С.В. Мугинова - Методические указания к курсу аналитической химии (1110118), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Оба метода используютдля анализа жидких проб.2.2. Эмиссионная фотометрия пламениПринцип метода эмиссионной фотометрии пламенизаключается в следующем: с помощью сжатого воздухаанализируемый раствор вводят в атомизатор (пламя горелки) ввиде аэрозоля (рис. 2.2).В пламени вещество переходит в газообразное состояние,частично распадается на атомы, ионы, молекулы; происходитих возбуждение, а затем излучение энергии. Из направленногов спектральный прибор излучения светофильтром или другиммонохроматором выделяют излучение (линию) определяемогоэлемента.
Попадая на детектор, излучение преобразуется вфототок или напряжение, которое после усиления измеряютрегистрирующим прибором.38Рис. 2.2. Принципиальная схема пламенного фотометра: 1 –анализируемый раствор; 2 – распылитель; 3 – горелка; 4 –монохроматор; 5 – фотоэлемент (фотоумножитель); 6 –детектор (гальванометр).Интенсивность излучения атомами пропорциональна ихконцентрации в пламени, которая в свою очередьпропорциональнаконцентрацииионовврастворе.Определение основано на уравнении Ломакина-Шайбе:I = асb,(2.1)где а – коэффициент, учитывающий условия испарения ивозбуждения образца, с – концентрация элемента в пробе, b ⎯коэффициент самопоглощения: в области малых концентрацийсамопоглощение мало и b ≈ 1, с увеличением концентрацииатомного пара самопоглощение возрастает и 0≤b<1.Зависимостьмеждуинтенсивностьюизлученияиконцентрациейэлементаванализируемомраствореапроксимируется прямой линией в определенном для каждогоэлементадиапазонеконцентрацийприпостоянствекоэффициента а и b ≈ 1.Этот диапазон зависит от элемента, состава пробы,параметров прибора, типа пламени и определяетсяэкспериментально по растворам образцов сравнения.
Одним изтребований, предъявляемым к ним, – соответствие химическогосостава и физико-химических свойств составу и свойстваманализируемого раствора.39Неизвестныеконцентрацииэлементаопределяютпреимущественнометодамиградуировочногографика,ограничивающих растворов и добавок.Метод градуировочного графика. Из стандартныхрастворов определяемых элементов разбавлением готовятсерию образцов сравнения. Диапазон концентраций элементоввсерииустанавливают,исходяизпредполагаемыхконцентраций определяемых элементов в анализируемомобразце.
При одинаковых параметрах работы измерительногоприбора фотометрируют образцы сравнения и анализируемыйобразец. По результатам измерения для каждого элементастроят градуировочный график (рис. 2.3, а). По оси абсциссоткладывают концентрации элемента в образцах сравнения – c,мкг/мл, по оси ординат – показания измерительного прибора иопределяют концентрации элементов в анализируемомобразце.Метод ограничивающих растворов основан на сравненииинтенсивностей излучения линий определяемого элемента припоследовательном введении в пламя анализируемого раствораи двух образцов сравнения.
Предварительно по серии образцовсравнения устанавливают диапазон линейной зависимостипоказаний измерительного прибора от концентрации. Вустановленном диапазоне линейности выбирают образецсравнения с концентрацией определяемого элемента с1,меньшей, чем концентрация cx в анализируемом растворе иобразец сравнения с концентрацией элемента c2, большей, чемcx (c1<cx<c2). Два выбранных образца сравнения ианализируемый раствор фотометрируют при одинаковыхпараметрах работы измерительного прибора.Неизвестную концентрацию элемента вычисляют поформуле:cx = c1+(c 2 − c1 )(a x − a1 ),(a 2 − a1 )(2.2)где cx и ax – концентрация определяемого элемента ванализируемом растворе и соответствующее ей показаниеизмерительного прибора, c1, c2 – концентрации определяемогоэлемента в двух выбранных образцах сравнения и a1, a2 –показания измерительного прибора для них.40AAAxAxAxAx0аcxccx0Δc1Δc2ΔcбРис.
2.3. Определение концентрации вещества врастворе: а) методом градуировочного графика; б)методом добавок. А ⎯ показание прибора.Метод ограничивающих растворов широко используют припроведении экспрессного анализа большого числа проб. Приработевобластилинейнойзависимостивеличиныаналитического сигнала (показания прибора) от концентрацииопределяемого элемента данный метод позволяет получить неменее точные результаты, чем метод градуировочного графика.Метод добавок применяют при анализе образцовнеизвестного или сложного состава, когда возникаютзатруднения при приготовлении образцов сравнения. В этомметоде анализируемый раствор делят на три равные аликвоты.Ко второй и третьей аликвотам добавляют различныеизвестные количества стандартного раствора вещества.Количества добавляемого стандартного раствора подбирают стаким расчетом, чтобы концентрации вещества в трехаликвотах в результате добавок отвечали соотношению:cx: (cx +Δc1) : (cx+Δc2) ≈ 1:2:3,где cx − концентрация вещества в анализируемом растворе(аликвота анализируемого раствора без добавки), Δс1 и Δс2 –изменение концентрации вещества во второй и третьейаликвотах в результате добавок.Приготовленныерастворыфотометрируютипорезультатамизмеренийстроятграфикзависимостианалитического сигнала от изменения концентрации вещества врезультате добавок (рис.
