Фотометрический метод анализа

ПОЯСНЕНИЯ К КОНТРОЛЬНЫМ ЗАДАНИЯМ

Контрольная работа включает в себя Х теоретических и Y практических заданий, включающих в себя следующие темы курса «ФХМИ»:

· Оптические методы анализа

· Электрохимические методы анализа

· Хроматографические методы анализа

Задания варианта выбираются согласно таблицы 1.

Таблица 1.

№ варианта	№ задания
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
1	1.01	1.15	1.29	1.45	1.71	1.87	1.103	1.116	1.133	1.149	2.01	2.13	2.29	2.40	2.57	2.76	2,90
2	1.02	1.16	1.30	1.46	1.72	1.88	1.104	1.117	1.134	1.150	2.02	2.14	2.30	2.41	2.58	2.77	2,91
3	1.03	1.17	1.31	1.47	1.73	1.89	1.105	1.118	1.135	1.151	2.03	2.15	2.31	2.42	2.59	2.78	2,92
4	1.04	1.18	1.32	1.48	1.74	1.90	1.106	1.119	1.136	1.152	2.04	2.16	2.32	2.43	2.60	2.79	2,93
5	1.05	1.19	1.33	1.49	1.75	1.91	1.107	1.120	1.137	1.153	2.05	2.17	2.33	2.44	2.61	2.50	2,94
6	1.06	1.20	1.34	1.50	1.76	1.92	1.108	1.121	1.138	1.154	2.06	2.18	2.34	2.45	2.62	2.81	2,95
7	1.07	1.21	1.35	1.51	1.77	1.93	1.109	1.122	1.139	1.155	2.07	2.19	2.35	2.46	2.63	2.82	2,96
8	1.08	1.22	1.36	1.52	1.78	1.94	1.110	1.123	1.140	1.156	2.08	2.20	2.36	2.47	2.64	2.83	2,97
9	1.09	1.23	1.37	1.53	1.79	1.89	1.111	1.124	1.141	1.157	2.09	2.21	2.37	2.48	2.65	2.84	2,98
10	1.10	1.24	1.38	1.54	1.80	1.96	1.112	1.125	1.142	1.158	2.10	2.22	2.38	2.49	2.66	2.85	2,99
11	1.11	1.25	1.39	1.55	1.81	1.97	1.113	1.126	1.143	1.159	2.1	2.23	2.39	2.50	2.67	2.86	2,90
12	1.12	1.26	1.40	1.56	1.82	1.98	1.114	1.127	1.144	1.160	2.12	2.24	2.39	2.51	2.68	2.87	2,91
13	1.13	1.27	1.41	1.57	1.83	1.99	1.115	1.128	1.145	1.161	2.12	2.25	2.38	2.52	2.69	2.88	2,92
14	1.14	1.28	1.42	1.58	1.84	1.100	1.115	1.129	1.146	1.162	2.11	2.26	2.37	2.40	2.70	2.89	2,93
15	1.01	1.27	1.43	1.59	1.85	1.101	1.114	1.130	1.147	1.163	2.10	2.27	2.36	2.54	2.71	2.76	2,94
16	1.02	1.26	1.44	1.60	1.86	1.102	1.113	1.131	1.148	1.164	2.09	2.28	2.35	2.55	2.72	2.77	2,95
17	1.03	1.25	1.29	1.61	1.71	1.102	1.112	1.132	1.148	1.150	2.08	2.13	2.34	2.56	2.73	2.78	2,96
18	1.04	1.24	1.30	1.62	1.72	1.101	1.111	1.116	1.147	1.151	2.08	2.14	2.33	2.41	2.74	2.79	2,97
19	1.05	1.23	1.31	1.62	1.73	1.100	1.110	1.117	1.146	1.152	2.07	2.15	2.32	2.42	2.75	2.80	2,98
20	1.06	1.22	1.32	1.61	1.74	1.99	1.109	1.118	1.145	1.153	2.06	2.16	2.31	2.43	2.75	2.781	2,99
21	1.07	1.21	1.33	1.60	1.75	1.98	1.108	1.119	1.144	1.154	2.05	2.17	2.30	2.44	2.74	2.82	2,90
22	1.08	1.20	1.34	1.59	1.76	1.97	1.107	1.120	1.143	1.155	2.04	2.18	2.29	2.45	2.73	2.83	2,91
23	1.09	1.19	1.35	1.58	1.77	1.96	1.106	1.121	1.142	1.156	2.03	2.19	2.37	2.46	2.72	2.84	2,92
24	1.10	1.18	1.36	1.57	1.78	1.95	1.105	1.122	1.141	1.157	2.02	2.20	2.35	2.47	2.71	2.85	2,93
25	1.11	1.17	1.37	1.56	1.79	1.94	1.104	1.123	1.140	1.158	2.01	2.21	2.33	2.48	2.70	2.86	2,94

