Контрольная работа по "Химии"

Количественные закономерности поглощения веществом электромагнитного излучения подчиняются закону Бугера-Ламберта:  
I = I010-kl (1),где I0 - интенсивность падающего потока излучения, / - интенсивность потока излучения, прошедшего через вещество; k - коэффициент поглощения (соответствует величине, обратной толщине поглощающего слоя, необходимой для ослабления интенсивности падающего излучения в 10 раз); / - толщина поглощающего слоя.

Логарифм отношения I0/! принято  называть оптической плотностью и обозначать символом D: D = Ig(IoZI).

Отношение UI0 называется коэффициентом  пропускания {T) и выражается обычно в %: T=IOOIZI0.

Коэффициент поглощения к, фигурирующий в формуле (1), связан с концентрацией поглощающего компонента С соотношением (закон Бера):  
к = еС, где С - молярная концентрация компонента, е ~ молярный коэффициент погашения (численно равен оптической плотности раствора с концентрацией 1 моль/л при толщине поглощающего слоя в 1 см). Объединенный закон

Бугера-Ламберта-Бера выражается уравнением:  
D = еС1.

Оптическая плотность прямо  пропорциональна концентрации вещества в растворе и толщине поглощающего слоя. Графически эта зависимость выражается прямой линией, называемой градуировочным графиком.

Поведение светопоглощающих систем подчиняется  закону Бугера-Ламберта-Бера лишь при  монохроматичности излучения и  отсутствии химических изменений в  поглощающей системе.

Прибор для измерения светопоглощения должен выполнять две основные задачи: 1) разложение полихроматического света й выделение нужного интервала длин волн, 2) измерение поглощения света веществом.  
Каждый абсорбционный прибор включает: источник излучения, устройство для выделения нужного интервала длин волн, кюветное отделение, детектор, индикатор сигнала.

В спектрофотометрии в качестве источника в основном используют лампы накаливания, испускающие непрерывное излучение. В ближней УФ, видимой и ближней ИК-областях - это вольфрамовые лампы, в УФ-области - водородные, дейтериевые, ксеноновые лампы. Для калибровки спектрофотометров используют ртутную лампу.

Светофильтры и монохроматоры  служат для выделения из потока излучения  достаточно узкого спектрального интервала. Каждый светофильтр характеризуется величиной X (в максимуме пропускания Тщах) и полушириной пропускания X2 - X1 при 1/2 Tmax. Чем меньше абсолютная величина полуширины пропускания, тем более узкий участок спектра можно выделить светофильтром. Цвет светофильтра обычно совпадает с участком выделяемого спектра.

Светофильтр для работы выбирают таким  образом, чтобы выделить область  спектра, которую наиболее полно поглощает анализируемое вещество. Для этого готовят два раствора исследуемого вещества с таким расчетом, чтобы концентрации их немного различались. Оба раствора фотометрируют с различными светофильтрами. Тот светофильтр, при котором разность в показаниях оптической плотности будет наибольшая, выбирают для дальнейшей работы.

Светофильтры не обеспечивают высокой монохроматизации излучения, что при измерении растворов с высокой концентрацией анализируемого вещества приводит к отклонению от линейной зависимости между величинами D и С (закона Бугера-Ламберта-Бера).

Использование прибора с монохроматором в большинстве случаев делает возможным количественное определение тех же растворов.  
Монохроматоры позволяют разложить непрерывное излучение на монохроматические составляющие при помощи призм или дифракционных решеток. Ширина выделяемого спектрального интервала зависит от конструкции прибора.  
Кюветы. В спектрофотометрии измеряют не абсолютное значение оптической плотности, а разность оптических плотностей исследуемого раствора и раствора сравнения. Кювету с исследуемым раствором называют рабочей, а с раствором сравнения - кюветой сравнения. Кюветы бывают различной формы и с различной шириной поглощающего слоя (от 0,2 до 100 мм). Точная ширина поглощающего слоя обозначена на рабочей грани кюветы. В приборе кювету располагают таким образом, чтобы ее рабочая грань была перпендикулярна направлению потока излучения.  
Для работы кювету выбирают следующим образом: в одну из кювет набора наливают раствор средней концентрации (из серии приготовленных анализируемых растворов) и измеряют его оптическую плотность с предварительно выбранным светофильтром. Кювету оставляют для работы, если измеренная оптическая плотность находится в пределе 0,3 - 0,5.  
Для фотометрирования растворов в видимой области спектра используют кюветы из шлифованного оптического стекла, для работы в ультрафиолетовой области - из шлифованного кварца.  
Детекторы. Для детектирования излучения применяют устройства, основанные на явлении фотоэффекта, - фотоэлементы. Для приема сигнала в видимой и УФ-областях обычно используют сурьмяно-цезиевый (180 - 650 нм) и кислородно-цезиевый (600 - 1100 нм) фотоэлементы, а также фотоумножители. Если интенсивность падающего потока невелика, фиксировать импульсы от отдельных фотонов можно с помощью специальных электронных устройств - счетчиков фотонов.

