§ 25. Методы определения концентрации веществ, поглощающих в видимой и ультрафиолетовой областях спектра

Определение концентрации вещества методом сравнения оптических плотностей эталонного и исследуемого растворов

Для определения готовят эталонный раствор определяемого вещества известной концентрации, которая приближается к концентрации исследуемого раствора. Определяют оптическую плотность этого раствора при определенной длине волны . Затем определяют оптическую плотность исследуемого раствора при той же длине волны и при той же толщине слоя. Для эталонного раствора согласно уравнению (17) имеем:

где — молярный коэффициент поглощения исследуемого раствора; — толщина слоя, см.

Оптическая плотность исследуемого раствора выражается такой же формулой:

где — концентрация исследуемого раствора, .

Отсюда

и

Количество определяемого вещества (в мг) с учетом разбавления раствора находим по формуле:

где — общий объем исследуемого раствора, ; — объем окрашенного исследуемого раствора, — объем аликвотной части исследуемого растаора, взятой для приготовления окрашенного раствора, .

Определение к онцентраци и вещества в растворе по значению молярного коэффициента поглощения

Определив значение оптической плотности -раствора при длине волны к и зная значение молярного коэффициента поглощения . определяемого вещества для лучей длины волны X, находим по формуле (17) значение концентрации исследуемого вещества :

Количество определяемого вещества (в г) находим по формуле:

где — молекулярный (атомный) вес определяемого вещества (иона).

Значение молярного коэффициента поглощения . устанавливают следующим образом. Готовят эталонный раствор исследуемого вещества определенной концентрации и измеряют значение оптической плотности этого раствора при длине волны к и значение . вычисляют по формуле:

Если вещество трудно получить в чистом виде, то можно пользоваться табличным значением .

Определение концентрации вещества с помощью калибровочного графика

Функциональная зависимость между оптической плотностью раствора и концентрацией поглощающего вещества может быть установлена графически. Для этого предварительно готовят серию растворов определяемого вещества различной концентрации (эталонные растворы). Измеряют значения оптической плотности этих растворов для лучей с длиной волны X и по полученным данным строят кривую зависимости оптической плотности раствора от концентрации (калибровочный график). На ось ординат наносят значения оптической плотности эталонных растворов , а на ось абсцисс — соответствующие значения концентраций этих растворов (). Для получения более точных результатов рассчитывают, пользуясь методом наименьших квадратов, уравнение для калибровочного графика.

Определив значение оптической плотности исследуемого раствора при той же толщине слоя, можно найти концентрацию определяемого вещества по полученному калибровочному графику. Если раствор не подчиняется закону Бугера—Ламберта—Бера, то прямолинейная зависимость нарушается на некотором участке кривой или на всей кривой. В этом случае необходимо увеличить число эталонных растворов. Концентрацию эталонных растворов обычно выражают в . Количество определяемого вещества в миллиграммах определяют по формуле (23).

Определение концентрации вещества методом «уравнивания» или методом изменения толщины поглощающего слоя

Оптическую плотность исследуемого раствора определяют по формуле:

где — молярный коэффициент поглощения исследуемого раствора; — концентрация определяемого вещества, ; — толщина слоя, см.

Рис. 96. Оптическая схема колориметра погружения: 1 - зеркало; 2, 3 - кюветы; 4, 5 — стеклянные цилиндры; 6, 7— призмы; 8,9 — линзы.

Оптическую плотность эталонного раствора определяют по формуле

где — концентрация эталонного раствора, — толщина слоя, см.

Изменяя толщину слоя исследуемого раствора и эталонного раствора, можно установить тождественность цвета исследуемого раствора с цветом эталонного. Тогда оба раствора будут иметь одинаковую оптическую плотность:

Отсюда

На использовании этого равенства основано устройство колориметра погружения (колориметр Дюбоска), в котором тождественность цвета достигается изменением толщины слоя растворов. Оптическая схема колориметра погружения дана на рис. 96. Один световой поток от зеркала 1 проходит через слой исследуемого раствора в кювете 2, цилиндр 4, призму 6, линзы 8 и 9 и попадает в окуляр, освещая правую половину оптического поля. Другой световой поток проходит через слой стандартного раствора в кювете 3, цилиндр 5, призму 7, линзы 8 и 9, попадает в окуляр, освещая левую половину оптического поля. Кюветы 2 и 3 установлены на держателях, которые при помощи шестеренок и реек передвигаются вертикально. Стеклянные цилиндры 4 и 5 с отшлифованными концами укреплены неподвижно. Перемещая кюветы 2 и 3 по вертикали, меняют высоту столбов раствора и добиваются исчезновения границ раздела в окуляре оптического поля. Высоты столбов эталонного раствора и исследуемого раствора отсчитывают по миллиметровой шкале.