Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Знания, полученные по данной теме, необходимы для понимания принципа действия фотоэлектроколориметра, широко применяемого в клинической лаборатории оптического прибора для колориметрических методов биохимических исследований.

ЦЕЛЬ: Изучить способ измерения концентрации раствора методом концентрационной колориметрии.

Для реализации цели необходимо:

а) Изучить литературу по теме работы, раздел «Поглощение и рассеяние света».

б) Ответить на вопросы.

1. Как формулируется закон Бугера?

2. Как записывается дифференциальное уравнение закона Бугера, какой физический смысл имеют входящие в него величины?

3. В каком виде записывается интегральное уравнение закона Бугера, смысл входящих в него величин?

4. Что называется молярным коэффициентом поглощения, как он зависит от длины волны света?

5. что называется коэффициентом пропускания раствора, как он выражается аналитически и от чего зависит?

6. Что называется оптической плотностью раствора, как она выражается аналитически и от чего зависит?

7. В чем заключается метод относительной колориметрии?

8. Какие основные элементы входят в состав оптической схемы колориметрии?

9. Как определяется неизвестная концентрация по известной концентрации раствора одного и того же вещества с помощью колориметра?

10. В каких медико-биологических исследованиях применяют фотоколориметр?

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

При пропускании света через слой вещества его интенсивность уменьшается. Уменьшение интенсивности является следствием взаимодействия световой волны с частицами (атомами и молекулами) вещества, в результате которого часть световой энергии передается веществу. Это явление получило название поглощения света.

Установим закон поглощения света веществом.

Пусть через однородное вещество проходит пучок параллельных монохроматических лучей длиной волны l. Выделим элементарный слой вещества толщиной (рис. 1). При прохождении света через такой слой его интенсивность I уменьшается. Изменение интенсивности пропорционально интенсивности падающего света и толщине слоя

где - монохроматический натуральный показатель поглощения, зависящий от свойств среды. Знак "-" означает, что интенсивность света уменьшается.

Найдем интенсивность света, прошедшего слой вещества толщиной , если интенсивность входящего в слой света . Для этого проинтегрируем выражение (1), предварительно разделив переменные

.

(2)

Это закон Бугера. Он показывает, что интенсивность света уменьшается в геометрической прогрессии, если толщина слоя возрастает в арифметической прогрессии.

Натуральный монохроматический показатель поглощения является величиной, обратной расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в результате поглощения в среде в е раз.

Иногда закон Бугера записывается в виде

где - десятичный монохроматический показатель поглощения.

Свет различных длин волн поглощается веществом различно, поэтому показатели поглощения и зависят от длины волны.

Монохроматический натуральный показатель поглощения раствора поглощающего вещества в непоглощающем растворителе пропорционален концентрации С раствора (закон Бера):

где и - натуральный и десятичный монохроматические показатели поглощения, отнесенные к концентрации вещества.

Закон Бера выполняется только для разбавленных растворов. В концентрированных растворах он нарушается из-за влияния взаимодействия между близко расположенными молекулами поглощающего вещества. Подставляя выражения (3) в (2), получим закон Бугера- Ламберта- Бера:

Отношение называется коэффициентом пропускания. Оптическая плотность вещества равна

ln

ln

.

(5)

Из выражений (4) и (5) получаем

Закон Бугера- Ламберта- Бера лежит в основе концентрационной колориметрии: фотометрических методов определения концентрации вещества в поглощающих окрашенных растворах. В концентрационной колориметрии используются методы, связанные с той или иной формой фотометрии, то есть изменением интенсивности света.

На практике молярные коэффициенты разных веществ, как правило неизвестны, поэтому определение концентрации вещества в растворе производят относительным методом. В относительном методе используют двухлучевую схему измерений, которая реализована в фотоэлектроколориметре.

ЗАДАНИЕ, ВЫПОЛНЯЕМОЕ В ЛАБОРАТОРИИ.

Найти зависимость поглощения света в заданном растворе от длины волн, определить длину волны максимума поглощения. Построить калибровочный график, используя свет с длиной волны, равной для нескольких растворов, и по этому графику найти неизвестную концентрацию.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Для проведения исследований используется фотоэлектроколориметр КФК-2-YXL 4.2 (рис. 3) и набор растворов одного и того же вещества с разными концентрациями, концентрации растворов указаны на колбах.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Фотометрический анализ включает спектрофотометрию, фотоколориметрию и визуальную фотометрию, которую обычно называют колориметрией.

Каждое вещество поглощает определенные (характерные только для него) длины волн, т. е. длина волны поглощаемого из­лучения индивидуальна для каждого вещества, и на этом осно­ван качественный анализ по светопоглощению.

Основой количественного фотометрического анализа является закон Бугера - Ламберта -Бера:

где I 0 , I – интенсивности потоков света, направленного на по­глощающий раствор и прошедшего через него; с - концентрация вещества, моль/л; l - толщина светопоглощающего слоя, см; ε - молярный коэффициент светопоглощения.

Из уравнения (13.1) следует (I / I 0 ) = 10 – ε lc , откуда

lg(I/I 0 ) = – ε lc, или –lg(I/I 0 ) = А = εlc,

где А - оптическая плотность раствора.

