Оптические методы анализа

Август 12, 2022

Главная
Физика
Оптические методы анализа

Содержание

2. План занятия Характеристики электромагнитного излучения; Классификация методов оптического анализа; Основы абсорбционной спектроскопии. Закон Бугера-Ламберта-Бера; Применение спектрофотометрии
3. Характеристики электромагнитного излучения Частота, υ, [Гц; 1 Гц = 1с-1] - число колебаний в секунду. Зависит
4. Классификация спектроскопических методов Совокупность всех энергий (длин волн, частот) электромагнитного излучения называется электромагнитным спектром. Оптические методы
5. Классификация по виду используемого излучения Е внут. электронов Рентгеновская спектроскопия Ядерные реакции Нейтронно-активационный анализ ∑Е внеш.
6. Классификация по характеру взаимодействия ЭМИ с веществом ΔЕ = Ек – Ен ΔЕ – изменение энергии
7. Классификация по виду частиц, взаимодействующих с ЭМИ Атомные Линейчатые спектры: набор дискретных спектральных линий Молекулярные Широкие
8. Основной закон светопоглощения Пропускание (T) I – интенсивность света, прошедшего через раствор I0 – интенсивность падающего
9. Основной закон светопоглощения К (коэффициент экстинкции, поглощения) – специфическая физическая константа для каждого вещества, зависит от
10. Задача 3. Оптическая плотность стандартного вещества (М.м. = 289 г/моль) с концентрацией 2∙10-4 моль/л в кювете
11. Условия выполнения закона Бугера-Ламберта-Бера и причины отклонений Только для монохроматического излучения; Светопоглощающими частицами должны быть частицы
12. Закон аддитивности оптических плотностей Если в растворе присутствуют несколько соединений, поглощающих излучение одной и той же
13. Задача 9. При фотоколориметрическом определении Fe3+ c сульфосалициловой кислотой приготовили ряд стандартных растворов разведением стандартного раствора
14. Метод сравнения
15. Метод добавок Метод молярного(удельного) коэффициента поглощения (только для спектрофотометрии) По закону Бугера-Ламберта-Бера Задача 12. Определите содержание
16. Задачи для решения: 1. Выразите оптическую плотность в процентах пропускания: а)0,054; б)0,801; в)0,521; г)0,205. Ответ: а)88,3%;
17. 6. Для построения градуировочного графика в мерные колбы вместимостью 50 мл поместили 2, 3, 4, 5,
18. 9. Навеску анилина массой 0.2 г растворяют в 500 мл очищенной воды. К аликвоте 25 мл
19. Справочный раздел
21. Скачать презентацию

Слайд 2

План занятия
Характеристики электромагнитного излучения;
Классификация методов оптического анализа;
Основы абсорбционной спектроскопии. Закон Бугера-Ламберта-Бера;
Применение

спектрофотометрии в количественном определении различных веществ, в том числе и лекарственных препаратов.

Слайд 3

Характеристики электромагнитного излучения
Частота, υ, [Гц; 1 Гц = 1с-1] - число

колебаний в секунду. Зависит от источника излучения и не зависит от свойств среды.

Длина волны, λ, [м] – расстояние, которое проходит волна за один период колебания. Зависит от природы среды, температуры, давления.

Волновое число, ū, [см-1] - число волн в единицу длины (см) в вакууме.

Чем больше длина волны (меньше частота колебаний), тем меньше энергия.

Слайд 4

Классификация спектроскопических методов
Совокупность всех энергий (длин волн, частот) электромагнитного излучения называется

электромагнитным спектром.

Оптические методы анализа классифицируются:
По виду используемого излучения;
По характеру взаимодействия ЭМИ с веществом;
По виду частиц, взаимодействующих с ЭМИ.

Слайд 5

Классификация по виду используемого излучения
Е внут. электронов
Рентгеновская спектроскопия
Ядерные реакции
Нейтронно-активационный анализ
∑Е

внеш.
Электронов
Спектроскопия в УФ и видимой областях

Изменение колеб. Состояния молекулы
ИК-спектроскопия

Ядерно-спиновые переходы
Ядерно-магнитный резонанс

Изменение вращ. Состояния молекулы
Микроволновая микроскопия

Слайд 6

Классификация по характеру взаимодействия ЭМИ с веществом
ΔЕ = Ек – Ен

ΔЕ – изменение энергии системы;
Ек и Ен – энергия системы в конечном и начальном состояниях

ΔЕ > 0 поглощение энергии ΔЕ < 0 излучение энергии

Абсорбционные

Эмиссионные

Слайд 7

Классификация по виду частиц, взаимодействующих с ЭМИ
Атомные
Линейчатые спектры: набор дискретных спектральных

линий

Молекулярные
Широкие полосы поглощения как результат изменения энергии колебательной и вращательной
Е = Еэ + Екол+Квращ

