Оптичні методи аналізу, КВП Портал
Завданням аналітичної хімії є визначення вмісту тих чи інших речовин у досліджуваній системі найбільш швидкими, точними та раціональними методами. Залежно від поставлених завдань використовується реакція, яка або тільки виявляє їхню присутність, або дозволяє визначити їх кількість у системі. У першому випадку ми маємо справу зякісним, а в другому - зкількісним аналізом.
Фізико-хімічні методи аналізу засновані на взаємозв'язку між складом системи та її фізичними та фізико-хімічними властивостями.
Фізико-хімічні методи аналізу класифікується відповідно до властивостей системи, що використовуються. В оптичних методах аналізу використовується зв'язок між оптичними властивостями системи:
3. Заломлення світла.
4. обертанням площини поляризації плоскополяризованого світла;
5. Вторинним світінням речовини - та її складом.
Сюди відносяться відповідно:
1. Колориметричний аналіз;
2. Нефелометричний та турбідиметричний аналіз;
3. Рефрактометричний аналіз;
4. Поляриметричний аналіз;
5. Люмінесцентний аналіз.
Колориметричний метод аналізу
Метод аналізу, заснований на порівнянні якісної та кількісної зміни світлових потоків при їх проходженні через досліджуваний та стандартний розчини, називається колориметричним методом аналізу.
Правильніше цей вид хімічного аналізу називати абсорбційним спектральним аналізом, так як він, по суті, заснований на вимірі ослаблення світлового потоку, що відбувається внаслідок вибіркового поглинання світла речовиною, що визначається. Розрізняють спектрофотометричний та фотометричний методи абсорбційного аналізу.Спектрофотометричний метод ґрунтується на вимірі в монохроматичному потоці світла (світла певної довжини хвилі). Фотометричний метод заснований на вимірах у не строго монохроматичному пучку світла. Для вимірювань використовують прилади – фотоелектричні колориметри та спектрофотометри.
Фотоелектричний колориметр є універсальним приладом і призначається для визначення концентрації забарвлених розчинів, суспензій, емульсій, та колоїдних розчинів шляхом порівняння двох світлових потоків, що проходять через еталонний і випробуваний зразок. Принципова схема фотоколориметра ФЕК-М наведено малюнок 1.
Спектрофотометрами називають прилади, що дозволяють проводити вимірювання світлопоглинання зразків у вузьких за спектральним складом пучках світла (монохроматичне світло). Спектрофотометри дозволяють розкладати біле світло в безперервний спектр, виділяти з цього спектра вузький інтервал довжин хвиль, в межах якого світловий пучок можна вважати монохроматичним (ширина смуги спектру, що виділяється 1 - 20 нм), пропускати ізольований пучок через аналізований розчин і вимірювати з високим ступенем точності інтенсивність цього пучка.
Поглинання світла забарвленою речовиною у розчині вимірюють, порівнюючи його з поглинанням нульового розчину. Як приклад на малюнку 2 наведено оптичну схему спектрофотометра СФ-4.
Нефелометричний та турбідиметричний методи аналізу
При проходженні пучка світла через суспензії дрібних твердих частинок у розчиннику, тобто. через дисперсну систему, спостерігається бічне розсіювання світла, завдяки чому світло, що проходить через середовище, має вигляд каламутної смуги. Мутність її пояснюється розсіюванням світлового променя внаслідок різних причин залежить від розмірів зважених частинок. Якщолінійні розміри частинок більші за довжину падаючої світлової хвилі, то розсіювання світла обумовлено заломленням світла на межі розділу частка - розчинник і відображенням світла частинками. Якщо довжина падаючого світла порівняно з лінійними розмірами частки велика, спостерігається дифракція світлової хвилі, обгинання нею частинки. На цьому факті, що інтенсивність розсіяного світла зі збільшенням числа частинок, що розсіюють, зростає, засновані два споріднені аналітичні методи визначення концентрації речовини: нефелометрія і турбідиметрія.
Нефелометричний спосіб аналізу заснований на вимірі інтенсивності світлового потоку, що виникає внаслідок розсіювання падаючого на завись світла.
Турбідиметричний метод аналізу заснований на вимірі ослаблення світлового потоку, що пройшов через суспензію.