 

Выполненные задания оцениваются:

теоретические – 3 балла за полный исчерпывающий ответ соответствует теме вопроса.

              – 1 балл за неполный ответ соответствует теме вопроса.

              – 0 баллов отсутствие или не соответствие теме

практические – maxбалл за правильное решение.

                       – 0 баллов за неполное или неправильное решение.

 

Начисляемые баллы за задания контрольной работы приведены в таблице 2 (помимо контрольной 20 баллов творческая работа).

Таблица 2.

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
м ax	3	3	3	3	10	9	3	7	3	3	3	7	3	7	3	3	7
	1	1	1	1	-	-	1	-	1	1	1	-	1	-	1	1	-
min	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Фотометрический метод анализа

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ.

1.01. В чем сущность колориметрического, фотометрического и спектрофотометрического методов анализа?

1.02. Привести уравнение, связывающие коэффициент пропускания Т и оптическую плотность А.

1.03. Какие факторы влияют на молярный коэффициент поглощения.

1.04. В каких координатах можно представить спектр поглощения?

1.05. Какова сущность закона Бугера-Ламберта-Бера?

1.06. Как проводится выбор оптимальных условий фотометрических определений: а) длина волны; б) толщина светопоглощающего слоя (кюветы); в) концентрации.

1.07. Объясните сущность методов определения концентрации анализируемого вещества: 1) градуировочного графика; 2) метода добавок.

1.08. В каком случае в фотометрическом анализе используется свойство аддитивности оптической плотности?

1.09. Назовите особенности спектрофотометрии в ультрафиолетовой области спектра и приведите примеры количественных определений.

1.10. На чем основан качественный анализ по поглощению в инфракрасной области спектра?

1.11. Назовите основные узлы приборов для анализов по светопоглощению. Каково назначение каждого из этих узлов?

1.12. Назовите фотометрические приборы, предназначенные для работы в: а) видимом; б) ультрафиолетовом; в) инфракрасном участке спектра.

1.13. В каком спектральном интервале в качестве источника света используют лампу накаливания, водородную лампу, штифт Нернста, ртутную лампу?

1.14. Для каких областей спектра предназначены приборы, оптические детали которых выполнены из: а) стекла; б) кварца; в) поваренной соли?

 

1.15. Какова природа и происхождение атомных эмиссионных спектров?

1.16. Почему атомные спектры имеют линейчатый характер?

1.17. От чего зависит интенсивность спектральных линий?

1.18. Назовите основные узлы спектральных приборов и укажите их назначение.

1.19. На чем основан качественный спектральный анализ? Какие приборы используются для проведения качественного анализа?

1.20. От каких факторов зависит интенсивность спектральных линий?

1.21. В чем сущность методов количественного спектрального анализа?

1.22. Какое свойства атомов и ионов лежит в основе метода пламенной фотометрии?

1.23. Какой принцип положен в основу работы пламенного фотометра?

1.24. Почему метод пламенной эмиссионной спектроскопии особенно популярен при определении щелочных и щелочно-земельных металлов?

1.25. Какими способами рассчитывают количественное содержание вещества в методе пламенной фотометрии растворов?

1.26. Приведите общую характеристику методов эмиссионного спектрального анализа.

1.27. Приведите общую характеристику метода фотометрии пламени.

1.28. Какие основные приемы работы используются в методе фотометрии пламени? Какие достоинства и недостатки имеет этот метод?

