ОПИСАНИЕ УСТАНОВОК И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПРЕДЕЛЕНИЙ

2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВОК И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПРЕДЕЛЕНИЙ

2.1.Установка для прямой фотометрии

Фотометрический метод анализа основан на избирательном поглощении молекулами или ионами определяемого соединения электромагнитного излучения с длиной волны от 400 до 800нм [6]. В основе прямой фотометрии лежит непосредственное измерение оптической плотности серии стандартных растворов определяемого соединения при выбранной длинне волны и нахождении его концентрации одним из методов количественного анализа на основе закона Бугера–Ламберта–Бера [2]. В лабораторной практике для определения величины оптической плотности А используют приборы, называемые колориметрами. Фотоколориметр КФК-2 является однолучевым прибором, предназначенным для измерения оптической плотности в отдельных диапазонах длинн волн от 315 нм до 980нм. Для выделения отдельных участков длинн волн (монохроматизации света) используют встроенные в прибор светофильтры. Принципиальная cхема прибора представлена на рис.1.

Рис. 1. Принципиальная оптическая схема фотоколорифера КФК-2.

 

Световой поток от лампы накаливания (1) проходит через систему линз (2,4,5), диафрагму (3), светофильтры (6,7,8) и попадает на кювету с исследуемым раствором (10), который находится между защитным стеклом (9,11). Цветные светофильтры (8) предназначены для выделения узких участков спектра из сплошного спектра излучения лампы (1).

Теплозащитный светофильтр (6) вводится в световой поток при работе в видимой области спектра (400−590 нм), а нейтральный светофильтр (7) используется для ослабления светового потока при работе в спектральном диапазоне 400−540 нм. Фотоприемник (12,15) работает в разных областях спектра: фотоэлемент Ф−26 (15) в области длин волн 315−540 нм; фотодиод ФД−24К (12) в области спектра 590−980 нм.

Пластина (14) делит световой поток на два: 10% светового потоканаправляется на фотодиод и 90% на фотоэлемент.

Для уравнивания фототоков, снимаемых с фотоприемника при работе с различными цветными светофильтрами (8), перед ними установлен светофильтр (13).

Внешний вид прибора КФК−2 представлен на рис.2. Методика проведения измерений на приборе описана в разделе 4.2.2. методического указания[6].

 

 

 

Рис. 2. Внешний вид схема фотоколорифера КФК-2.

1 – шкала коэффициентов пропускания;

3 – ручка для введения необходимого светофильтра;

4 – ручка для введения кювет в световой поток;

5,6,7 – ручки для установления чувствительности прибора.

2.2.Установка для потенциометрического титрования

Метод потенциометрического титрования основан на измерении потенциала индикаторного электрода в процессе титрования и установлении зависимости между его величиной и объемом прибавленного раствора. Выбор индикаторного электрода зависит от природы определяемого иона и типа протекающей реакции.

При кислотно-основном титровании в качестве индикаторного электрода используют стеклянный электрод, на поверхности которого протекает реакция обмена между ионами водорода, находящимися в анализируемом растворе, и ионами натрия, находящимися в стеклянной мембране.

В процессе потенциометрического титрования сначала происходит постепенное изменение потенциала индикаторного электрода, а вблизи точки эквивалентности потенциал резко изменяется и наблюдается его скачок.

Схема установки для потенциометрического титрования с автоматической фиксацией конечной точки титрования и функциональная схемав БАТ-15 представлены на рис. 3.

Рис. 3. Схема установки для потенциометрического титрования с автоматической фиксацией КТТ.

1 – рh-метр-милливольтметр;

2 – электромагнитный клапан;

3 – резиновая трубка;стаканчик с анализируемым раствором;

4 – полуавтоматическая бюретка;

5 – дозирующий капилляр;

6 – хлорсеребряный электрод сравнения;

7 - магнитная мешалка;

8 – штатив;

9 - стеклянный индикаторный электрод;

10 – держатель электродов;

11 – БАТ-15.

Методика титрования с БАТ-15 описана в разделе 3.2.2. методического указания [5].

2.3. Установка для высокочастотного титрования

Метод высокочастотного титрования основан на измерении электропроводности раствора при использовании тока высокой частоты (более 0.1 МГц) в процессе титрования для установления конечной точки титрования. Под воздействием электромагнитного поля высокой частоты происходит не только перемещение ионов электролита между электродами, но и поляризация молекул раствора. Электропроводность раствора повышается с увеличением подвижности ионов, концентрации ионов и температуры раствора, поэтому высокочастотное титрование следует проводить при постоянной температуре, титрант должен быть более высокой концентрации, чем титруемый раствор, чтобы его электропроводность не уменьшалась в результате разбавления титрантом. Для высокочастотного титрования используют те химические реакции, при которых наблюдаются различие в подвижности ионов, находящихся в растворе до и после точки эквивалентности [7].

