3.1.1.3. Анализ смеси окрашенных веществ

Оптическая плотность смеси, содержащей ограниченное число компонентов, не взаимодействующих друг с другом, равна сумме плот- ностей компонентов смеси

iiii n21 d...ddD , (3.15)

где iii

Cd i l ,

ii – молярный коэффициент поглощения вещества i при

длине волны λi. В результате получают систему уравнений:

nn2211

nn2211

nn2211

lC...lClCD

lC...lClCD

lC...lClCD

nnnn

2222

111I

. (3.16)

Решая эту систему уравнений, находят C1, C2, …Cn. Рассмотрим варианты решения этой системы уравнений. 1. Кривые поглощения обоих веществ накладываются друг на

друга по всему спектру. Пример: определить совместно содержание кобальта и никеля с

помощью диэтилдитиокарбамината натрия. Концентрации C1 и C2 нахо- дят

lClСD

lClСD

2211

2211

222

211

. (3.17)

Решая систему, получим:

2121

2

1

1

2

2121

2

1

1

2

1221

11

2

1221

22

1

l D

l D

С

l D

l D

С

. (3.18)

37

Чтобы относительная ошибка CC была наименьшей, значения

1 D и

2 D должны лежать в интервале 0,2–1, а отношения

11 21

и

22 12

должны быть максимальными. 2. Кривые поглощения обоих веществ реактива накладываются

друг на друга по всему спектру, но нет участка длин волн, где поглоще- ние одного компонента значительно отличается от поглощения сопут- ствующих компонентов и реактивов.

Выбирают участок, где 21

DD или 21 для мешающих ком-

понентов была минимальной, а для определяемого элемента – достаточ- но большой

1111 ll

21 111

CCDD 21

. (3.19)

3. Кривые поглощения обоих веществ накладываются, но имеет- ся участок спектра, где светопоглощением одного из них можно прене- бречь

21

2

1

1

2

21

22

1

DD

С ll ; l

2

2

2 2

D C . (3.20)

4. Кривые поглощения не накладываются

l 1

1

1 1

D С и

l 2

2

2 2

D С . (3.21)

3.1.1.4. Аппаратура, используемая в анализе

Большинство фотометров имеет набор из 10–15 светофильтров и представляет собой двухлучевые приборы, в которых пучок света от ис- точника излучения проходит через светофильтр и делитель светового потока (обычно призму), который делит пучок на два, направляемые че- рез кюветы с исследуемым раствором и с раствором сравнения. После кювет параллельные световые пучки проходят через калиброванные ослабители (диафрагмы), предназначенные для уравнивания интенсив- ностей световых потоков, и попадают на два приемника излучения (фо- тоэлементы либо термопары, болометры, различные модели оптико- акустических приборов и пироэлектрические детекторы), подключен- ные по дифференциальной схеме к нуль-индикатору (гальванометр, ин- дикаторная лампа).

38

В любой фотометрической аппаратуре различаются следующие ос- новные узлы: источник света; монохроматизатор света; кюветы; узел определения интенсивности света (рис. 3.5).

Узел источника света состоит из собственного источника света, стабилизатора напряжения и в некоторых случаях контрольных прибо- ров – амперметра и вольтметра для контроля постоянства силы тока и напряжения. В качестве источников света в зависимости от используе- мой области спектра применяют: для получения света далѐкой ультра- фиолетовой области 220–230 нм используют водородную лампу; лампу накаливания для области близкого ультрафиолета и видимой части спектра 320–800 нм; для получения света видимой области спектра применяют обычные лампы накаливания; для получения света инфра- красной области спектра применяют глобар-стержень из карбида крем- ния или штифт Нернста – стержень из смеси окислов редкоземельных элементов.

Узел кювет наименее сложный по устройству. Кюветы должны быть изготовлены из материала, хорошо пропускающего лучи света, ин- тенсивность которых измеряется. Для лучей видимой области спектра – это стекло, для ультрафиолетовых лучей – кварц. При работе с инфра- красными лучами применяют кюветы со стенками из плавленого хлори- да серебра, часто вместо растворов исследуемых веществ применяют таблетки из этих веществ с бромидом калия.

Фотометр фотоэлектрический (фотоэлектроколориметр) КФК-3 (рис. 3.6) предназначен для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности прозрачных растворов, а также для измерения скорости изменения оптической плотности вещества и определения концентрации вещества в растворах.

С помощью колориметра измеряются также коэффициенты про- пускания рассеивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в проходящем свете.

Компактный быстродействующий спектрофотометр типа СФ-2000 (рис. 3.7) для жидких и твердых прозрачных образцов, управляемый IВМ-совместимым компьютером. С его помощью можно производить: анализы индивидуальных веществ и многокомпонентных систем; опре- деление концентрации аналитов в биологических жидкостях; контроль содержания неорганических соединений в воде; контроль воздуха рабо- чей зоны; контроль содержания химических веществ в почве; контроль пищевых продуктов.

39

Рис. 3.5. Оптическая схема фотоэлектри-

ческого колориметра: 1 – источник света, 2 – светофильтр,

3 – призма, 4 – кюветы, 5 – измерительная диафрагма, 6 – фотоэлементы

Рис. 3.6. Фотоколори- метр КФК-3

Использование многоэлементных приемников на базе ПЗС-линеек позволило реализовать мгновенную, высокостабильную, качественную регистрацию спектров от УФ до ИК области спектра. Прибор работает под управлением ЭВМ типа IBM PC, информация выводится на мони- тор и печатающее устройство. Оптическая схема прибора не имеет по- движных элементов, что повышает метрологические характеристики, ускоряет и улучшает процесс измерений.

Рис. 3.7. Спектрофотометр СФ-2000

Недостаток приборов – отсутствие монохроматора, что приводит к потере селективности измерений. Достоинства фотометров – простота конструкции и высокая чувствительность благодаря большой светосиле. Измеряемый диапазон оптической плотности составляет приблизитель- но 0,05–3,0, что позволяет определять элементы и их соединения в ши- роком интервале – от 10

-6 до 50 % по массе. Для дополнительного по-

вышения чувствительности и селективности определений существенное значение имеют подбор реагентов, образующих интенсивно окрашен-

4

·

1 2

3

5

5

6

6

40

ные комплексные соединения с определяемыми веществами, выбор со- става растворов и условий измерений.