Слайд 8

Основной закон светопоглощения

Пропускание (T)
I – интенсивность света, прошедшего через раствор
I0 –

интенсивность падающего света

Поглощение, оптическая плотность (А)

Задача 1. Оптическая плотность раствора при некоторой длине волны равна А = 0,562. Рассчитайте пропускание Т того же раствора в процентах.
Задача 2. Чему равна оптическая плотность раствора, если пропускание при некоторой длине волны равно 22,2%

Слайд 9

Основной закон светопоглощения

К (коэффициент экстинкции, поглощения) – специфическая физическая константа для

каждого вещества, зависит от природы вещества, растворителя, температуры, длины волны и не зависит от концентрации, толщины поглощающего слоя

Слайд 10

Задача 3. Оптическая плотность стандартного вещества (М.м. = 289 г/моль) с

концентрацией 2∙10-4 моль/л в кювете с толщиной слоя = 10 мм равна 0,392. Рассчитайте величины молярного и удельного коэффициента поглощения.
Задача 4. Оптическая плотность стандартного раствора рибофлафина с содержанием 3.75·10-2 мг/мл при толщине кюветы 10 мм составляет 0.486. Чему равен молярный коэффициент поглощения рибофлавина? М = 376 г/моль.
Задача 5. Пропускание водного раствора с содержанием вещества 3.75 мг в 100 мл, измеренное в кювете с l = 1 см при 480 нм, составляет 54.5%. Рассчитайте удельный коэффициент поглощения этого вещества.
Задача 6. Молярный коэффициент поглощения дитизонового комплекса Pb(II) при λ = 485 нм равен 6,8·104л/моль·см, Чему равна оптическая плотность раствора, содержащего 3 мкг PbO2 в 5,00см3 , если измерения проводили в кювете с l = 10 мм.
Задача 7. Найдите оптимальную толщину слоя (толщину кюветы) для фотометрирования комплекса железа с молярным коэффициентом поглощения 4∙103 л/моль·см в растворе, содержащем 2,00 мг железа в 500,0 см3 раствора. Оптимальное значение оптической плотности А = 0,430.

Слайд 11

Условия выполнения закона Бугера-Ламберта-Бера и причины отклонений
Только для монохроматического излучения;
Светопоглощающими частицами

должны быть частицы одного вида – отсутствие побочных процессов;
Для низкоконцентрированных растворов;
Постоянная температура определений.

Слайд 12

Закон аддитивности оптических плотностей
Если в растворе присутствуют несколько соединений, поглощающих излучение

одной и той же длины волны, оптическая плотность равна сумме оптических плотностей каждого соединения.
А = А1+ А2+….Аn = ε1lC1 + ε2lC2+…+ εnlCn
Задача 8. Навеску растертых таблеток массой 0,1000 г, содержащих амидопирин и кофеин, растворили в серной кислоте и получили объем 100 мл. Аликвоту 2 мл данного раствора разбавили в мерной колбе на 100 мл. Измерили оптическую плотность полученного раствора в кювете с l=1 см при двух длинах волн: λ1 = 255 нм, λ2 = 272 нм: А1 = 0,646 и А2 = 0,430.
Используя закон аддитивности оптических плотностей рассчитайте содержание амидопирина и кофеина в мг, в пересчете на одну таблетку массой 0,4100, если удельный коэффициент поглощения амидопирина при λ = 255 нм равен 390, а кофеина - 245; при λ = 272 нм удельный коэффициент поглощения амидопирина равен 205, а кофеина – 490.

Слайд 13

Задача 9. При фотоколориметрическом определении Fe3+ c сульфосалициловой кислотой приготовили ряд

стандартных растворов разведением стандартного раствора Fe3+ с содержанием 10 мг/мл в мерных колбах объемом 100 мл, измерили оптическую плотность и получили следующие данные:
Оптическая плотность анализируемого раствора оказалась равной 0.3. Постройте калибровочный график и определите концентрацию Fe3+ (в мг/мл) и массу в 250 мл раствора.

Количественный анализ

Метод градуировочного графика.

Концентрация вещества в каждом последующем растворе отличается от концентрации в предыдущем не менее, чем на 30-50%

Слайд 14

Метод сравнения

Слайд 15

Метод добавок

Метод молярного(удельного) коэффициента поглощения (только для спектрофотометрии)
По закону Бугера-Ламберта-Бера
Задача 12.

Определите содержание Cu2+ (в моль/л и мг/мл), если оптическая плотность раствора [Cu(NH3)4]2+ в кювете толщиной 2 см составляет 0.254, а молярный коэффициент поглощения этого вещества 423.3 л/моль·см.
Задача 13. Определите содержание Fe3+ (в мг/мл), если оптическая плотность его раствора с сульфосалициловой кислотой в кювете с l = 2 cм равна 0.45, а молярный коэффициент поглощения равен 4·103 л/моль·см .

