Выбор раствора сравнения

Теоретическая часть

I.     Сущность метода

Дифференциальная фотометрия (ДФ), в отличие от прямой (ее еще называют «обычной» фотометрии, используется для определения больших количеств окрашенных веществ. По точности метод в ряде случаев не уступает классической гравиметрии и титриметрии, а по экспрессности определения даже превосходит.

В «обычной» фотометрии светопропускание испытуемого раствора определяют относительно раствора контрольного (холостого) опыта. Однако в случае изме6рения светопропускания раствора с большой концентрацией окрашенного вещества оптическая плотность такого раствора будет выше значения А = 1,2, а значит будет велика погрешность измерения, и результат нельзя будет считать достоверным (см. рис. 2). Вывод — в качестве раствора сравнения нужно использовать раствор определяемого вещества, концентрация которого будет отличаться от исследуемого раствора на относительно небольшую величину. Поэтому в ДФ раствором сравнения является стандартный раствор определяемого вещества (С_ср). Для раствора сравнения (С_ср) и испытуемого раствора (С_исп) можно записать уравнения закона светопоглощения (Бугера — Ламберта — Бера):

-lgT_ЭТ = lg(I₀/I_CP) = A_ЭТ = ε*l*C_CP                        (1)

-lgT_ИСП = lg(I₀/I_ИСП) = A_ИСП = ε*l*C_ИСП                (2)

Так как раствор сравнения обладает определенной оптической плотностью, то измеренное значение оптической плотности исследуемого раствора будет являться разницей действительных оптических плотностей исследуемого раствора и раствора сравнения:

ΔА = А_отн = (С_исп — С_ср)                                       (3)

Из уравнения (3) видно, что оптическая плотность испытуемого раствора относительно стандартного раствора будет отрицательной если концентрация раствора стандарта будет выше концентрации испытуемого раствора (С_ср > С_исп).

В прямой фотометрии последовательность сравнения световых потоков следующая: раствор сравнения — испытуемый раствор. В методе ДФ порядок обратный, оптическую плотность стандартного раствора вещества измеряют относительно испытуемого раствора. То есть сначала устанавливают 100% светопропускания по испытуемому раствору (С_исп), а затем измеряют оптическую плотность раствора сравнения (С_ср).

Определение концентрации испытуемого раствора проводят по градуировочному графику.

Повышение точности дифференциальной фотометрии обусловлено растяжением шкалы прибора (рис. 1), что в свою очередь, позволяет измерять оптическую плотность в оптимальном интервале значений экстинкций. Теоретический анализ закона светопоглощения позволяет рассчитать кривую ошибок измерения оптической плотности (рис. 2). Минимальные относительные ошибки соответствуют интервалу А = 0,1 — 0,7.

Рис.1. Расширение шкалы прибора.    Рис. 2. Кривая ошибок измерения оптической плотности.

II.   Реактивы и оборудование

1.       Стандартный раствор KMnO4, 1 мг Mn/мл.

2.       Периодат калия (натрия).

3.       Серная кислота (1:1).

4.       Фосфорная кислота (1:1).

5.       Сульфат марганца.

6.       Стаканы емкостью 50 мл.

7.       Мерная колба емкостью 50 мл, 5 шт.

8.       Пипетка с делениями емкостью 5 мл (10 мл).

9.       Стеклянная палочка.

10.     Электроплитка.

11.     Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК — 2.

Практическая часть

Выбор светофильтра

В мерную колбу 50 мл поместили 5 мл стандартного раствора перманганата калия и довели объем до метки дистиллированной водой. Измерили оптическую плотность отностительно дистиллированной воды в кювете l = 10 мм при 340, 400, 490, 540, 590, 670 и 750 нм. Построили спектр поглощения и выбрали длину волны максимального светопоглощения. Полученные результаты:

λ,нм	A
315	0,25
364	0,13
400	0,01
440	0,04
490	0,25
540	0,32
670	0,04

 

λ_max = 540 нм

Выбор раствора сравнения

Приготовили серию растворов, содержащих 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мг Mn в 50 мл. Для этого в мерные колбы 50 мл поместили соответствующие аликвоты стандартного раствора перманганата калия и разбавили водой до метки. Измерили оптические плотности каждого i+1 раствора, используя в качестве раствора сравнения i – раствор (т.е. раствор с меньшей концентрацией, чем исследуемый). Оптическую плотность раствора с содержанием марганца 0,5 мг измеряли относительно дистиллированной воды.

Результаты измерений записали в таблицу. В качестве раствора сравнения для дальнейших измерений выбрали раствор, у которого произведение A_i+1*m_i максимально.

Номер раствора сравнения	Номер измеренного раствора	Масса Mn в растворе сравнения	Ai+1	Ai+1 * mi
1	2	0,5	0,18	0,09
2	3	1	0,18	0,18
3	4	1,5	0,19	0,285
4	5	2	0,09	0,18
5	6	2,5	0,2	0,5