Wydział Technologii Chemicznej	Maksymilian Łakomy	25.03.2010r.
Inżynieria Chemiczna i Procesowa	Spektrofotometria	Prowadzący: Dr inż. Mariusz Ślachciński

1. CEL ĆWICZENIA

Oznaczanie jonów żelaza (II) w postaci kompleksuz o - fenantroliną techniką dodatku wzorca.

2. ZAGADNIENIA TEORETYCZNE

1. Oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią

Oddziaływaniem promieniowania elektromagnetycznego z materią zajmuje się spektroskopia. Konsekwencją tego oddziaływania jest absorbowanie lub emitowanie energii przez materię w kwantach energii. Badając długość fali lub częstość absorbowanego lub emitowanego promieniowania, możemy określić poziomy energetyczne badanego układu. Na całkowitą energię cząsteczki składają się energie: translacji, rotacji, oscylacji i elektronowa. Wzbudzenie elektronów jest wywołane promieniowaniem z zakresu UV - VIS. Efektem absorpcji tego promieniowania jest elektronowe widmo absorpcyjne.

2. Prawa absorpcji

Natężenie promieniowania padającego

(1)

I₀ - natężenie promieniowania padającego

I_a - natężenie promieniowania zaadsorbowanego

I_r - natężenie promieniowania odbitego i rozproszonego

I_t - natężenie promieniowania, które przeszło przez roztwór

Pierwsze prawo Lamberta

Natężenie światła monochromatycznego po przejściu przez ośrodek optycznie jednorodny jest proporcjonalne do natężenia światła padającego.

Stosunek natężenia światła wychodzącego z danego ośrodka I_t do natężenia światła padającego I₀ nazywany jest transmitancją.

(2)

Drugie prawo Lamberta

Natężenie światła przechodzącego przez warstwę absorbującą zmniejsza się wykładniczo wraz z liniowym zwiększaniem się grubości warstwy.

(3)

k - współczynnik proporcjonalności

l - grubość warstwy absorbującej

Prawo Beera

Natężenie światła przechodzącego przez warstwę absorbującą zmniejsza się wykładniczo wraz z liniowym zwiększaniem się stężenia substancji absorbującej w roztworze.

(4)

Prawo Lamberta-Beera

(5)

a - współczynnik absorpcji

Prawo addytywności absorbancji

Absorbancja całkowita roztworu jest równa sumie absorbancji poszczególnych składników.

(6)

ε - molowy współczynnik absorpcji

3. Źródła promieniowania

Lampy deuterowe - w zakresie 180-380 nm

Lampy wolframowo-halogenowe - powyżej 380 nm, przez zakres widzialny bliską podczerwień

Wysokociśnieniowe łukowe lampy ksenonowe - są źródłem ciągłego promieniowania, pokrywającego cały zakres UV - VIS

4. Monochromatory

Monochromator składa się z: szczeliny wejściowej, kolimatora, elementu rozszczepiającego promieniowanie i szczeliny wyjściowej.

Szczelina wejściowa - reguluje natężenie wiązki promieniowania pochodzącej ze źródła promieniowania.

Kolimator - np. zwierciadło, zmienia wiązkę promieniowania w wiązkę równoległą.

Elementami rozszczepiającymi w spektrofotometrach UV - VIS są siatki dyfrakcyjne. Szczelina wyjściowa - umożliwia wyodrębnienie z widma wiązki promieniowania o wybranej długości fali i określonej szerokości spektralnej.