 

1.29. На чем основан атомно-абсорбционный анализ: а) на регистрации поглощения света атомами вещества; б) на регистрации света, поглощенного молекулами вещества; в) на регистрации света, испускаемого возбужденными молекулами?

1.30. Какие способыатомизациииспользуются в атомно-абсорбционном анализе?

1.31. Какие горючие смеси используются для получения пламени в атомно-абсорбционной анализе?

1.32. Из каких основных узлов состоит атомно-абсорбционный спектрофотометр?

1.33. Какие источники излучения используют в атомно-абсорбционном спектрофотометре? Каким требованиям должен удовлетворять источник излучения?

1.34. Какие методы определения концентрации веществ в растворе используют в атомно-абсорбционном анализе?

1.35. Назовите области применения атомно-абсорбционного анализа.

1.36. Почему метод атомно-абсорбционной спектроскопии практически не используют для определения щелочных металлов?

1.37. Можно ли методом атомно-абсорбционной спектроскопии определить одновременно 2-3 элемента в их смеси? Что для этого необходимо?

1.38. Приведите принципиальную схему атомно-абсорбционного спектрофотометра.

1.39. «Нефело» в переводе с греческого означает «облако». Почему так называют этот метод анализа?

1.40. Почему термины «оптическая плотность» и «пропускание» в нефелометрии употребляются с определением «кажущиеся»?

1.41. На чем основаны методы нефелометрии и турбидиметрии?

1.42. В каких координатах в методе нефелометрии градуировочный график имеет нелинейный характер?

1.43. Является ли это препятствием для нахождения концентрации с его помощью? В каких координатах можно получить линейную зависимость «свойство-концентрация»?

1.44. От каких экспериментальных условий зависит точность измерения оптической плотности мутных растворов?

 

1.45. Почему нефелометрические измерения проводят в монохроматическом свете?

1.46. Назвовите примеры нефелометрических и турбидиметрических определений и укажите условия проведения анализа.

1.47. Как связаны интенсивность света, прошедшего через суспензию, с концентрацией анализируемого вещества в методе турбидиметрии?

1.48. Какое расчетное соотношение лежит в основе нефелометрического метода анализа?

1.49. Какие условия нужно соблюдать для обеспечения необходимой точности турбидиметрических и нефелометрических определений?

1.50. Что называют люминесцентным излучением и какова его природа?

1.51. Сформулируйте основные закономерности люминесценции.

1.52. Какие виды люминесценции различают в зависимости от способа возбуждения?

1.53. Что такое флуоресценция?

1.54. Что такое квантовый выход в люминесценции и как он влияет на чувствительность анализа?

1.55. Приведите принципиальную схему прибора для измерения интенсивности флуоресценции. С чем связана необходимость использования двух светофильтров и где их место в схеме?

1.56. Почему для измерения флуоресценции используют только разбавленные растворы концентрацией 10^-3...10^-4 моль/л и менее?

1.57. Как связана интенсивность флуоресценции с концентрацией?

1.58. Какие приемы флуоресцентного анализа основаны на использовании этой зависимости?

1.59. Назовите факторы, влияющие на интенсивность люминесценции.

1.60. Приведите примеры качественных определений методом люминесценции в технике, сельском хозяйстве, медицине и т.д.

1.61. Назовите основные узлы приборов для люминесцентного анализа. Приведите принципиальную схему.

1.62. Укажите достоинства и недостатки люминесцентного анализа.

 

ЗАДАЧИ

В задачах 1.71– 1.83 рассчитайте молярный коэффициент поглощения.

1.71. Светопоглощение раствора KMnO₄ с концентрацией 5 мкг/cм³, измеренное в кювете с l = 2 см при λ = 520 нм, равно 0,400.

1.72. Оптическая плотность аммиачного комплекса меди, содержаще- го 0,40 мг Cu²⁺ -ионов в 250 cм³ при l = 1 см, равна 0,150.

1.73. Светопоглощение окрашенного раствора соли алюминия, со- держащего 3,20 мг Al³⁺ -ионов в 100 cм³ при 480 нм в кювете с l = 2 см, равно 34,6%.

