Ilościówka - spektrofotometria

Kolos:

1. Podział metod spektrofotometrycznych ze względu na zakres analitycznej długości fali.

2. Wyjaśnij, na czym polegają metody w ilościowych oznaczeniach spektrofotometrycznych:

a) krzywej wzorcowej: Krzywe wzorcowe w metodach spektrofotometrycznych wyznacza się albo w postaci krzywej wykładniczej T^-εlc lub linii prostej A=εlc. By zawrzeć na wykresie względną precyzję otrzymywaną przy różnych poziomach absorbancji oraz uwidocznić zakres, dla którego spełnione jest prawo Beera, wyznacza się krzywą Ringboma (krzywe zależności transmitacji od logarytmu stężenia analitu). Jeśli zakres stężeń jest dostatecznie duży, to zawsze otrzymujemy krzywą o kształcie litery S, o punkcie przegięcia przy transmitacji T=37% (jeśli układ spełnia prawo Beera). W znacznym zakresie stężeń krzywa ta ma zakres prostoliniowy stanowiący optymalny zakres stężeń dostępnych analizie fotometrycznej. Na podstawie nachylenia krzywej można ocenić precyzję analizy. Im nachylenie jest bardziej strome, tym czulsza jest metoda.

Użyteczny zakres stężeń może być rozszerzony w kierunku wyższych stężeń np. poprzez ilościowe rozcieńczenie próbki (nie za duże, ponieważ zbyt duże rozcieńczenie powoduje spadek precyzji pomiaru fotometrycznego).

b) dodatku wzorca: metoda ta pozwala na wykonanie pojedynczych analiz bez konieczności sporządzania krzywej wzorcowej oraz na oznaczenie badanej substancji z próbce złożonej, dzięki eliminacji błędów wynikających z niejednakowego składu próbki badanej i wzorca. Warunkiem uzyskania dokładnych wyników jest wykonanie analiz na prostoliniowym odcinku zależności absorbancji od stężenia analitu. W metodzie tej dwie porcje próbki przenoszone są do naczyń miarowych o jednakowej objętości. Jedna z tych porcji jest od razu rozcieńczana do kreski rozpuszczalnikiem, a druga dopiero po dodaniu do niej pewnej ilości wzorca o znanej objętości i stężeniu. Absorbancja każdej z tych próbek mierzona jest przy tej samej uprzednio wyznaczonej analitycznej długości fali. W przypadku, gdy istnieje liniowa zależność pomiędzy absorbancją a stężeniem prawdziwe są zależności:

$$A_{x} = k*\frac{V_{x}*c_{x}}{V_{T}}$$

$$A_{T} = k*\frac{V_{x}*c_{x} + V_{s}*c_{s}}{V_{T}}$$

gdzie A_x - absorbancja próbki

A_T - absorbancja próbki z dodatkiem

V_x, c_x - objętość i stężenie analitu

V_s, c_s - objętość i stężenie standardu

V_T - objętość sumaryczna

Po podzieleniu obu równań przez siebie otrzymujemy:

$$\frac{A_{x}}{A_{T}} = \frac{V_{x}*c_{x}}{V_{x}c_{x} + V_{s}c_{s}}$$

stąd: $c_{x} = \frac{A_{x}}{A_{T} - A_{x}}*\frac{V_{s}*c_{s}}{V_{x}}$

c) różnicowa: polega na wykonaniu pomiarów absorbancji roztworów oznaczanych względem odnośnika, którym jest roztwór substancji wzorcowej o stężeniu bliskim stężenia w próbce badanej. Takie postępowanie umożliwia zwiększenie precyzji pomiarów. Często przy oznaczaniu metodą różnicową stosuje się dwa roztwory odniesienia (o stężeniach odpowiednio nieco wyższym i nieco niższym od stężenia roztworu badanego) i używamy ich odpowiednio do nastawienia 0 i 100% transmitancji. Uzyskiwany w ten sposób wynik pomiaru jest najdokładniejszy.

3. Narysuj schemat blokowy dowolnego spektrofotometru oraz podaj funkcję jaką spełniają poszczególne elementy urządzenia.

Detektor promieniowania zamienia promieniowania świetlne na prąd elektryczny o niewielkim natężeniu. Jako detektory najczęściej stosuje się fotoogniwo lub fotokomórkę

4. Wymień rodzaje monochromatorów oraz wyjaśnij zasadę działania jednego z nich.

Monochromator - to urządzenie do wyboru żądanej długości fali. Wybór ten odbywa się w sposób ciągły w danym zakresie promieniowania.

Elementami rozszczepiającymi światło w monochromatorze są pryzmaty lub siatki dyfrakcyjne.

Wyróżniamy dwa typy monochromatorów: pryzmatyczne i siatkowe. Monochromatory pryzmatyczne zbudowane są z kryształów kwarcu. Ich działanie opiera się na wykorzystaniu zależności między wielkością kąta załamania światła na granicy dwóch ośrodków a długością fali światła padającego. Monochromatory siatkowe działają na zasadzie siatki dyfrakcyjnej. Najprostszą siatkę stanowi szereg szczelin umieszczonych w równych odległościach na nieprzezroczystym ekranie. Równoległa wiązka światła przepuszczona przez szczeliny takiego ekranu ulega rozdzieleniu we wszystkich kierunkach. Zjawisko to nazywa się dyfrakcją, czyli ugięciem prostoliniowego biegu promieni. Promienie te mogą się na siebie nakładać, czyli interferować i w efekcie część ich ulega wygaszeniu, a część wzmocnieniu.

5. Narysuj i opisz dowolny wykres zależności absorbancji od długości fali (przy c=const).