2.3, б). Экстраполяцией графика нанулевое значение А находят концентрацию вещества ванализируемом растворе cx. Метод добавок применим только41при соблюдении линейной зависимости аналитического сигналаот концентрации определяемого элемента.Работа 1Определение концентрации натрия и калияпри совместном присутствии методомограничивающих растворовДля определения используют наиболее интенсивныерезонансные линии дуплета натрия 589,0 и 589,9 нм и калия767 нм.
В качестве меры селективности при определенииодного элемента в присутствии другого используют «факторспецифичности», который показывает, при каком соотношенииконцентраций мешающего элемента с2 и определяемого с1сигнал от мешающего будет равен сигналу от определяемогоэлемента: F= c2/c1.Для пламенного фотометра с интерференционнымисветофильтрами фактор специфичности составляет приопределении натрия в присутствии калия 2⋅102 ⎯ 8⋅103, приопределении калия в присутствии натрия ⎯ 5⋅102.Реагенты и аппаратураСтандартный раствор хлорида натрия, содержащий 50мкг/мл натрия.Стандартный раствор хлорида калия, содержащий 50мкг/мл калия.Фотометр пламенный автоматический ФПА-2.Выполнение определения.
Лаборант практикума включаетпламенный фотометр в сеть; по истечении 25-30 минустанавливаетоптимальныепараметрыработыегораспылительной системы: давление воздуха 0,004 МПа (0,4кгс/см2) и расход газа в пределах 3-10 делений по шкалеротаметра; проверяет готовность пламенного фотометра кработе.Студенты готовят в четырех мерных колбах емкостью 50,0мл образцы сравнения, содержащие смеси хлоридов натрия икалия с концентрациями 5, 10, 15, 20 мкг/мл каждого элемента,посредством разбавления их стандартных растворов. В пятуюмерную колбу преподаватель наливает анализируемый42раствор. Содержимое пяти мерных колб разбавляют до меткидистиллированной водой, тщательно перемешивают.По образцу сравнения с максимальными концентрацияминатрия и калия в автоматическом режиме выбираюткоэффициенты усиления отдельно для натрия и калия.При выбранных коэффициентах усиления фотометрируютлинии натрия и калия в четырех образцах сравнения в режиме"прямого отсчета".
В этом режиме на цифровое электронноетабло непосредственно выводится величина аналитическогосигнала – напряжение, V, мВ. По нескольким устойчивымпоказаниям V рассчитывают средние значения, строятградуировочные графики для определения натрия и калия,откладывая по оси абсцисс концентрации с, мкг/мл натрия икалия в образцах сравнения, по оси ординат – соответствующиесредние значения величины V, мВ и устанавливают диапазонлинейной зависимости показаний измерительного прибора отконцентрации определяемых элементов. Далее фотометрируютлинии натрия и калия в анализируемом растворе в тех жеусловиях, что и образцы сравнения.Распылитель и горелку промывают дистиллированнойводой.Из серии образцов сравнения выбирают два раствора,между величинами напряжения, V, мВ (при фотометрированиинатрия и калия) которых находятся величины напряжения, V,мВ натрия и калия анализируемого раствора.Два выбранных образца сравнения и анализируемыйраствор фотометрируют в одинаковых условиях, по устойчивымпоказаниям электронного табло рассчитывают средниевеличины V, мВ полученных отсчетов.
Неизвестныеконцентрации натрия и калия рассчитывают по формуле 2.2.1.В лабораторный журнал следует записать: а) названиеметода и работы; б) название прибора, состав газа, давлениегаза и воздуха, длины волн (нм) линий определяемыхэлементов, коэффициенты усиления сигнала для каждогоэлемента; в) величины концентраций и объемов стандартныхрастворов определяемых элементов, используемых приприготовленииобразцовсравнения;г)концентрацииопределяемых элементов в образцах сравнения; д) результатыфотометрирования; е) результаты определения элементов,полученные графическим и расчетным методом.43V Вопросы для самоконтроля1. Что такое спектр испускания и поглощения? Каковаприрода спектров атомов и молекул?2.
Перечислите характеристики спектральных линий, какиеиз них используют в качественном и количественномэмиссионном спектральном анализе? Какие спектральныелинии называют резонансными?3. На чем основан метод эмиссионной фотометриипламени? Перечислите основные узлы пламенноионизационной установки.4. Дайте характеристику пламени как источника атомизациии возбуждения. Приведите общую схему процессов,происходящих в пламени. Какие процессы в пламениопределяют концентрацию атомов в нем?5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