1.74. Оптическая плотность раствора KMnO₄, содержащего 0,12 мг Mn²⁺ -ионов в 100 см³ раствора, измеренная в кювете с l = 3 см при λ = 525 нм, равна 0,152.

1.75. Оптическая плотность раствора трисульфосалицилата железа(III), измеренная при λ = 433 нм в кювете с l = 2 см, равна 0,149. Для анализа было взято 4,00 см³ 0,0005820 М раствора соли железа и разбавлено до 50 см³.

1.76. Оптическая плотность раствора диметилглиоксимата никеля(II), содержащего 0,025 мг никеля в 50 см³, измеренная при λ = 470 нм в кювете с l = 2 см, равна 0,324.

1.77. Оптическая плотность раствора моносульфосалицилата железа, содержащего 0,23 мг железа в 50 см³, оказалась равной 0,264 при толщине слоя 2 см.

1.78. Оптическая плотность окрашенного раствора, содержащего 0,07 мг Mn в 50 см³, изменённая при λ = 455 нм в кювете с l = 1 см, равна 0,280.

1.79. Оптическая плотность 2⋅10^–5 М раствора окрашенного соединения меди с 2,2-дихинолином при λ = 546 нм в кювете с 1 = 5 см равна 0,252.

1.80. Титан (IV) образует с пероксидом водорода в кислой среде комплексный ион [TiO(H₂O₂)]²⁺ жёлтого цвета (λ = 410 нм). Оптическая плотность раствора, содержащего 1,00 мг Ti(IV) в 50 см³, оказалась равной 0,270 при l = 2 см.

1.81. После трёх последовательных разведений получен раствор, содержащий 3,06·10^–4 г циклопентадиена в 9,3721 г гексана (ρ = 0,6603 г/ см³); оптическая плотность раствора в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см при λ = 240 нм составляет 1,100.

1.82. Оптическая плотность раствора, содержащего 0,24 мг меди в 250 см³, при l = 2 см равна 0,140.

1.83. Оптическая плотность окрашенного раствора соли железа в кювете с толщиной слоя 5 см равна 0,750. Концентрация железа составляет 0,05 мг в 50 см³.

1.84. Определите молярный коэффициент поглощения K₂CrO₄, если относительная оптическая плотность 2,65⋅10^–3 М раствора, измеренная при λ = 372 нм в кювете с l = 2,3 мм, по отношению к раствору сравнения, содержащему 10^–3 моль/дм³ K₂CrO₄, оказалась равной 1,380.

1.85. Молярный коэффициент поглощения раствора [Fe(SCN)]²⁺ при λ = 580 нм равен 6⋅10³. Рассчитайте оптическую плотность 3⋅10^–5 М раствора, если измерения проводят в кювете с l = 2 см.

Ответ: 0,360.

1.86. Молярный коэффициент поглощения дитизонового комплекса Pb(II) при λ = 485 нм равен 6,8⋅10⁴. Чему равна оптическая плотность раствора, содержащего 3 мкг PbO₂ в 5,00 см³, если измерения проводили в кювете с l = 1 см.

Ответ: 0,171.

1.87. Молярный коэффициент поглощения комплексного соединения алюминия с ализарином равен 1,6⋅10⁴ при λ = 485. Какую кювету следует выбрать для фотометрирования, чтобы оптическая плотность раствора была не менее 0,300 при содержании алюминия 10–5 моль/дм³ в фотометрируемом растворе?

1.88. Какую кювету следует взять для ослабления падающего потока света в 10 раз? Коэффициент поглощения раствора равен 0,0457.

1.89. Найдите оптимальную толщину поглощающего слоя l для фотометрирования окрашенного раствора соли железа с молярным коэффициентом поглощения равны 4⋅10³ при концентрации 0,05 мг железа в 50 см³. Оптимальное значение оптической плотности равно 0,430.

1.90. В УФ-спектре раствора циклопентадиена в гептане оптическая плотность составляет 0,830 при l = 1 см. Определите концентрацию рас- твора, если молярный коэффициент поглощения равен 3400 дм³ /(моль см).

1.91. Рассчитайте минимально определяемую массу (мг) железа(III) по реакции с сульфосалициловой кислотой в аммиачной среде при использовании кюветы с толщиной слоя l = 5 см. Объём окрашенного раствора равен 5 см³; ε_λ = 4000, а минимальная оптическая плотность, измеряемая прибором, составляет 0,010.

