Spektrofotometria

Dział fotometrii obejmujący:

a) pomiary natężenia linii widmowych widm różnych substancji,

b) wyznaczanie krzywych absorpcji lub transmisji (przepuszczania) charakterystycznych dla substancji (jakościowa, i ilościowa analiza związków org., por. prawo Lamberta i Beera) oraz krzywych absorpcji filtrów świetlnych.

Jako metoda analityczna s. obiektywna (z komórką fotoelektryczną lub termoogniwem jako detektorem promieniowania) w zakresie podczerwień – promieniowanie widzialne (por. kolorymetria) – nadfiolet ma duże znaczenie. Krzywa zależności współczynnika ekstynkcji molarnej od długości fali charakteryzuje substancje, a wielkość absorpcji dla danej długości fali – jej stężenie. Przyrządami stosowanymi w s. są tzw. spektrofotometry, składające się ze źródła promieniowania, układu pochłaniającego (badanego i porównawczego), → monochromatora, detektorów promieniowania i urządzenia elektrycznego wzmacniającego i rejestrującego (lub pozwalające na in. formę odczytania wskazań detektora promieniowania).

Spektrofotometr

1. W analizie absorpcyjnej spektralnej aparat do pomiaru przepuszczalności lub wartości absorpcji promieniowania przy określonej dł. Fali. Ze względu na zakres pomiaru rozróżnia się:

a) Spektrofotometry na nadfiolet (za pomocą których po zmianie źródła promieniowania można prowadzić pomiary w świetle widzialnym) (a). wiązka promieniowania ze źródła 1, po odbiciu od zwierciadeł 2, 3, 4, rozczepia się w pryzmacie 5, zostaje zawrócona zwierciadłem 6 i po odbiciu od zwierciadła 4, przechodzi przez kiuwetę kuwetę próbką lub odnośnikiem (7, 7’) i pada na fotokomórkę 8. Układ opt. Wykonany jest z kwarcu.

Zamiast pryzmatu bywa stos. siatka dyfrakcyjna.

W zależności od sposobu pomiaru prądu fotokomórki rozróżnia się

s. z ręcznym nastawianiem dł. fali promieniowania (przez odpowiednie ustawienie pryzmatu lub siatki dyfrakcyjnej) i każdorazowym kompensacyjnym pomiarem prądu fotokomórki za pomocą potencjometru wyskalowanego wyskalowanego w jednostkach przepuszczalności lub wartości absorpcji oraz s. z automatyczną rejestracji krzywej absorpcji.

b) Spektrofotometry na światło widzialne zbudowane są wg ideowego schematu odpowiadającego s. na nadfiolet. Układ opt. wykonany jest ze szkła.

c) Spektrofotometry na podczerwień budowane są jako tzw. jednowiązkowe wg schematu ogólnego podobnego do opisanego powyżej, albo jak tzw. dwuwiązkowe (b), eliminując od razu z krzywej absorpcji absorpcję odnośnika oraz składników powietrza, przez które przebiega wiązka promieniowania. Wiązka promieniowania ze źródła 1, po odbiciu od zwierciadła 2, pada na dwa zwierciadła umieszczone nad sobą 3, 3’ i zostaje rozdzielona na dwie wiązki biegnące dalej równolegle jedna nad druga. Wiązki przechodzą odpowiednio przez kuwety z próbką i odnośnikiem 4, 4’ i po odbiciu od zwierciadła (5, 5’ i 6, 6’) ogniskują się w szczelinie 7. dalej odbijają się od zwierciadła 8, 8’ i 9, 9’, zostają rozszczepione i zawrócone w pryzmacie 10 i po odbiciu od zwierciadeł 9, 9’, przejściu przez szczelinę 7’ zostają za pomocą zwierciadła 11, 11’ zogniskowane na końcach podwójnej termopary 12, 12’. Zależne od badanego zakresu podczerwieni pryzmat wykonywany jest z monokryształu NaCl, KCl, KBr, LiJ i in. różnica prądów termopar rejestrowana jest automatycznie w sposób ciągły w postaci krzywej absorpcji.

Prawa absorpcji.

I Prawo absorpcji (prawo Lamberta)

Wiązka promieniowania monochromatycznego po przejściu przez jednorodny ośrodek absorbujący o grubości b ulega osłabieniu wg równania:

I = I0 ∙ e –kb

w którym I0 oznacza natężenie wiązki promieniowania monochromatycznego padającego na jednorodny ośrodek absorbujący, I – natężenie promieniowania po przejściu przez ośrodek absorbujący, b – grubość warstwy absorbującej, k – współczynnik absorpcji, e – podstawę logarytmów naturalnych.

I prawo absorpcji można zatem sformułować w sposób następujący:

Absorpcja jest proporcjonalna do grubości warstwy absorpcyjnej, jeśli wiązka promieniowania monochromatycznego przechodzi przez jednorodny ośrodek absorbujący.

