1.

Wstęp teoretyczny.

Metody spektroskopowe są to metody opierające się na oddziaływaniu

promieniowania elektromagnetycznego z

materią. Polegają na absorpcji lub emisji

promieniowania

elektromagnetycznego przez próbkę badanej substancji. W

metodach spektroskopowych dokonuje

się pomiaru natężenia promieniowania

przechodzącego w funkcji długości fali. Stanowią one zespół technik
in

strumentalnych, w których do celów analitycznych wykorzystuje się przejścia

energetyczne

zachodzące w cząsteczkach na skutek oddziaływania promieniowania

elektromagnetycznego.

P

romieniowanie elektromagnetyczne przechodzące przez dany ośrodek może

ulec absorpcji, odbiciu i rozproszeniu. W metodach spektrofotometrycznych
wykorzystuję się zjawisko absorpcji promieniowania. Zarówno zjawiska odbicia jak i
rozproszenia

mogą zostać wyeliminowane podczas porównywania próbki badanej z

próbką odniesienia. W metodach spektrofotometrycznych wykorzystuje się zjawisko
absorpcji promieniowania. Warunkiem wystąpienia tego zjawiska jest, aby energia
padającego promieniowania odpowiadała różnicy energii poziomów energetycznych
elektronów w absorbującej cząsteczce lub jonie, tzn. aby elektrony mogły być
przeniesione ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego.
Absorpcjometria wykorzystuje zdolno

ść substancji chemicznych pozostających w

roztworze do pochłaniania światła całą swą objętością. Zwykle różne substancje
pochłaniają promieniowanie świetlne o odmiennej długości fali. Jeśli jednak
pochłaniają fale tej samej długości, to z różną intensywnością. Absorpcję światła w
zakresie widzialnym wykazuj

ą związki nieorganiczne, przede wszystkim jony mające

niecałkowicie zapełniony orbital d osłonięty wyższymi orbitalami zapełnionymi
elektronami, zwi

ązki kompleksowe wszystkich pierwiastków przejściowych z

niecałkowicie zapełnionym orbitalem d oraz barwne związki organiczne, np.
wska

źniki pH stosowane w alkacymetrycznej analizie miareczkowej. Absorpcję

światła w zakresie ultrafioletu wykazują bezbarwne związki organiczne, zawierające
np. wi

ązania podwójne. Wielkością pozwalającą ocenić spadek natężenia wiązki

światła po przejściu przez warstwę roztworu substancji pochłaniającej światło jest
absorbancja. Krzywa, okre

ślająca zależność absorpcji promieniowania od długości

fali, stanowi widmo absorpcyjne. Widmo absorpcyjne danej substancji pozwala
okre

ślić długości fal promieniowania, które są przez nią absorbowane, oraz długość

fali, przy której absorbancja ma największą wartość (Amax). Następnie przy tej
długości fali mierzy się zarówno absorbancję wzorcowych roztworów danej substancji
o znanych st

ężeniach , jak również absorbancję roztworu oznaczanego o nieznanym

st

ężeniu.

Najwi

ększą zaletą absorbancji jest jej wprost proporcjonalna zależność od

st

ężenia. Wykres zależności absorbancji od stężenia w dostatecznie szerokim

zakresie ma kształt krzywej logarytmicznej. Prawo Bouguera-Lamberta-Beera stosuje
si

ę tylko do początkowego odcinka wykresu, który jest prostoliniowy i nazywa się

wykresem kalibracyjnym. Mo

żna z niego odczytać szukane stężenie roztworu po

zmierzeniu warto

ści jego absorbancji. W wykresie kalibracyjnym mogą zdarzać się

ujemne lub dodatnie odchylenia od prostoliniowej zale

żności. Odchylenia od prawa

Lamberta-Beera mog

ą być spowodowane zbyt wysokim stężeniem substancji, które

powoduje,

że jedne cząsteczki są „przesłaniane” przez inne, co daje efekt

zmniejszonego pochłaniania światła. Innymi przyczynami odchyleń od tego prawa

mog

ą być takie zjawiska, jak: dysocjacja lub asocjacja związków chemicznych, które

wpływają na ich własności optyczne. Metodą kolorymetryczną można oznaczać
ilo

ściowo substancje barwne, których stężenie w 1 ml roztworu jest rzędu kilkunastu

nanomoli.