5. Detekcja promieniowania

Detektory fotoelektryczne umożliwiają obiektywną ocenę intensywności zabarwienia i bezpośredni pomiar natężenia promieniowania. Podstawą działania jest efekt fotoelektryczny polegający na zmianie energii świetlnej na energię elektryczną. Najczęściej stosowane detektory:

- fotokomórki - oparte na zjawisku fotoelektrycznym zewnętrznym; dostarczona przez fotony energia wyzwala elektrony z fotoczułej katody. Są one przyspieszane w polu elektrycznym miedzy katodą i anodą i wywołują prąd elektryczny w obwodzie zewnętrznym

- fotopowielacze - fotomnożniki; foton padając na fotokatodę, wybija z niej elektrony, te zaś, trafiając na dynodę, wywołują wtórną emisję elektronów, przy czym każdy z elektronów wybije z katody kilka nowych. Proces ten powtarza się na kolejnych dynodach i otrzymujemy wielokrotne wzmocnienie fotoprądu

- fotodiody - wykorzystują zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne; pod wpływem absorpcji fotonów następuje wzbudzenie nośników ładunku (elektronów) z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa

6. Podstawowe pojęcia

Analityczna długość fali
- długość fali przy której mierzy się absorbancję używaną następnie w oznaczeniach ilościowych danego składnika. Najczęściej odpowiada najbardziej intensywnemu pasmu absorpcji
, [nm]

Liczba falowa
- odwrotność długości fali, [cm^-1]

Molowy współczynnik absorpcji

(7)

Grupy chromoforowe - nienasycone ugrupowania atomów lub układy sprzężonych wiązań podwójnych w cząsteczce związku organicznego, np.-N=N-, -HC=CH-, >C=O,

-N=O, >C=S, benzen. Przejścia elektronowe w tych grupach są ułatwione. Wzbudzenie sprzężonego układu elektronów Π jest przyczyną powstawania barwy.

Grupy auksochromowe - ugrupowania nasycone posiadające elektrony na orbitalu n, np.

-CH₃, -OH, -NH₂, -Cl, same w sobie nie wywołują barwy, ale współdziałając z chromoforami powodują zwiększenie intensywności lub modyfikację zabarwienia.

Przesunięcie batochromowe - przesunięcie absorpcji w kierunku fal dłuższych wywołane wpływem podstawnika lub rozpuszczalnika

Przesunięcie hipsochromowe - przesunięcie absorpcji w kierunku fal krótszych wywołane wpływem podstawnika lub rozpuszczalnika

3. WYNIKI I OPRACOWANIE

Roztwór	Absorbancja A	Ilość wzorca Fe^3+ [ml]
1	0,11	-
2	0,205	0,25
3	0,3	0,5

Roztwór wzorcowy zawiera 0,1 mg Fe³⁺ / ml, a zatem w:

- 0,25 ml znajduje się 0,025 mg Fe³⁺

- 0,5 ml znajduje się 0,05 mg Fe³⁺

Opracowanie wyników sprowadza się do wykreślenia krzywej dodatku wzorca dla otrzymanych wyników, z której należy odczytać stężenie żelaza (mg/50ml) w badanym roztworze.

Roztwór	Absorbancja A	Stężenie [mg Fe^3+]
1	0,11	x
2	0,205	0,025
3	0,3	0,050

Dla wartości podanych w tabeli wykreślono krzywą dodatku wzorca (krzywą

przedłużono tak, aby przecinała się z osią OX i odczytano wartość bezwzględną stężenia żelaza w badanym roztworze).

Z krzywej odczytano stężenie żelaza w roztworze badanym:

c = | - 0,027 | mg Fe²⁺ / 50 ml c = 0,027 mg Fe²⁺ / 50 ml

Zatem stężenie żelaza w 1 dm³ próbki wynosi:

0,027 mg - 50 ml

x mg - 1000 ml

---------------------------

x = 0,54 mg Fe²⁺ / 1 dm³

W ćwiczeniu oznaczono jony żelaza (II) w postaci kompleksu z o-fenantroliną techniką dodatku wzorca.

Metoda ta jest dokładna i szybka przy odpowiednim sporządzeniu roztworów. Należy też pamiętać, aby nie doszło do zabrudzenia czy zarysowania kuwety, co ma istotny wpływ na wyniki pomiarów.

1

---