Optik analiz metodlari. Analizning boshqa fizikaviy metodlari Reja

Buger-Lambert-Ber qonunining fizik ma’nosi quyidagicha: Eritmalarning rangi bir xil bo’lsa, shuningdek ularning konsentrasiyalari va qavatlari qalinliklari o’zaro teng bo’lsa (eritmalar holatiga ta’sir etuvchi boshqa faktorlar ham bir xil bo’lsa) ikkala eritmaga to’shayotgan yorug’likning teng qismlari yutiladi. Boshqacha aytganda, o’sha eritmalarda yorug’likning yutilishi bir xil bo’ladi.
Yuqorida keltirilgan formula logarifmlansa va uning ishorasi teskarisiga o’zgartirilsa, u kuyidagi ko’rinishga keladi:
yoki
Formulaning chap tomonidagi ifoda rangli eritmalarni xarakterlovchi muhim kattalik bo’lib, u eritmaning optik zichligi deb ataladi va D harfi bilan belgilanadi:

Demak, eritmaning optik zichligi rangli eritmaning konsentrasiyasiga va qatlamning qalinligiga to’g’ri proporsional bog’langan. Bundan esa, eritmalar qatlamlarining qalinligi o’zaro teng bo’lgan holda (boshqa faktorlar ham bir xil bo’lganida), qaysi eritmada rangli birikma (yoki ion)ning konsentrasiyasi ko’p bo’lsa o’sha eritmaning optik zichligi ham katta bo’ladi, degan xulosa chiqariladi.
Bu qonuniyatdan kolorimetrik analiz uchun muhim bo’lgan xulosa chiqarish mumkin. Tarkibidagi rangli moddaning konsentrasiyalari har xil bo’lgan ikki eritma ranglarining intensivligi o’zaro solishtirilganda ular bir xil qiymatga ega bo’lishi uchun konsentrasiya bilan teskari proporsional bog’lanishda bo’lgan kattalik eritma qatlamining qalinligini o’zgartirishi zarur.
Endi Buger-Lambert-Ber qonunidan kelib chiqadigan va kolorimetriyada qo’llaniladigan ranglar intensivligini taqqoslash uchun foydalaniladigan xulosalar bilan tanishib chiqamiz. Ranglari bir xil bo’lgan tekshiriladigan va standart eritmalar berilgan bo’lsin deb faraz qilaylik, mos ravishda ularning konsentrasiyalarini C_teksh. va C_stand. bilan belgilaymiz. Birinchi eritmaning qatlam qalinligi h_teksh (sm) va ikkinchisiniki h_stand (sm) bo’lsin. Har qaysi eritma uchun Buger-Lambert-Ber qonunining tenglamasini tatbiq etib quyidagini yozamiz:
va
Rangli modda ikkala eritmada bir xil bo’lgani uchun є konstantaning qiymati ham ikkala tenglamada bir xil bo’ladi. Ikkala eritma bir kil yoritilganligi uchun J_t ning qiymatlari ham teng. Agar yorug’lik o’tadigan ikkala eritma qavatlarining qalinliklarini o’zgartirib, ikkala eritma rangini bir xil tusga keltirsak, u holda I_O’ va I_O’ ham o’zaro teng bo’ladi. Demak, yuqoridagi ikkala tenglamaning chap tomonlari bir xil va shuning uchun ularning o’ng tomonlari ham o’zaro teng bo’ladi, ya’ni
є*C_teksh*h_teksh= є*C_stand*h_stand
yoki
C_teksh*h_teksh=C_stand*h_stand
Bu tenglama, eritmalarning rangi bir xil bo’lganda eritma konsentrasiyasining uning qavat qalinligiga ko’paytmasi ikkala eritma uchun bir xil qiymatga ega ekanligini ko’rsatadi.
Standart eritmaning konsentrasiyasi ma’lum bo’lganligi uchun ikkala eritma qavati qalinliklarning bu eritmalar rangining intensivliklari bir xil bo’lganda olingan h_teksh va h_stand kattaliklar nisbati h_stand : h_stand ni tajribada topib so’ngra tekshirilayotgan eritmaning konsentrasiyasi C_teksh ni hisoblash mumkin:

Aniqlashlar turli to’lqin uzunliklardagi nurlarning yig’indisidan iborat oq nurni rangli eritmalar orqali o’tishidan foydalanib o’tkaziladi.
Yuqorida ikki eritmaning qatlamlari qalinliklari turlicha (ya’ni h_stand ≠ h_teksh) bo’lgan holda eritma konsentrasiyasini aniqlash bilan tanishdik. Amalda h_stand= h_teksh bo’lgan sharoitda tekshirilayotgan eritma konsentrasiyasini aniqlashdan keng foydalaniladi. Eritmalarning qalinliklari bir xil bo’lgani uchun turli konsentrasiyaga mos ravishda eritmalardan o’tgan nurning intensivliklari qiymatlari ham har xil bo’ladi, bularga mos ravishda ikkala eritmaning optik zichliklari D_teksh va D_stand har xil bo’ladi. Eritmalarning optik zichliklarini o’lchash yo’li bilan tekshirilayotgan eritma konsentrasiyasini aniqlash uchun foydalaniladigan formula quyidagicha keltirib chiqariladi:
va
yoki
va