В качестве индикаторов сигнала используют гальванометры или миллиамперметры.

В зависимости от способа измерения  различают одно- и двух-  
лучевые приборы, от способа монохроматизации - фотоэлектроколориметры и спектрофотометры.

Фотоэлектроколориметры имеют  простую конструкцию, их чаще  
используют для выполнения серийных анализов.

Двухлучевые приборы. В этих приборах излучение от источника разделяется на два потока. Один проходит через анализируемый раствор, другой - через раствор сравнения. В приборе с двумя детекторами сигнал регистрируется компенсационным методом (световые потоки уравниваются путем изменения ширины щели (диафрагмы). Обычно изменяющаяся диафрагма связана с барабаном, на который нанесены соответствующие шкалы в единицах пропускания или оптической плотности. Примером таких приборов служат фотоэлектро-колориметры ФЭК-М, ФЭК-56.

В приборах с одним детектором используют попеременную (при помощи модулятора) подачу сигнала световых потоков, прошедших через рабочую кювету и кювету сравнения. Оба потока складываются, на один фотоэлемент попадает суммарный поток излучений. Сигнал регистрируется компенсационным методом. Подобную оптическую схему имеет фотоэлектроколориметр ФЭК-60.

Двухлучевые спектрофотометры устроены по тому же принципу, что и фотоэлектроколориметры, но схемы их более сложные. Детектирование всегда осуществляется одиночным детектором. Примером таких спектрофотометров служат СФ-10, СФ-14.

Однолучевые приборы. В этом типе приборов излучение от источника проходит только через рабочую кювету или  кювету сравнения поочередно. При прохождении светового потока через кювету сравнения возникший фототок (отклонение стрелки гальванометра) компенсируют изменением ширины щели. После этого на пути светового потока помещают рабочую кювету и вызванное изменение фототока компенсируют потенциометром, на шкале которого нанесены единицы пропускания или оптической плотности. По принципу однолучевой схемы работают колориметр фотоэлектрический однолучевой (КФО), колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2, спектроколориметр «Спекол», спектрофотометры СФ-4, CA-16, СФ-26, СФ-46 и др.

Фотоэлектроколориметр ФЭК-60. Прибор готовят к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

Проведение измерений.

1. Рукояткой устанавливают нужный светофильтр.

2.Перед началом измерений проверяют «электрический нуль»: при закрытых измерительной  и компенсационной  диафрагмах рукояткой потенциометра  устанавливают нуль на гальванометре.

3. Измерительный барабан  устанавливают  на деление 100 % пропускания.

4. В левый световой поток (от наблюдателя) помещают кювету сравнения, в правый - рабочую кювету.

5. Вращением компенсационного барабана 3 устанавливают стрелку гальванометра  на нуль. Затем нажимают кнопку  высокой чувствительности 7 и более  точно подводят стрелку к нулю.

6. В правый световой поток вместо рабочей кюветы помещают вторую кювету сравнения и приводят показания гальванометра к нулю с помощью измерительного барабана, по которому и отсчитывают величину оптической плотности или пропускания.

Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2.

Проведение измерений:

1. Рукояткой  устанавливают нужный  светофильтр. 

2. Применяя светофильтры с маркировкой  540 нм и менее, ручку  «Чувствительность» устанавливают в одно из положений, отмеченных черным цветом («1», «2», «3»). При использовании светофильтров с маркировкой 590 нм и более ручку «Чувствительность» устанавливают в одно из положений, отмеченных красным цветом.

