встроенные графический LCD дисплей, дисковод, клавиатуру и программное обеспечение, а также управляется от персонального компьютера. Программное обеспечение включает разделы:
Scan – для управления регистрацией спектров,
Quant – для обеспечения количественного анализа,
MCA – для многокомпонентного анализа,
Rate – для кинетических измерений,
Mathem – для математической обработки спектров.
2. Подготовка к работе
2.1. Включить тумблер сеть.
2.2. Выждать несколько минут, чтобы прибор провел автоматическое тестирование оптической системы. После проведения тестирования на дисплее прибора появится страница HOME.
3. Порядок работы
Чтобы войти в режим сканирования, выберите опцию SCAN из меню страницы HOME и нажмите ENTER. На экране появится меню, содержащее опции программного обеспечения. Для снятия спектра в определенном диапазоне длин волн выберите опцию SCAN. Для снятия величины пропускания при фиксированной длине волны выберите опцию FIXED. На данных страницах можно ввести параметры анализа. Для этого переместите курсор к требуемому параметру, используя клавиши курсора ВВЕРХ/ВНИЗ. Нажмите ENTER, чтобы зафиксировать изменение параметра. После установки параметров метода нажмите ZERO/BASE, чтобы выполнить сканирование базовой линии, а затем нажмите RUN. Спектрофотометр проведет сканирование и высветит его результаты на странице SCAN GRAPH. На этой странице спектр можно сохранить на дискету, используя опцию SAVE DATA.
Лабораторная работа №1
Изучение спектров поглощения редкоземельных элементов
Качественный и количественный анализ индивидуальных растворов редкоземельных элементов.
Растворы различных соединений характеризуются различной зависимостью светопоглощения от длины волны падающего света (спектр поглощения). Наличие характерных максимумов или минимумов в спектре позволяет сделать заключение о качественном составе раствора. Заключение о концентрации вещества в растворе можно сделать на основании измерения оптической плотности в максимуме светопоглощения (lmax). Если известно значение молярного коэффициента поглощения, то расчет молярной концентрации производят с использованием закона Бугера – Ламберта – Бера, из которого следует: 
, где A – измеренная оптическая плотность, ε – значение молярного коэффициента поглощения, b – толщина поглощающего слоя, см.
Растворы солей большинства редкоземельных элементов при визуальном рассмотрении бесцветны. Однако при изучении поглощения таких растворов в монохроматическом свете обнаруживаются четкие максимумы, положение которых точно соответствует природе элемента.
Контрольный раствор соли редкоземельного элемента помещают в прямоугольную кювету b=1 см, снимают спектр поглощения этого раствора по отношению к дистиллированной воде на спектрофотометре HELIOS ALPHA в интервале длин волн от 220 до 1100 нм. Включение спектрофотометра производится только по разрешению преподавателя или лаборанта. Пользуясь кривыми поглощения растворов солей редкоземельных элементов и табличными значениями, определяют, какой из редкоземельных элементов присутствует в растворе, и вычисляют его концентрацию. Определяют основные характеристики спектров.
Лабораторная работа №2
Фотометрическое определение кремния
Фотоколориметрическое определение кремния в растворе в виде гетерополикислоты.
В основе фотометрических методов определения кремния лежит реакция образования молибденовой гетерополикислоты состава H4[SiMo12O40] . Гетерополикислоты образуются в кислой среде при избытке молибдата в растворе. Молибденокремниевая кислота образуется в слабокислом растворе (рН = 1.5 – 2.0). При определении кремния следует иметь в виду, что реакционноспособной является лишь мономерная форма, образующая молибденокремниевую кислоту за 15 мин., в течение которых происходит деполимеризация димерной формы в мономерную. При действии восстановителей образуются вещества синего цвета — продукты восстановления молибденокремниевой кислоты, имеющие максимум светопоглощения в области 660 – 800 нм.
В настоящей работе в качестве восстановителя используют смесь растворов соли Мора и аскорбиновой кислоты.
Работа выполняется на фотоколориметре ФЭК-60.
Реактивы и оборудование
1. Стандартный раствор, содержащий 0.1000 мг/мл кремния. В платиновом тигле сплавляют 0.2140 г прокаленного оксида кремния с 2.0000 г карбоната натрия. Плав растворяют в воде, количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1.0 л, добавляют до 900 мл воду, подкисляют 2 н серной кислотой до рН = 1.5, доводят раствор до метки водой. Стандартный раствор кремния перед началом работы разбавляют водой в 50 раз до концентрации 0.0020 мг/мл
2. Молибдат аммония, 5% раствор.