Yuqorida keltirilgan h_stand va h_teksh lar qiymatlarining o’zaro tengligi hamda eritma rangining bir xil ekanligi hisobga olinsa, tenglamalarning o’ng tomoni o’zaro teng va shuning uchun ularning chap tomonlari ham teng bo’ladi, ya’ni:

yoki
Bu formuladan foydalanib rangli moddaning eritmadagi konsentrasiyasini aniqlash uchun ikkala eritmaning optik zichliklarini o’lchash kerak bo’ladi, chunki standart eritmaning konsentrasiyasi oldindan ma’lum. Eritmaning optik zichligini o’lchash uchun fotoelektrik kolorimetrdan foydalaniladi. Priborning ishlash prinsipi quyidagicha: tekshirilayotgan rangli eritma solingan kyuveta orqali o’tayotgan yorug’lik nuri oqimi fotoelementga tushadi. Fotoelementning yorug’lik sezuvchi sirti yoritilishi natijasida paydo bo’ladigan va zanjirdagi galьvanometr yordamida yozib olinadigan fototok kuchiga qarab, eritmadan o’tgan yorug’lik intensivligi haqida fikr yuritiladi. Yorug’lik ta’sirida hosil bo’ladigan elektr tok kuchi fotoelementga tushayotgan yorug’lik oqimi intensivligiga to’g’ri proporsional. Shuni yodda tutish kerakki, fotoelektrik kolorimetriyada ma’lum to’lqin uzunlikdagi, ya’ni monoxromatik nurdan foydalaniladi.
Kolorimetrik analizning ikkala ko’rinishida ham qo’llaniladigan asosiy tadbir shundan iboratki, tekshirilayotgan eritmadagi aniqlanayotgan modda miqdorini aniqlashda o’sha moddaning ma’lum konsentrasiyali standart eritmasiga solishgirish usulidan foydalaniladi.
Kolorimetrik aniqlashlarni bajarishda ba’zi qoidalarga rioya qilish talab etiladi, jumladan:
1. Tekshiriladigan eritmaga qanday reaktiv, qaysi tartibda va qancha miqdorda qo’shiladigan bo’lsa, standart eritmaga ham o’sha reaktiv, shu tartibda va shuncha miqdorda qo’shiladi, ikkala holda ham bir xil o’lchov idishlaridan foydalanish kerak. Ranglari solishtirilayotgan eritmalarning temperaturalari ham bir xil bo’lishi lozim.
2. Rang paydo qiluvchi reaktiv qo’shishdan oldin tekshirilayotgan modda eritmasi rangsiz bo’lishi kerak agar u rangli bo’lsa rangsizlantirish kerak.
3. Tekshirilayotgan eritma rangining intensivligi juda katta yoki juda kichik bo’lmasligi kerak.
4. Eritmaning rangi butun analiz davomida barqaror intensivlikka ega bo’lishi lozim. Odatda eritmalar tayyorlangach, ma’lum (doim bir xil) vaqtdan so’ng eritmalar rangi solishtiriladi.
5. Tekshirilayotgan va standarteritmalarning ranglari bir xil shishadan tayyorlangan idish (kyuveta) da solishtirib ko’riladi, tajriba vaqtida eritmalarga tushayotgan nurning intensivligi bir xil bo’lishi zarur.
Kolorimetriya tortma va hajmiy analiz usullariga nisbatan bir qator afzallikka ega. Qolorimetriya analizi juda tez bajariladi. Tortma analizda kimyoviy reaksiyani o’tkazish bu analizning boshlanishidir, undan so’ng ko’p vaqt talab etadigan murakkab operasiyalar bajariladi, kolorimetrik analizda esa kimyoviy reaksiya o’tkazilgandan so’ng shu zahoti eritmalar rangi solishtiriladi.
Bundan tashqari, kolorimetrik analizning bu ikki usulga nisbatan sezgirlik darajasi ancha yuqoridir. Masalan, hajmi 50 ml bo’lgan eritmada permanganat anioni MnO₄^- holida bo’lgan 0,00005 g marganesni aniqlash mumkin. Katta miqdordagi biror ionlarni aniqlashda tortma yoki titrimetrik analizdan foydalanilsa aniq natija olish mumkin.
Hozirgi vaqtda kolorimetrik aniqlash usullarining soni kundan- kunga ortib bormoqda, chunki bu usuldan foydalanilganda kam vaqt sarflab aniq natija olinadi, analizni bajarish usulikasi qulay, bundan tashqari, kolorimetriyada asocan xususiy reaksiyalardan foydalaniladi.
Kolorimetrik usuldan tuproq, o’simliklardan olingan namunalar, rudalar, qotishmalar, kimyoviy reaktivlar tarkibidagi ba’zi elementlarning mikromiqdorlarini aniqlashda keng foydalaniladi.
Eritmalar ranglarining intensivligini solishtirishda asosan vizual va fotoelektrokolorimetrik usullardan foydalaniladi.
Vizual usul bilan olingan natijalarning aniqlik darajasi ancha past, chunki olingan natija tajriba o’tkazuvchining sub’ektiv holatiga bog’liq. Fotokolorimetrik usulda eritma rangining intensivligini o’lchash (ya’ni ko’z nazifasini fotoelement bajaradi) orkali ob’ektiv ma’lumotlar olinadi va ularning aniqlik darajasi yuqori.