Ximiya tálim baǵdarı Tema: «Fotometirik usulda siltili metallardı anıklau» Temasindag'i kurs jumisi

II. Tiykarǵı bólim
2. 1 Fotometrik analiz haqqında ulıwma maǵlıwmat
Metoddıń mánisi. Fotometrik metod eritpediń anıqlanatuǵın komponentin daslep reńli birikpege aylantırıp keyininen sol málim qalıńlıqqa iye bolǵan reńli eritpe qabatınıń optikalıq tıǵızlıǵı (nur jutılıwı ) ni ólshewge tiykarlanǵan. Ximiyalıq basqısh, tiykarlanıp metoddıń analitik múmkinshiliklerin, anıqlıqtı, bayqaǵıshlıqtı, tańlap tásir etiwin hám analizni orınlaw ushın sarplanatuǵın waqtın anıqlaydı. Eger optikalıq tıǵızlıqtı ólshewde málim tolqın uzınlıqqa iye spektr nurlarınan paydalanılsa, ol halda bul metodtı spektrofotometrik usıl dep ataladı. Eger optikalıq tıǵızlıqtı ólshewde málim tolqın uzınlıqqa iye bolǵan birdey reńli (shama menen monoxromatik) nurdan paydalanılsa, ol halda bul metodtı fotokolorimetrik usıl dep ataladı. Spektrofotometr usıl fotokoloritmetrik usılǵa salıstırǵanda anıqlaw hám selektivroq esaplanadı, lekin quramalılaw hám qımbat bahalı ásbaplardı talap etedi. Fotokolorimetrik usıl hámme analitik parametrler boyicha spektrofotometrik usıldan orqada turǵanı menen, lekin fotometrik ásbaplardıń júdá ápiwayılıǵı hám arzanlıǵı menen ábzal bolıp tabıladı. Hámme fotometrik usıllar tiykarında Lamber - Buger - Berning nur yutilish nızamı jatadı. Bul nızamnıń matematikalıq ańlatpası tómendegi kóriniske iye:
A = E Cl
Bul jerde S - reńli eritpe koncentraciyası, mol/l;
l - eritpediń nurni utatuǵın qatlamı qalıńlıǵı, sm;
E - nur jutılıwınıń molyar sóndiriw koeffitsenti;
A - optikalıq tıǵızlıq.
Optikalıq tıǵızlıq ólshewsiz shama bolıp, ol eritpe qatlamına túsip atırǵan nur intensivligine qatnasınıń o'nli logarifmine teń
A = lg (i0/ ıyt)
Nur jutılıwınıń tiykarǵı nızamı tómendegi sharayatlaridagina jetkiliklishe hám qatań ámel etiledi:
eritpege túsip atırǵan nur qatań monoxromatik;
reńli eritpe jetkiliklishe kúshli suyultirilgan;
eritpediń anıqlanadigankomponenti tolıq turaqlı quramındaǵı reńli birikpege aylantırılǵan ;
eritpediń barlıq biygana komponentleri koncentraciyası hám tábiyaatı hámme jaǵdaylarda derlik ózgermeydi.
Molyar sóndiriw koeffitsenti eritpe qatlamınıń qalıńlıǵı 1 sm hám odaǵı reńli birikpediń koncentraciyası 1 mol/l bolǵandaǵı optikalıq tıǵızlıqtı xarakterleytuǵın shama bolıp tabıladı. Bul koeffitsent sol reńli ónimdiń málim tolqın uzınlıqqa iye bolǵan nurni jutıw uqıplıyatini kórsetiwshi tiykarǵı xarakter bolıp tabıladı. Onıń úlkenligi paydalanılıp atırǵan monoxromatik nurdıń tolqın uzınlıǵına baylanıslı. Bunday baylanısıwdıń grafik kórinisi bul reńli birikpediń yutilish spektri dep ataladı. Ye - qansha úlken bolsa, reńli birikpeni qóllawǵa tiykarlanǵan fotometrik usıldıń bayqaǵıshlıǵı da sonshalıq úlken boladı. Eń joqarı anıqlaw bayqaǵıshlıǵın támiyinlew ushın paydalaniletuǵın monoxromatik nurdıń sonday tolqın uzınlıqqa iye bolǵanı saylanadıki, bunday koeffitsent Ye maksimal bolıp eritpediń qalǵan barlıq komponentleri hám anıqlanatuǵın komponentti reńli birikpege aylantıratuǵın reaktivdiń artıqsha muǵdarı bunday tolqın uzınlıqqa iye bolǵan nurni yutmasligi kerek.
Shegaralanggan muǵdarda jaqtılıq filtrleri bolǵanda yamasa olar ótkeretuǵın jaqtılıq nurınıń tolqın uzınlıqları intervalı belgisiz bolǵanda hám usınıń menen birge anıqlanıp atırǵan reńli eritpe eń kóp utatuǵın nurdıń tolqın uzınlıǵı belgisiz bolǵanda, adbatta jaqtılıq filtrleri tájiriybe jolı menen saylanadı. Onıń ushın hár bir jaqtılıq filtri menen reńli eritpediń optikalıq tıǵızlıǵı olshenedi, keyininen eń úlken optikalıq tıǵızlıq belgilengen jaqtılıq filtri optimal retinde saylanadı.

