105794

Aparatura pomiarowa

Przyrządy do pomiarów spektrofotometrycznych składają się na ogół ze źródła promieniowania, monochromatora, przesłony do regulacji natężenia promieniowania, kuwety z próbką, detektora promieniowania oraz urządzenia pomiarowego lub rejestmjącega W przypadku aparatów do pomiaru w nadfiolecie układ optyczny szklany jest zastępowany kwarcowym, który nadaje się także do pomiarów w świetle widzialnym. Prosty przyrząd służący do wizualnych obserwacji zmiany zabarwienia lub do pomiarów adsorpcji za pomocą urcądzenia fotoelektrycznego nosi nazwę kolorymetni lub fotokoloiymetru. W prostych urządzeniach światło monochromatyczne uzyskuje się za pomocą filtru szklanego, który przepuszcza stosunkowo szeroką wiązkę promieniowania, co powoduje mniejszą dokładność pomiaru. Przyrządy bardziej precyzyjne są wyposażone w układ rozszczepiający widmo (pryzmat lub siatkę dyfrakcyjną), służący do wydzielania bardzo wąskiej wiązki światła monochromatycznego. Mają one nazwę speknofotometrów. Rozróżnia się spektrofotometry jedno- i dwuwiązkowe.

Przyrządy jednowiązkowe są znacznie prostsze, lecz mniej dokładne. W bieg wiązki promieniowania wstawia się najpierw odnośnik a następnie badaną próbkę. W spektrofotometrach dwuwiązkowych jedno źródło światła rozdziela się na dwie wiązki. Jedna z nich przechodzi przez odnośnik, a druga przez badaną próbkę.

Jako źródło promieniowania stosuje się lampy wolframowe, wytwarzające promieniowanie w zakresie 350 - 2500 nm lub lampy wolframowo-jodowe. W zakresie nadfioletu jest stosowana zwykle wysokociśnieniowa lampa wodorowa lub deuterowa, emitująca promieniowanie w zakresie 180 - 380 nm

Natężenie promieniowania przechodzącego przez roztwór mierzy się różnego typu detektorami. Najczęściej jako detektory stosuje się fotoogniwa, fotokomórki lub rzadziej fotopowielacze.

Fotoogniwa składają się z płytki metalowej (np. Fe), warctwy półprzewodnika (selen lub denek miedzi) i cienkiej, przepuszczającej świado warstwy metalu (np. srebro, ołów, złoto). Światło, padając na warstwę półprzewodnika, powoduje wytworzenie się różnicy potencjałów między warstwą półprzewodnika a płytką metalową tworząc ogiuwo. Jeżeli ogniwo połączymy z galwanometrem, to w obwodzie będzie płynąć prąd o natężeniu proporcjonalnym do natężenia padającego promieniowania.

Fotokomórki składają się z dwóch metalowych elektrod w bańce szklanej pozbawionej powietrza. Katoda w postaci blaszki metalowej jest pokryta materiałem zdolnym do emitowania elektronów pod wpływem padającego promieniowania. Elektrony dążą do anody i w obwodzie płynie prąd, którego natężenie można zmierzyć galwanometrem.

Podstawową częścią fotopowielacza jest także fotokatoda. Elektrony emitowane z mej pod wpływem padającego promieniowania padają na zestaw wtórnych elektrod (dynod. emiterów), gdzie są przyspieszone i w wyniku wtórnej emisji ich liczba do emitera wykładniczo rośnie.

Metody pomiaru w świetle widzialnym

W spektrometrycznej analizie wody wykorzystuje się najczęściej metodę krzywej wzorcowej. Inne techniki, jak spektrofotometria różnicowa i miareczkowanie spektrofotometryczne, w analizie wody są stosowane bardzo rzadko.

W metodzie krzywej wzorcowej wykonuje się najpierw kilka roztworów wzorcowych zawierającycli oznaczane substancje o znanych dokładnie stężeniach. Zgodnie z metodą analityczną prowadzi się reakcję w celu wywołania zabarwienia. Sposób postępowania z badanymi próbkami i roztworami wzorcowymi jest taki sam. Następnie mierzy się absorbancję zabarwionych roztworów wzorcowych. Z uzyskanych wyników wykreśla się krzywą wzorcową (stężenie-absorbancja). Mierząc absorbancję zabarwionych próbek, uprzednio przygotowanych w identyczny sposób jak wzorce,odczytujemy na krzywej wzorcowej stężenie oznaczanej substancji.

Wykonanie ćwiczenia

Roztwór wzorcowy o stężeniu 1 mg ml rozcieńczamy stukrotnie w kolbie miarowej otrzymując roztwór roboczy o stężeniu 0,01 mg/ml. Do pięciu kolbek o poj. 50 ml pobieramy odpowiednio 0, 2, 5, 10, 15 ml roztworu roboczego. Do szóstej kolbki pobieramy 10 ml wody wodociągowej. Następnie do każdej kolbki dodajemy kolejno identyczne ilości następujących odczynników:

-    2 ml 2 % CaCb

5 ml 0,05 % żółcieni tytanowej

-    5 ml 0,5 % żelatyny

delikatnie mieszając miareczkujemy 1 moll NaOH do zmiany barwy (od 3-10 kropel)

5 ml 1 mol/1 NaOH

Uzupełniamy wodą destylowaną do ok 35 ml, dokładnie mieszamy i dopełniamy do kreski. Otrzymane roztwory pozostawiamy na 15 min.

Prowadzimy pomiar przy długości fali X = 545 nm.

Do pierwszej kuwety wlewamy tzw. ślepą próbę, czyli roztwór pozbawiony jonów magnezowych. Ustawiamy spektrofotometr w ten sposób, aby dla ślepej próby wskazywał zerową absorbancję. Do drugiej kuwety wlewamy kolejno roztwoty wzorcowe odczymjąc ich absorbancję. powtarcając każdy pomiar trzykromie. Tworzymy w ten sposób krzywą wzorcową.