3. В световой поток помещают  кювету сравнения, закрывают крышку  кюветного отделения и ручками  («100 грубо» и «Точно») устанавливают отсчет 100 по шкале . Затем поворотом ручки  кювету сравнения заменяют рабочей кюветой.

4. Снимают отсчет, соответствующий  коэффициенту пропускания анализируемого раствора. По стандартным растворам строят градуировочный график.  

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Рентгенофлуоресцентный  метод анализа: теория вопроса, приборы, использование результатов.

 

Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ (РФА) является физическим методом. В основе его лежат процессы возбуждения атомов вещества и возникновения флуоресцентных рентгеновских характеристических (вторичных) излучений под воздействием рентгеновского облучения (первичного излучения). Наличие характерных спектральных линий свидетельствует об элементном составе исследуемого образца. Интенсивность линий связана с уровнями содержания соответствующих элементов.

Приборы для рентгенофлуоресцентного  анализа, как правило, полностью  автоматизированы и обычно состоят из трех основных частей: физического блока, включающего рентгеновскую трубку и детектор возбужденного излучения; многоканального спектрометра и ЭВМ, которая управляет ходом анализа и обрабатывает данные.  
В физическом блоке прибора тормозное излучение (10-50 кВ) с антикатода рентгеновской трубки (из вольфрама или молибдена) попадает на поверхность анализируемого образца под строго постоянным углом. Вторичное излучение от образца регистрируется, преобразуется и обрабатывается.

По принципу диспергирования излучения, поступающего от образца, рентгенофлуоресцентные анализаторы делятся на две группы - волновые и энергодисперсионные.  
К первой группе относятся кристалл-спектрометрические приборы со сканирующими или фиксированными каналами для регистрации вторичного излучения. Примером может служить рентгеновский спектрометр отечественного производства «Спектроскан». Возникшее вторичное излучение исследуется в нем кристаллом-анализатором (из фторида лития или германия) и пропорциональным детектором, которые в процессе  
измерения перемещаются с помощью прецизионного гониометра.

 Каждому фиксированному положению  гониометра соответствует определенная длина волны излучения. Содержание элементов рассчитывается с помощью микропроцессора. Диапазон определяемых элементов - от кальция до урана.  
Ко второй группе приборов относятся анализаторы с полупроводниковым детектором. Детектор диспергирует по энергии одновременно все падающее Излучение и с помощью многоканального анализатора формирует спектр рентгеновской флуоресценции образца. Примером второй группы приборов может служить энергодисперсионный рентгено-флуоресцентный анализатор ТЕФА-6111 фирмы Ортек (США). Вторичное излучение поступает на полупроводниковый Si(Li) детектор, где преобразуется в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергии рентгеновских квантов. Импульсы измеряются и накапливаются в многоканальном анализаторе. Спектр образуется в результате накопления данных и представляет совокупность характеристических излучений элементов, содержащихся в образце. Диапазон определяемых элементов - от натрия до урана.  
Широкий диапазон проникающей способности рентгеновского первичного и вторичного излучения позволяют получить излучающие слои толщиной от целых до тысячных долей миллиметра. Элементы, содержащиеся в пробе, поглощают как первичное излучение - при проникновении его в образец-излучатель, так и вторичное - при выходе его из излучателя.

Взаимодействие первичного и вторичного излучения с веществом излучателя определяет зависимость интенсивности аналитических линий не только от содержания исследуемого элемента, но и от химического состава анализируемого образца. С этим связан основной недостаток метода - сильное влияние матрицы исследуемого образца на интенсивность линий вторичного рентгеновского спектра определяемых элементов.  
Основные преимущества РФА перед другими аналитическими методами заключаются в возможности' автоматизированного экспрессного одновременного определения большого числа химических элементов от натрия до урана в широком диапазоне их концентраций от 0,000л до п %, в недеструктивном характере метода, в высокой воспроизводимости определений как высокого, так и низкого содержания элементов.

Способы приготовления образцов-излучателей  различны, но все они сводятся к  получению однородного и представительного по химическому составу образца с минимальной неоднородностью и высоким качеством поверхности. В зависимости от условий анализа или методики определения используют толстые (насыщенные) или тонкие (ненасыщенные) излучающие слои пробы. Излучатели из порошков готовят обычно под большим давлением, в некоторых случаях вводят для прочности определенное количество связующего вещества (крахмал, полиэтилен и т.д.).