Optikalıq tıǵızlıqtıń o'lchangan ma`nisi menen anıqlanatuǵın komponent koncentraciyasın anıqlaw ushın tómendegi usıllar qollanıladı :

bir yamasa eki standart menen salıstırıw usılı ;
dárejelengen grafik usılı ;
standart qosımsha qosıw usılı.
Bir yamasa eki standart eritpe menen salıstırıw usılınıń mánisi tómendegishe: bir waqtıniń ózinde anıqlanatuǵın elementtıń álikvot bóleginen reńli eritpe tayarlaw menen bir qatarda, tap sonday sharayatta standart eritpe álikvot bóleginen reńli eritpe sonday esap menen tayarlanadiki, bunda eki eritpede de anıqlanatuǵın komponent muǵdarı bir- birine jaqın boladı. Hár bir eritpediń optikalıq tıǵızlıǵı olshenedi, keyininen analiz etiletuǵın eritpediń álikvot bóleginen tayarlanǵan reńli eritpe degi belgisiz Sx koncentraciyadan tabıladı :
Sst : Sx = Ast : Ax
Bunda S st - standart eritpe degi anıqlanatuǵın komponentningma'lum koncentraciyası, Ax hám Ast - analiz etiletuǵın hám standart eritpelerden tayarlanǵan eritpeler optikalıq tıǵızlıqları. Eger Ax - dıń ma`nisi Ast - dıń ma`nisinen keskin parq qilsa ol halǵa jańa reńli standart eritpeni sonday tayarlaw kerek, bunda onıń optikalıq tıǵızlıǵı derlik Ax menen birdey bolsın. Bir standart menen teńlestiriw usılın bir komponent muǵdarın anıqlaw ushın shegaralanǵan sandaǵı analizlarni orınlawda qóllaw qolaylı esaplanadı.
Dárejelengen grafik usılın hár bir komponenttiń túrli úlgiler degi muǵdarın anıqlaw ushın kóp sanlı analizlarni orınlawda (sanaat kárxanalarında, meditsinada hám basqa tarawlarda ) qóllaw maqsetke muwapıq bolıp tabıladı. Bul usılda anıqlanatuǵın komponenttiń artıp baratuǵın koncentraciyaları tiykarında reńli standart eritpeler tayarlanıp, bir neshe málim ólshemli kyuvetalarga solinadi hám olardıń optikalıq tıǵızlıǵı fotometrik ásbapda olshenedi. Alınǵan nátiyjeler tiykarında grafik sızıladı, abscissa oǵına anıqlanatuǵın komponent koordinatsiyası, ordinata oǵına bolsa, tiyisli optikalıq tıǵızlıqlar ma`nisi túsiriledi. Hámme tayarlanǵan koncentraciyalar aralıǵinda Lamber - Buger - Ber nızamınan shekleniw bolmasa, ol halda grafikka túsirilgen noqatlar bir tuwrı sızıqta hám koordinata basınan ótedi. Keri jaǵdayda joqarı koncentraciyalı eritpelerde koordinata basınan ótkerilgen tuwrı sızıqtan, chetlanish boladı. Sol tárzde dárejelengen grafik dúziw nur jutılıwınıń tiykarǵı nızamı talabın orınlanıwı tekserip kóriledi. Tájiriybede tabılǵan hámme noqatlardıń koordinata basınan ótetuǵın bir tuwrı sızıqta jatıwına isenim payda etińanch, bul tuwrı sızıqtıń teńlemesi eń kishi kvadratlar usılı menen esaplanadı :
A = k Sst
Bul teńleme menen standart reńli eritpeler tayarlanǵan sharayatta analiz etiletuǵın eritpe bóleginen tayarlanǵan reńli eritpe degi anıqlanatuǵın komponenttiń koncentraciyası esaplanadı. «k» dıń ma`nisin eń kishi kvadrat usılı menen tómendegi formula menen esaplanadı :
Bunda Ai - tiyisli I - inchi standart eritpe optikalıq tıǵızlıǵı (nur jutılıwı );
Si - tiyisli I - inchi standart eritpe koncentraciyası, mg/ml;
P - standart eritpeler sanı ;