1.92. Молярный коэффициент поглощения окрашенного комплекса никеля с α-бензоилдиоксимом равен 12 500. Какую минимальную концентрацию никеля (мг/см³) можно определить фотометрически в кювете с l = 0,5 см, если минимальная оптическая плотность регистрируемая прибором, равна примерно 0,020?

1.93. Молярный коэффициент поглощения α-фурилдиоксимата никеля в хлороформе составляет 1,9⋅104. Какое минимальное содержание никеля (ω, %) в чистом алюминии может быть определено этим реагентом, если навеска не должна превышать 1,0000 г, максимальный объём хлороформного экстракта составляет 10 см. Минимальная оптическая плотность раствора, измеренная при l = 5 см, при которой ошибка измерения не превышает 10%, равна 0,020.

1.94. Рассчитайте определяемый минимум фотоколориметрического определения железа(III) с сульфосалициловой кислотой в аммиачной среде, если l = 5 см, а минимальный объём окрашенного раствора в кювете составляет 15 см³. Среднее значение молярного коэффициента поглощения комплекса равно 4000. Минимальная оптическая плотность, измеряемая прибором, А_min = 0,010.

1.95. Молярный коэффициент поглощения комплекса бериллия с ацетилацетоном в хлороформе равен 31 600. Какое минимальное содержание бериллия (ω, %) можно определить в навеске массой 1,0000 г, растворённой в 50 см³, в кювете с толщиной слоя 5 см, если минимальный отсчёт по шкале оптической плотности фотоколориметра равен 0,025.

1.96. Рассчитайте минимально определяемое содержание (мкг) железа (III) по реакции с сульфосалициновой кислотой в аммиачной среде при l = 5 см и минимальном объёме окрашенного раствора 15 см³. Молярный коэффициент поглощения комплекса равен 4000. Минимальная оптическая плотность, измеряемая фотоколориметром, составляет 0,010.

1.97. Молярный коэффициент поглощения окрашенного комплекса никеля с α-бензоилдиоксимом равен 12 000. Определите минимальную концентрацию никеля (мг/ см³), которая может быть определена фотометрически в кювете с l = 5 см, если минимальная оптическая плотность, регистрируемая прибором, равна 0,020.

1.98. Значение молярного коэффициента поглощения раствора моносульфосалицилата железа равно 1,6⋅10³. Рассчитайте, каково должно быть содержание железа (мг) в стандартных растворах, приготовленных в мерных колбах вместимостью 100 см³, чтобы оптические плотности при измерении в кюветах с толщиной слоя 1 см укладывались в интервал значений от 0,100 до 1,000.

1.99. При фотометрировании раствора сульфосалицилатного комплекса железа получили оптическую плотность, равную 0,200. Раствор сравнения содержал 0,05 мг Fe в 50 см³. Определите концентрацию железа в растворе (моль/дм³) если измерения проводили при l = 5 см, а ε_λ= 2500.

1.100. При фотометрировании раствора сульфосалицилатного комплекса железа получили относительную оптическую плотность 0,290. Раствор сравнения содержал 0,0576 мг Fe в 50,0 см³ при l = 5 см. Определите концентрацию железа в растворе, если известно, что молярный коэффициент поглощения комплекса в этих условиях составлял 3000.

1.101. Молярный коэффициент поглощения комплекса индия с пирокатехиновым фиолетовым равен 35 900 при 630 нм. Определите содержание индия в растворе (г/дм³), если относительная оптическая плотность исследуемого раствора, измеренная в кювете с l = 1 см, по отношению к раствору сравнения, содержащему 6⋅10^–5 моль/ дм³In, оказалась 0,450.

1.102. Молярный коэффициент поглощения дитизоната меди(III) в CCl₄ равен 4,52⋅10⁴. Какую массовую долю меди можно определить с дитизоном, если из навески образца сплава массой 1,0000 г получили 25,00 см³ раствора дитизоната в CCl₄? Оптическая плотность, измеренная при l = 5,0 см, составила 0,020.