II Prawo absorpcji (prawo Lamberta – Beera)

Prawo to dotyczy absorpcji promieniowania przez roztwór i można je sformułować w następujący sposób: jeśli współczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest równy zeru, to wiązka promieniowania monochromatycznego, po przejściu przez jednorodny roztwór substancji absorbującej o stężeniu c, ulega osłabieniu według równania:

I – I0 ∙ e kbc

Prawo to można sformułować w sposób następujący: Jeżeli współczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest równy zeru, to absorbancja wiązki promieniowania monochromatycznego przechodzącej przez jednorodny roztwór jest wprost proporcjonalny do stężenia roztworu c i do grubości warstwy absorbującej b.

III Prawo absorpcji (prawo addytywności absorpcji)

Absorpcja roztworu wieloskładnikowego równa się sumie absorbancji poszczególnych składników:

A = A1 + A2 + … An

Gdzie: A1, A2, …, An są to absorbancje poszczególnych składników. W równaniu:

A = a c b

wielkość a jest właściwym współczynnikiem absorpcji, gdy stężenie wyrażamy w kg ∙ dm -3 lub g ∙ cm -3. Natomiast, gdy stężenie c wyrażamy w mol ∙ dm -3, równanie to przybiera postać:

A = ε c b

Gdzie ε jest to molowy współczynnik absorpcji, a jego wymiar podawany jest dwojako:

[dm3 ∙ mol -1].

Schemat Budowy Spektrofotmetru:

Miedź

Miedź może dostawać się do ścieków miejskich ze ściekami przemysłowymi pochodzącymi np: z galwanizerni, z zakładów przemysłów barwników, włókien sztucznych itd. W ściekach występuje ona w postaci związków nieorganicznych i organicznych. Związki miedzi mają właściwości toksyczne. Do najbardziej niebezpiecznych zaliczany jest siarczan(VI)Miedzi(II), oraz węglany i octany. Związki miedzy z powodu silnie toksycznego działania wpływają nie korzystnie na różne organizmy żywe żyjące w wodzie(ryby i glony) . W wodach podziemnych miedź występuje bardzo rzadko, ale niewielkie ilości mogą się pojawić w wodach pochodzących z terenów bagiennych i torfowych. Miedź możemy oznaczyć wieloma metodami. Niezależnie od metody próbkę ścieków należy zmineralizować w celu rozłożenia organicznych związków miedzi i wyeliminowania czynników przeszkadzających w oznaczeniu.

II Wykonanie ćwczenia:

Cel ćwiczenia: celem ćwiczenia jest ilościowe oznaczenie jonów Cu²⁺ w postaci siarczanu (VI) metodą spektrofotometryczną. Oznaczenie oparte jest na reakcji barwnej z kurpyzonem.

Odczynniki:

-badany roztwór miedzi

-zestaw odczynników do oznaczania miedzi za pomocą spektrofotometru Nanocolor, skład zestawu: odczynnik R1, R2

-spektrofotometr Nanocolor

-pipeta 20 cm³ oraz 5cm³

-dwie kolbki miarowe 25cm³

-kuwety 50mm

-zlewka 50 cm³

-papierek lakmusowy

Przebieg ćwiczenia

Do dwóch kolbek miarowych o pojemności 25 cm³ dodawać kolejno: DO pierwszej kolbki 20 cm³ roztworu roboczego, 2 cm³ odczynnika R1, wymieszać. Za pomocą papierka lakmusowego sprawdzić wartość pH, która musi wynosić od 8,5-9,5( w przeciwnym wypadku należy dodać więcej odczynnika R1), 2 cm³ odczynnika R2-wymieszać, następnie uzupełnić wodą destylowaną do kreski. Do drugiej kolbki 20 cm³ roztworu roboczego a następnie uzupełnić wodą destylowana do kreski. Otrzymujemy wtedy tak zwaną próbę ślepą. Odczekać 15 minut, po tym czasie przelać roztwory do kuwet pomiarowych i wykonać na spektrofotometrze postępując zgodnie z instrukcją. Z podstawowego roztworu wzorcowego przygotować serię roztworów wzorcowych zgodnie z tabelą .Pomiary wpisać do tabeli i następnie opracować wyniki.

III Przedstawienie i opracowanie wyników

1. Wykres zależności stężenia roztworu do ekstencji:

2. Tabela

3. Obliczenia:

Błąd względny= (7,7-7,7)*100%=0%

Błąd bezwzględny=$\frac{7,7 - 7,7}{7,7} = 0$

IV Wnioski:

Wraz ze wzrostem stężeń roztworów wzorcowych absorpcja zwiększała się. Wykres przedstawia, że pierwsze trzy pomiary są bardzo zbliżone do siebie. Później następuje większa różnica, która w następnych pomiarach również staje się podobna i stabilizuje się. Wartość naszego C_x wyniosła 7,7 , a wartość E_x = 1,579.