3. Соляная кислота, 1:1 и 0.5% раствор.
4 Соль Мора, 5% раствор (свежеприготовленный).
5.Аскорбиновая кислота, 5% раствор (свежеприготовленный).
6. Смесь восстановителей. Перед употреблением смешивают равные объемы растворов аскорбиновой кислоты и соли Мора.
7. Фотоколориметр ФЭК-60.
8. Мерные колбы вместимостью 50.0 и 100.0 мл.
В пять мерных колб вместимостью 50.0 мл вносят по 2.0, 4.0, 6.0, 8.0, 10.0 мкг кремния. В каждую колбу добавляют по 5 мл 0.5% раствора соляной кислоты; 2 мл раствора молибдата аммония. Растворы перемешивают и через I5 мин приливают по I0 мл соляной кислоты 1:1; по 2 мл раствора восстановителя; разбавляют раствор до метки водой, и перемешивают. Через 40 мин измеряют оптическую плотность на ФЭK-60 при l = 670 – 750 нм (светофильтр номер 6). Рабочая длина кюветы b = 5 см. В качестве раствора сравнения используют раствор, приготовленный в мерной колбе вместимостью 100 мл и содержащий все компоненты, кроме кремния.
По полученным данным строят градуировочный график. Получают контрольный раствор и определяют в нем содержание кремния.
Лабораторная работа №3
Определение никеля дифференциальным методом с помощью диметилглиоксима и окислителя
Фотоколориметрическое определение вещества в растворе методом полной дифференциальной фотометрии.
Дифференциальный способ измерений оптических плотностей нашел значительное применение для определения высоких концентраций элементов. Все больше для дифференциальных измерений используются фотоэлектроколориметры с оптической компенсацией. Однако, точные результаты получают лишь в тех случаях, когда определяемые концентрации близки к концентрациям этого вещества в растворе сравнения. Естественно, что это требует построения градуировочных графиков для серии растворов сравнения о концентрациями С0, С1, С2,…Сn, что связано со снижением экспрессности анализа и значительным увеличением расхода реактивов. Было показано, что возможности дифференциальной спектрофотометрии могут быть значительно расширены путем использования метода двусторонней дифференциальной спектрофотометрии. В основе метода дифференциальной фотометрии лежит пропорциональная эависимость разности оптических плотностей исследуемого раствори и раствора сравнения DA (Aотн) от разности концентраций соответствующих растворов, вытекающая из следующих представлений:
При вычитании второго уравнения из первого получается уравнение метода дифференциальной спектрофотометрии
где – C0, Cx – концентрации определяемого соединения соответственно в растворе сравнения и в фотометрируемом растворе;
A0, Ax – оптические плотности раствора сравнения и фотометрируемого раствора относительно растворителя; Aотн – относительная оптическая плотность.
Уравнение (3) является общим уравнением фотометрии. Из него вытекают три возможных случая при измерениях.
1. Cx > C0, тогда Ax > A0 и Aотн = Ax – A0 > 0, т. е. относительная оптическая плотность имеет положительное значение. В этом случае калибровочная прямая выходит не из начала координат, а из точки на оси абсцисс, соответствующей концентрации определяемого соединения в растворе сравнения.
2. Cx C0, то получим общее уравнение дифференциальной фотометрии (3). Графически эта зависимость будет выражаться прямой линией, пересекающей ось абсцисс в точке, соответствующей Cx = C0 . Такой способ измерений, когда относительно одного и того же раствора сравнения измеряется поглощение и растворов с Cx C0, называется методом полной дифференциальной фотометрии.
Расчетная формула для метода полной дифференциальной фотометрии может быть записана в виде Cx = C0 ± F ∙ Aотн, где F — фактор пересчета, представляющий собой обратный угловой коэффициент калибровочного графика. Фактор пересчета вычисляется по результатам измерений Aотн, серии стандартных растворов с концентрацией С0, С1, С2,…Сn, относительно одного и того же раствора с концентрацией определяемого элемента С0:
http://lektsii.org/5-77580.html
http://pandia.ru/text/78/416/72022-5.php