Standart qosımsha qosıw usılı tómendegishe atqarıladı. Eki birdey ólshew kolbalarına pipetka járdeminde analiz etiletuǵın eritpeden birdey kólemde alınadı. Keyininen ekinshi kolbaǵa pipetka járdeminde málim kólem degi anıqlanatuǵın komponenttiń standart eritpesi qosıladı. Keyininen hár bir kolbaǵa anıqlanatuǵın komponentti reńli birikpege aylantıratuǵın birdey muǵdardaǵı hámme zárúr reaktivler hám belgi sızıqqacha distillangan suw (qaysı erituvchidan paydalanılǵan bolsa, sol erituvchidan) qosıladı. Eki eritpe de aralastırıladı hám olardıń optikalıq tıǵızlıqları olshenedi. Analiz etiletuǵın eritpe degi anıqlanatuǵın belgisiz element yamasa ion koncentraciyası alınǵan nátiyjeler tiykarında tómendegi formula járdeminde esaplanadı :
Vst Cst
Sx = ------------------------- mg/ml
((A1/A2) – 1) – Vx
Bul jerde vx - analiz qılınıp atırǵan eritpe kólemi, ml;
vst - anıqlanıp atırǵan komponent standart eritpesiniń kólemi, ml;
Sst - anıqlanıp atırǵan komponent standart eritpesiniń koncentraciyası, mg/l yamasa mkg/l;
A1 - analiz qılınıp atırǵan eritpediń optikalıq tıǵızlıǵı ;
A2 - analiz qılınıp atırǵan komponent standart eritpesiniń optikalıq tıǵızlıǵı.
Fotometriya (foto... hám metriya) — fizikalıq optikalıqaning dereklerden shıǵıp, túrli ortalıqlarda tarqalatuǵın hám deneler menen óz-ara tásirlesetuǵın optikalıq nurlanıwdıń energetikalıq kórsetkishlerin úyrenetuǵın bólimi. Fotometriya fotometrik shamalardı ólshewdiń eksperimental usılları hám quralların xamda sol shamalarǵa tegi shli teoriyalıq qaǵıydalar hám x. isoblarni óz ishine aladı. Fotometriyaning tiykarǵı energetikalıq túsinigi nurlanıw aǵımı F (, bolıp, onıń fizikalıq mánisi elektromagnit nurlanıw tasıytuǵın ortasha quwat bolıp tabıladı. Tar mániste fotometriya dep, yoruglik shamaları sistemasına tiyisli (kórsetilgenlik, yoruglik kúshi, ayqınlıq hám t.b. ) shamalardı ólshew hám esaplaw túsiniledi. Fotometrik shamalardıń nurlanıw tolqın uzınlıǵına baylanıslılıǵın hám energetikalıq shamalardıń spektral tıǵızlıqların úyreniw spektrofotometriya hám de spektroradiometriya mazmunın quraydı. Fotometriyaning tiykarǵı nızamın I. Kepler 1604 jıl tariyplagan: Ye=1/R (bunda Ye — yoruglik kúshi / bolǵan jaqtılıq dáreginen / aralıqtaǵı kórsetilgenlik). Fotometriyani P. Buger eksperimental tiykarlab bergen. Modsalar hám denelerdiń fotometrik qásiyetleri ótkeriw koefficiyenti t, qaytarıw koefficiyenti r hám jutıw koefficiyenti a menen xarakterlenedi. Bir jiyemning ózi ushın t+r+a=1 munasábet orınlı. Nurlanıwdıń jińishke dástesi element arqalı ótiwinde nurlanıw aǵımınıń susayishi Buger — Lambert — Ber nızamı arqalı anıqlanadı.
Fotometriya usılları astronomiyada spektrning túrli diapazonlarında nurlanatuǵın kosmik dereklerdi izertlewde, jaqtılıq texnikasında, signalızatsiya texnikasında, astronomiya, astrofizika hám t.b. de qollanıladı.
Jaqtılıq tolqınları málim bir qalıńlıqtaǵı element (eritpe) arqalı ótkende energiyasınıń málim bir bólegin element elektronlardıń shayqalıwına sarplaydı, yaǵnıy elementtıń ishki energiyasın asıradı. Usınıń sebepinen jaqtılıq aǵımınıń intensivligi elementtan ótkennen keyin málim muǵdarda azayadı -sonday eken jaqtılıq elementda jutıladı. Element (eritpe) elektronlarınıń májburiy shayqalıwı yaǵnıy jaqtılıqtıń jutılıwı rezanons chastotasında júdá intensiv boladı. Bul tómendegi 1-suwretde keltirilgen. Buǵan yutilish iymek sızig'i dep ataladı.