Общий вид установки для высокочастотного титрования (титратор ТВ-6Л1), с помощью которой измеряют силу тока – величину, обратно пропорциональную электропроводности раствора, представлен на рис. 4 [7]

1 – держатель;

2 – бюретка для титрования;

3 – ячейка для высокочастотного титрования;

4 – ручка «грубо» для установления стрелки микроампера на необходимое деление шкалы;

5 – ручка, регулирующая начальное положение стрелки микроамперметра;

6 – ручка для включения прибора;

7 – ручка, необходимая для включения магнитной мешалки;

8 – ручка, регулирующая частоту вращения размешивателя;

9 – переключатель чувствительности прибора.

Рис. 4. Общий вид титратора ТВ-6Л1.

Важным преимуществом высокочастотного титрования является отсутствие контакта анализируемого раствора с электродами, поэтому вместо платиновых могут использоваться электроды из любых металлов,например, более дешевые стальные, которые находятся с наружной стороны электролитической ячейки, внешний вид которой представлен на рис.5.

Рис.5. Ячейка для высокочастотного титрования.

1 – стальные электроды;

2 – электролитическая ячейка.

2.4. Математическая обработка результатов определения

Математическую обработку результатов определения проводили методами математической статистики для малых выборок, используя следующие формулы [2]:

·     Среднее арифметическое С = åС _i /n,

где С _i – единичный результат определения,

n – количество параллельных определений

·     Оценка стандартного отклонения единичного определения,

S _i = Гå(С _i-С)²/(n-1),

·     Относительное стандартное отклонение S _r = S _i /С,

·     Величина, определяющая доверительный интервал δ=S _i t _табл. / n,

 где t _табл. – критерий Стьюдента.

·     Проверку значимости расхождений между средним и действительным значениями определяли по t-критерию Стьюдента, рассчитанному по формуле t_эксп.=|C-a|√n/S_i.. Полученное значение сравнивали с табличным t_табл. при Р = 0.95 и f = n-1. Если t_эксп.<t_табл. , то результаты определений можно считать правильными, а расхождение между средним и действительным значениями обусловлено только случайными погрешностями. Если t_эксп. > t_табл. , то расхождение между средним и действительным значениями значимо и обусловлено случайными и систематическими погрешностями.

·     Относительную ошибку определений рассчитывали по формуле

 ∆_отн =|C-a|100% / a

·     Расчет коэффициентов регрессии для уравнений градуировочных графиков А=аС+в проводили методом наименьших квадратов по следующим формулам :

а = (n åC _i A _i - åC _i åА _i) / (nå(C _i ) ²– (åC _i)²),

в = (å(C _i )² åA _i - åC _i å C _i А _i) / (nå(C _i ) ²– (åC _i)²)

·     Коэффициент коррелляции рассчитывается по формуле:

r = (n åC _i A _i - åC _i åА _i) / {(n å(C _i) ² - (åC _i)² ) (nå(А _i ²- (åА _i)²}^1/2 .

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

 3.1. Исследование условий фотометрического определения красителя в ванне крашения кислотными красителями.

3.1.1. Выбор светофильтра.

Для выбора светофильтра в одну кювету заливали анализируемый раствор ванны, а в другую – кювету сравнения – дистиллированную воду и измеряли оптическую плотность раствора ванны А со всеми светофильтрами. Результаты измерений зафиксированны в табл. 1.

ТАБЛ. 1.

l,нм	315	364	400	440	490	540	590	670	750	870	980
Ак.к.	-	0.190	0.180	0.220	0.500	0.270	0.020	0.020	-	-	-
Ак.з.	-	0.235	0.195	0.105	0.252	0.220	0.435	0.305	0.245	-	-

По результатам, представленным в табл. 1, построили зависимость оптической плотности А от длины волны л для кислотного красного (1) и кислотного антрахинонового ярко-зеленого (2) (рис. 6).

Рис. 6. Спектры поглощения кислотного красного (1) и кислотного антрахинонового (2) красителей.

Как видно из табл. 1 и рис. 6, определение в ванне крашения кислотным красным необходимо проводить при длине волны, соответствующей максимуму поглощения анализируемого раствора, т. е. l=490нм, а кислотным антрахиноновым ярко-зеленым при l=590 нм.