Часто используют также величину, называемую пропуска­нием, Т:

.

Пропускание связано с оптической плотностью раствора со­отношением

–lgT = – lg (I / I 0 ) = A . (2)

Из уравнений (13.1) и (13.2) получается еще одно выражение для закона Бугера-Ламберта-Бера:

А = ε 1с. (3)

Графически зависимость оптической плотности от концент­рации окрашенного вещества, если выполняется закон Бугера- Ламберта-Бера, выражается прямой, проходящей через начало координат. Эта зависимость соблюдается при выполнении опре­деленных условий (работа с разбавленными растворами, моно­хроматичность падающего света и т. д.).

Возможности современных измерительных приборов тако­вы, что позволяют измерять величину А от 0,02 до 3,0. Однако для получения удовлетворительных по точности результатов зна­чения измеряемой оптической плотности должны находиться в пределах 0,05 А

Для определения концентрации анализируемого вещества наиболее часто используют следующие методы: 1) метод моляр­ного коэффициента светопоглощения; 2) метод градуировочного графика; 3) метод добавок; 4) метод дифференциальной фотомет­рии; 5) метод фотометрического титрования.

Фотометрическим методом можно определять также компо­ненты смеси двух и более веществ. Эти определения основаны на свойстве аддитивности оптической плотности:

А см =А 1 +А 2 +…+A n

А см =l(ε 1 с 1 + ε 2 с 2 +… ε n с n).

где А см - оптическая плотность смеси; A 1 , ε 1; с 1 - соответствен­но оптическая плотность , молярный коэффициент светопоглоще­ния и концентрация первого компонента смеси; А 2 , ε 2 , с 2 - те же величины для второго компонента смеси и т. д.

Расчет концентрации веществ, находящихся в смеси, мо­жет быть выполнен либо графическим, либо аналитическим ме­тодом.
Общие рекомендации по выполнению лабораторных работ.

При выполнении настоящего практикума , необходимо:

• 
  cтрого следовать методике приготовления растворов (соблюдайте порядок сливания реагентов, поддерживайте нужную кислотность);
• 
  выполнять правила приготовления растворов, отбора аликвот, измерения объемов и пр.;
• 
  соблюдать чистоту кювет для измерения светопоглощения. Перед заполнением кювету ополаскивают небольшой порцией исследуемого раствора во избежание его разбавления остатками воды после промывания кюветы;
• 
  кювету заполнять до такого уровня, чтобы весь световой поток проходил через слой раствора. Кюветы устанавливать в строго определенное положение во избежание «кюветной» ошибки;
• 
  ознакомиться с описанием прибора и порядком измерений ;
• 
  по окончании работы выключить прибор, вымыть посуду и кюветы и сдать их лаборанту. Привести в порядок рабочее место.

Порядок работы на фотоэлектроколориметре ФЭК-56М
Прибор предназна­чен для измерения оптиче­ской плотности растворов пределах от 0 до 1,3; большие оптические плотности измеряются менее точно.

Принцип работы фотоэлектроколориметров состоит в сравне­нии интенсивности потоков света, прошедшего через раствори­тель (I 0) и через исследуемый раствор (I). Внешний вид и оптическая схема ФЭК-56М представлена на рис. 4 и 5.

Рис. 4. Внешний вид фотоэлектроколориметра ФЭК-56М: 1 – источник света (лампа накаливания); 2 – шторка; 3 – кюветное отделение; 4 – барабан светофильтров; 5, 6 – левый и правый барабаны; 7 – микроамперметр; 8 , 9 – шкалы для считывания показаний .
Для измерения светопоглощения выбирают спектральную область, в которой чувствительность анализа наиболее высокая. Фотоэлектроколориметр ФЭК-56М снабжен кассетой с девятью светофильтрами (табл.6). При выборе светофильтра необходимо знать области поглощения света веществом (его спектр).

Таблица 6

Характеристики светофильтров

№ светоф.	Длина волны в максимуме пропускания, нм	Ширина полосы пропускания, нм
1	290 – 340	35
2	340 – 390	25
3	360 – 440	45
4	400 – 480	40
5	455 – 525	35
6	510 – 565	25
7	565 – 615	25
8	640 – 690	20
9	730 – 770	20

Как известно, ощущение цвета возникает в результате воздействия на зрительный нерв электромагнитного излучения с длинами волн 380-760 нм (т. н. видимая часть спектра). Суммарное действие электромагнитных излучений во всем указанном интервале вызывает ощущение белого цвета. При отсутствии в видимой части спектра определенного интервала длин волн возникнет ощущение цветности. Если вещество поглощает луч какого-либо цвета (назовем его спектральным), оно окрашивается в так называемый дополнительный цвет. Именно он возникает в зрительном аппарате , если из белого луча изымается спектральный цвет. Например, если вещество поглощает свет с длиной волны 590 нм (желтый), то оно окрашено в синий цвет (425 нм).

В соответствии с вышесказанным, цвет светофильтра должен являться дополнительным по отношению к окраске раствора (табл.7).