Element (eritpe) tárepinen jaqtılıqtıń jutılıwın jetilisken kóreylik. Qalıńlıǵı l - bolǵan elementtan tolqın uzınlıǵı l - bolǵan parallel monoxromatik jaqtılıq aǵımı ótip atırǵan bolsın. Bunnan l d elementar qalıńlıqtı ajıratıp alamız
(2-rasm).

Elektromagnit nurlar tásirinde elementtı (nur shıǵarıw, nurni jutıw, tarqatıw, sındırıw, nurni qutblantirish) sıyaqlı optikalıq ózgesheliklerin ólshewge tiykarlanǵan usıllar analizdi optikalıq usılları dep ataladı. Optikalıq analiz usılları tómendegishe klassifikaciyalanadı : a) úyrenilip atırǵan ob'ektke kóre:
atom molekulyar spektral analiz
Elektromagnit nurlardıń element menen tásirlashuv ózgeshelikine kóre: Atom-adsorbsion analiz - gaz fazasında element atomlarınıń monoxromat nur jutıwı
Emission spektral analiz - element tárepinen shıǵarılıp atırǵan nur intensivligi Jalınlı fotometriya - qozǵawtıwshı gaz jalınsı tásirindegi nur taralıw Molekulyar absorbsion analiz - element molekulaları yamasa ionları tárepinen yutilgan nur muǵdarı Lyuminessent tahlil - lyuminessensiya intensivligini ólshew
Nefelometrik tahlil - dispers sistema shashıp atırǵan nur intensivligin Turbidimetrik analiz - dispers sistema arqalı ótken nur intensivligin ólshew hám basqalar.
2. Yorug'likni jutılıwı Lambert-Buger-Ber nızamına tiykarlanadı. Bul nızamǵa kóre: jaqtılıqnı jutılıwı jaqtılıq ótip atırǵan kyuveta qalıńlıǵına hám jaqtılıq yutuvchi element konsentraciyasına tuwrı proporsional.
lg Jo / J = k· C· l
A = k· C· l yoki A = 10 - k· C· l
A- optikalıq tıǵızlıq
Jo- kyuvetaga kiretuǵın nur intensivligi J - kyuvetadan shıǵıwshı nur intensivligi
k- jaqtılıqnı yutilish koefficiyenti ( εm yamasa E% ) S- konsentraciya l- kyuveta qalıńlıǵı
Optikalıq tıǵızlıqtıń fizikalıq mánisi: kiretuǵın hám shıǵıwshı nurlar intensivligi qatnasınıń logarifmi ma`nisine teń. Nızam qatań monoxromatik nur ushın tuwrı keledi. Nızamnan chetlanish sebepleri:
Ximiyalıq teń salmaqlılıqtıń jılısıwı ;
Polixromatik nur qollanganda;
Ásbap buzılǵanlıǵı áqibetinde bolıwı múmkin.
Fotokolorimetriya - tekseriliwshi eritpeden, monoxromatik bolmaǵan nur intensivligin fotoelektrokolorimetrde (FEK) fotoelement járdeminde ólshewge tiykarlanǵan. Mánisi: YOrug'lik dáreginen (shólg'am lampa ) shıǵıp atırǵan aralas aq nur reńli shıyshesheler (nursuzgich) járdeminde monoxromatlanadi hám tekseriliwshi eritpe qoyılǵan kyuvetadan ótkerilip, detektorda, yaǵnıy fotoelementda olshenedi. Házirgi waqıtta bir nurli hám eki nurli FEK lar bar.
Bir nurli FEK dıń dúzilisi.
1. Kórinetuǵın tarawdaǵı nurlar dáregi - shólg'am lampa, 400 - 700 nm; 2. Nur qalash ; 3. Kyuveta tutqıshları ; 4. Fotometrik ayna ; 5. Fotoelement; 6.