2.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było przygotowanie i wykreślenie krzywej A(c), czyli zależności

absorbancji o

d stężenia czynnika w roztworze, wyznaczenie próbki, dla której

długości fali będzie jak największa oraz określenie stężenia Cr

6+

w trzech roztworach.

3.

Przebieg ćwiczenia.

Na początku ćwiczenia przygotowano roztwory wzorcowe. Trzy probówki z

odpowiednio 0,5; 3 i 7 ml badanego roztworu dopełniono wodą destylowaną do 10
ml, a następnie dodano po 1 ml difenylokarbazydu do każdej, zachowując
szczególną ostrożność, aby nie zanurzyć pipety w roztworze. Kolejnym etapem było
mierzenie długości fali światła absorbowanego dla substancji wzorcowych za pomocą
spektrofotometru. W wyniku pomiarów powstała krzywa Gaussa, z której odczytano λ
dla każdej substancji. Równolegle przygotowano roztwory o nieznanym stężeniu do
kolejnych badań. Do każdej z trzech wybranych przez nas zlewek (ZAD1, ZAD2,
ZAD3) o objętości 10ml dodano 1 ml difenylokarbazydu. Roztwór wlano do
próbników i umieszczono kolejno w spektrofotometrze. Postępując zgodnie z
instrukcją odczytano stężenia badanych substancji.

4. Obliczenia.

Obliczenia stechiometryczne

stężenia roztworów próbek wzorcowych 0,5; 3 i 7 ml:

1) 0,5 ml Cr

1ml

– 0,002 mg Cr

0,5ml

– X mg Cr

X = 0,5*0,002 = 0,001 mg Cr

10 ml

– 0,001 mg Cr

1000 ml

– c

1

Cr

c

1

= 1000*0,001/10 = 0,1 mg/l

2) 3 ml Cr

1ml

– 0,002 mg Cr

3 ml

– X mg Cr

X = 3*0,002 = 0,006 mg Cr

10 ml

– 0,006 mg Cr

1000 ml

– c

2

Cr

c

2

= 1000*0,006/10 = 0,6 mg/l

3) 7 ml Cr

1ml

– 0,002 mg Cr

7 ml

– X mg Cr

X = 7*0,002 = 0,014 mg Cr

10 ml

– 0,014 mg Cr

1000 ml

– c

3

Cr

c

3

= 1000*0,014/10 = 1,4 mg/l

5.

Wyniki i wnioski z przeprowadzonych badań laboratoryjnych.

Wyniki przedstawione

w tabeli są rezultatem obliczeń oraz odczytu wskazań

spektrofotometru:

Parametr

Symbol Jednostka

Roztwór

0,5 ml

Roztwór

3 ml

Roztwór

7ml

Stężenie Cr

c

mg/l

0,1

0,6

1,4

Absorbancja

Abs

-

0,105

0,735

1,699

Równanie krzywej:

c = a + bA + cA’ + dA

3

b = 0,8231; r

2

= 1

Na podstawie powyższej analizy przy użyciu spektrofotometru uzyskano największą
długość fali „λ” dla próbki z 3 ml roztworem Cr:

λ

max

= 543 nm

Absorbancja jest wprost proporcjonalna do stężęnia, dzięki czemu możliwe jest
określenie stężeń roztworów dysponując wartością absorbancji.

Na podstawie wypracowanej krzywej

określiliśmy stężenia czynnika we wcześniej

przygotowanych roztworach ZAD1, ZAD2 i ZAD3

przy użyciu spektrofotometru:

ZAD1

– 1,35 mg/l

ZAD2

– 0,04 mg/l

ZAD3

– 0,02 mg/l

Spektrofotometr pozwala z powodzeniem określić nieznane stężenia roztworów, w
określonym zakresie długości fali, mierząc absorbancję roztworów wzorcowych o
znanych stężeniach.

0

0,5

1

1,5

2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

A

b

sor

an

cja "

A

b

s"

Stężenie "c" [mg/l]

Zależność absorbancji od stężenia

A(c)