Слайд 16

Задачи для решения:
1. Выразите оптическую плотность в процентах пропускания:
а)0,054; б)0,801; в)0,521;

г)0,205. Ответ: а)88,3%; б)15,8%; в)30,1%; г)62,3%.
2. Переведите данные измерения пропускания в оптические плотности:
а)52,5%; б)79,8%; в)62,3%. Ответ: а)0,280; б)0,098; в)0,205.
3. Рассчитайте молярный коэффициент поглощения раствора соли алюминия, содержащего 3,20мг Al3+- ионов в 100см3, если пропускание окрашенного раствора, измеренное в кювете с l = 20 мм, оказалось равным 34,6%. Ответ: 1,96·10 2 л/моль·см.
4. Навеску п–нитроанилина массой 0.0325 г растворили в метаноле в мерной колбе вместимостью 50 мл. Аликвоту полученного раствора 1 мл разбавили метанолом в мерной колбе на 100 мл. Оптическая плотность этого раствора при λ = 368 нм в кювете с l = 10 мм равна 0.802. Рассчитайте значения молярного (ε) и удельного (Е1% 1см) коэффициентов поглощения п – нитроанилина в метаноле при указанной длине волны. М.м. (п - нитроанилина) = 138.1 г/моль; ρ = 0.792 г/см3. Ответ: ε = 1,67*104 л/моль*см;
Е1%1см = 955.
5. Молярный коэффициент поглощения раствора (Fe(SCN)) 2+ при λ = 580 нм равен 6,0·103 л/моль·см, Рассчитайте оптическую плотность 3,0·10-5 М раствора, если измерения проводили в кювете с l = 20 мм. Ответ: 0,360.

Слайд 17

6. Для построения градуировочного графика в мерные колбы вместимостью 50 мл

поместили 2, 3, 4, 5, 6 мл стандартного раствора рибофлавина с содержанием 1 мг/мл. Измерили оптическую плотность, используя в качестве раствора сравнения воду. Получили следующие данные:
Навеску рибофлавина массой 0.0656 г растворили в мерной колбе на 1000 мл. Измерили оптическую плотность полученного раствора Ах = 0.420. Рассчитайте массовую долю рибофлавина в препарате. Ответ: 99,08%
7. Лекарство толбутамин (М = 270 г/моль) имеет молярный коэффициент поглощения при 262 нм = 703 л/моль·см. Одну таблетку растворили в воде и объем раствора довели до 2 л. Оптическая плотность полученного раствора при l = 1 см равна 0.687. Сколько граммов толбутамина содержится в таблетке. Ответ: 0,5292 г
8. В мерные колбы вместимостью 50 мл поместили 5 и 10 мл стандартного раствора CuSO4 с молярной концентрацией равной 2 · 10-3 моль/л, добавили 20 мл раствора аммиака, довели объем раствора водой до метки. Измерили оптическую плотность, получили следующие данные
Vст (мл) 5 10
А 0.430 0.715
Навеску CuSO4 · 5Н2О массой 0.070 г растворили в мерной колбе вместимостью 1000 мл, добавили раствор аммиака и довели объем раствора водой до метки. Измерили оптическую плотность: Ах = 0.544. Рассчитайте массовую долю CuSO4 · 5Н2О в препарате. М.м (CuSO4 · 5Н2О) = 249.61 г/моль. Ответ: 99, 86%

Слайд 18

9. Навеску анилина массой 0.2 г растворяют в 500 мл очищенной

воды. К аликвоте 25 мл этого раствора добавляют пикриновую кислоту и доводят объем до 250 мл. Аликвоту 10 мл полученного раствора разбавляют до 100 мл. Этот раствор фотометрируют при 359 нм в кювете 10 мм. Если оптическая плотность равна 0.425, а молярный коэффициент поглощения пикрата анилина 1.25·104 л/моль·см, какова чистота анилина? Ответ: 79,05%
10. Молярный коэффициент поглощения комплексного соединения алюминия с ализарином равен 1,6· 104 л/моль·см при λ = 485 нм. Какую кювету следует выбрать для фотометрирования, чтобы оптическая плотность раствора была не менее 0,300 при концентрации алюминия 10-5 моль/дм3 в фотометрируемом растворе. Ответ: 2 см.

Слайд 19

Оптические методы анализа

Содержание

Характеристики электромагнитного излученияЧастота, υ, [Гц; 1 Гц = 1с-1] - число

Классификация спектроскопических методовСовокупность всех энергий (длин волн, частот) электромагнитного излучения называется

Классификация по виду используемого излучения Е внут. электроновРентгеновская спектроскопияЯдерные реакцииНейтронно-активационный анализ∑Е

Классификация по характеру взаимодействия ЭМИ с веществомΔЕ = Ек – Ен

Классификация по виду частиц, взаимодействующих с ЭМИАтомныеЛинейчатые спектры: набор дискретных спектральных

Основной закон светопоглощения Пропускание (T)I – интенсивность света, прошедшего через растворI0 –

Основной закон светопоглощения К (коэффициент экстинкции, поглощения) – специфическая физическая константа для