Registrator

Fotokolorimetrik usılda analiz ótkeriliwi ushın tómendegi talaplar orınlanıwı shárt:
1. Eritpeler álbette reńli bolıwı, eger reń intensivligi kem bolsa, reagent tásirinde onı kúsheytiw kerek. Mısal :
Cu+2 + 4 NH3 → [Cu (NH3) 4]+2
xavo jaqtı kók
FEK de eritpeni reńine kóre nursuzgich saylanadı 3. K (400-700 nm) tarawı bolǵan nurlardan paydalanıladı [7].
4. Nur yutilish qonuniga bo'ysinishi, A~C.
FEK de monoxromatlash dárejesi 30 -50 nm ni quraydı. Bul usıldıń anıqlıǵı hám qaytalıǵın azaytadı. Salıstırmalı qátelik ± 3%. Usıl járdeminde reńli, tinik eritpeler analiz etiledi.
FEK ni kolorimetriyadan parqı.
1. FEK de jaqtılıq nurı nursuzgich menen filtrlenedi hám kórinetuǵın nur tarawinen ma'lum bir rangli nurni ajratib beradi; 2. FEK de eritpe tárepinen yutilgan nur muǵdarı jaqtılıq energiyasın fototokka ótkeriwshi arnawlı detektor - fotoelement menen olshenedi. FEK ni dúzilisi
1.- 400-700 nm kórinetuǵın polixrom nurlar taratuvchi shólgam lampası
2. Aynalar
Polixrom jaqtılıqtan birdey reńli jaqtılıqnı tańlap beretuǵın, selektor wazıypasın orınlawshı nursuzgichlar.
4. Kyuvetalar - optikalıq shıysheden jasalǵan hám analiz eritpe salınatuǵın, anıq qalıńlıqtaǵı ıdıslar
5. Optikalıq tıǵızlıq ólshenerlik 5 k - kompensatsion,
5 a - ólshew diafragmalar.
6. Fotoelementlar.
7. Galvanometr yamasa milliampermetr.

Tikkeley fotometriyada anıqlanıwshı element eritpesiniń optikalıq tıǵızlıǵı salıstırma eritpege salıstırǵanda olshenedi. Analiz etiletuǵın eritpe optikalıq tıǵızlıǵı noldan (ádewir ulken (0, 1-1, 0) bolǵan salıstırma eritpege salıstırǵanda ólshenerlik usıl differensial fotometriya dep ataladı [8, 9].
Ax = Ak + A1
Sx = Sk + S1

Sk - reńli, kontrol standart eritpe konsentraciyası, Ak - onıń optikalıq tıǵızlıǵı, S1 - qosılǵan standart eritpe konsentraciyası, A1 - oǵan tiyisli optikalıq tıǵızlıq.