Нефелометричні вимірювання в основному проводять за допомогою нефелометрів - приладів, аналогічних за конструкцією фотометрів, але мають пристосування для спостереження розсіяного світла під кутом 90 ° до напрямку падаючого променя. На малюнку 3 наведено оптичну схему нефелометра НФМ
Для турбідиметричних вимірювань успішно можуть бути використані будь-які фотоелектричні колориметри, спектрофотометри.
Рефрактометричний метод аналізу
Заломленням, або рефракцією, називають зміну напряму прямолінійного поширення світла при переході з одного середовища до іншого.
Рефрактометрія - Вимір заломлення світла. Заломлення світла оцінюється за величиною показника заломлення, що залежить від складу індивідуальних речовин і систем, від того, в якій концентрації і які молекули зустріне світловий промінь на своєму шляху, оскільки під дією світла молекули різних речовин поляризуються по-різному. Саме на цій залежності ізаснований рефрактометричний аналіз.
Рефрактометрами називають прилади, що служать для вимірювання величини показника заломлення дорівнює 90 °. Як приклад на малюнку 4 наведена оптична схема рефрактометра ІРФ-454.
Поляриметричний метод аналізу
Поляриметричний метод аналізу заснований на вимірюваннях, пов'язаних з явищем поляризації світла (спрямованість світлових коливань). Площина, що проходить через лінії, що відповідають напрямку орієнтованих коливань і напрямку орієнтованих коливань і напрямку поширення світлової хвилі, називають площиною коливань, перпендикулярну площину їй називають площиною поляризації.
Відомо, що оптично активними називають речовини, проходження через які плоскополяризованого світла пов'язане з так званим обертанням площини поляризації, з її поворотом на певний кут.
Поляриметричний метод аналізу ґрунтується на залежності кута обертання площини поляризації плоскополяризованого світла від концентрації оптично активної речовини в розчині.
Оптично активні речовини зустрічаються у двох модифікаціях - правообертальної та лівообертальної.
Прилад для вимірювання кута обертання площини поляризації (поляриметр) повинен поєднувати в собі пристрій для отримання поляризованого світла (поляризатор) з пристроєм, який дозволив би проаналізувати явище (аналізатор) - знайти напрямок обертання та величину кута, на який виявилася площина поляризації в результаті проходження світла через оптично активну речовину.
Люмінесцентний метод аналізу
Здатність атомів і молекул поглинати енергію, що надходить до них ззовні, викликає новий енергетичний стан речовини, яка називається збудженою. Надлишковаенергія атомів або молекул, отримана при збудженні, може бути витрачена на відрив електронів - іонізацію речовини; на будь-які фотохімічні реакції; на нагрівання речовини; крім того, збуджені атоми або молекули здатні всю надмірну енергію або частину її у вигляді світла. У деяких речовин спостерігається свічення без нагрівання за кімнатної температури, яке називають холодним світінням або люмінесценцією. Явища люмінесценції різноманітні за властивостями та походженням.
В аналітичній практиці найбільш широке застосування отримала фотолюмінесценція або флюоресценція, заснована на світінні речовини при поглинанні променистої або світлової енергії.
Для порушення люмінесценції користуються різними джерелами ультрафіолетового випромінювання. Найбільш широке застосування як джерело ультрафіолетового світла знайшли ртутні та ртутно - кварцові лампи.
Флуориметр призначений для кількісного аналізу флуоресціюючих речовин у розчині. Оптична схема флуориметра ЕВ-3М наведена малюнку 5.
Для вимірювання інтенсивності світіння кристалофосфорів призначений фотоелектричний люмінесцентний фотометр.
Проведення найбільш відповідальних люмінесцентних аналізів, що вимагають високої точності, відтворюваності та вивчення спектральної характеристики речовини, що аналізується, можливе при використанні сучасних фотоелектричних методів вимірювання інтенсивності світла в поєднанні зі спектральними приладами.
Аналізатор ртуті Юлія - 2
Висновок
В даний час оптичні методи аналізу широко застосовуються у хімічній промисловості. Сучасні прилади оптичного аналізу при застосуванні комп'ютерних технологій дозволяє автоматизувати аналітичний процес,підвищити його ефективність, зменшити енергоспоживання.