Таблица 7

Соотношение окраски растворов и характеристики светофильтров

Окраска раствора	Поглощаемая длина волны, нм	Цвет светофильтра	Длина волны пропускаемого света, нм
Зеленовато-желтая	400	Фиолетовый	400 – 430
Желтая	425	Синий	420 – 450
Оранжевая	450	Зеленовато-синий	430 – 460
Красная	490	Синевато-зеленый	460 – 500
Пурпурная	510	Зеленый	490 – 530
Фиолетовая	530	Зеленовато-желтый	520 – 550
Синяя	590	Желтый	590
Сине-зеленая	640	Красный	600 – 650

Рис. 5. Оптическая схема ФЭК-56М. 1 – ; 2 – сменный светофильтр; 3 – призма; 4 – зеркала; 5 – кюветы с растворами; 6 – раздвижные диафрагмы с измерительными барабанами; 7 – фотоэлементы; 8 – усилитель; 9 – микроамперметр.

Порядок работы на приборе ФЭК-56М:

1. 
   Включить блок питания и лампу накаливания за 30 минут до начала измерений для предварительного прогрева.
2. 
   Световые пучки перекрыть шторкой.
3. 
   Рукояткой «нуль» установить стрелку микроамперметра на «0».
4. 
   С помощью рукоятки с цифрами 1- 8 (левая панель) устанавливают нужный светофильтр.
5. 
   Правый и левый барабаны устанавливают на «0» по шкале светопропускания (черного цвета).
6. 
   Открывают шторку. Положение стрелки микроамперметра не должно измениться. Закрывают шторку.
7. 
   На пути левого светового пучка устанавливают кювету с растворителем на все время измерений. На пути правого пучка кювету с исследуемым раствором и рядом еще одну кювету с растворителем. Все кюветы должны быть одинаковыми.
8. 
   Правый барабан устанавливают на 100 делений по шкале светопропускания (черная).
9. 
   Открывают шторку и вращением левого барабана устанавливают стрелку микроамперметра на «0».
10. 
    Поворотом рукоятки заменяют кювету с исследуемым раствором на кювету с растворителем на пути правого пучка света. Стрелка микроамперметра смещается. Вращением правого барабана вновь выводят стрелку на «0» (левый барабан остается в прежнем положении). По красной шкале правого барабана отсчитывают величину оптической плотности исследуемого раствора за вычетом оптической плотности растворителя при данном светофильтре. Измерения проводят три раза , данные записывают в журнал.

Описанный порядок измерений (растворитель → раствор → растворитель) позволяет исключить ошибку, связанную с нелинейностью характеристик фотоэлементов, т.к. потоки света, поступающие на фотоэлемент, остаются неизменными как в начале, так и в конце измерения.

Во время измерений барабаны следует подводить к нужному положению каждый раз с одной и той же стороны , чтобы исключить люфт в механизме.

По окончанию работы закрывают шторку, выключают электропитание, вынимают кюветы, промывают их дистиллированной водой, сушат и убирают в футляр.

Лабораторная работа № 7

в виде тиоцианатных комплексов

Метод основан на образовании интенсивно окрашенных комплексов железа (III) с тиоцианат-ионами. В зависимости от рН и концентрации реагента образуются комплексные соединения с разным количеством лигандов: от 2+ до 3– , причем их спектральные характеристики различны. Поэтому для получения воспроизводимых и точных результатов следует обеспечить постоянство концентрации (желательно большой) тиоцианат-ионов во всех растворах. При соблюдении этого условия растворы тиоцианатных комплексов железа подчиняются закону Бугера-Ламберта- Бера в широком диапазоне концентраций железа. Выбрав светофильтр и фотометрируя анализируемый раствор, можно точно определить концентрацию ионов железа по предварительно построенному калибровочному графику.

Реактивы. Железоаммонийные квасцы NH 4 Fe(SO 4) 2 ∙12Н 2 О, стан­дартный раствор с содержанием железа 0,15 мг/мл (раствор 1). Тиоцианат калия (аммония) KSCN (NH 4 SCN), 10% -й раствор. Хлороводородная кислота НС1, 2М раствор.

Посуда. Колбы мерные (50 и 100 мл). Пипетка (20 мл). Бюретка (25 мл).
Порядок выполнения работы:

1.Выбор светофильтра

Необходимо выбрать такой светофильтр, чтобы поглощение света раствором тиоцианатных комплексов железа было максимальным.

Приготовление раствора тиоцианатных комплексов железа

20 мл стандартного раствора железо-аммонийных квасцов NH 4 Fe(SО 4) 2 с концентрацией железа 2 мг/мл, подкислен­ного соляной кислотой, вносят пипеткой на 20 мл в мерную кол­бу на 100 мл и при перемешивании доводят до метки дистиллиро­ванной водой. Этим раствором (назовем его №1), имеющим кон­центрацию железа 0,4 мг/мл, будем пользоваться для приготов­ления всех растворов железа (III) в данной работе.

10 мл раствора №1 вносят в мерную колбу на 50 мл, под­кисляют 5 мл 2М HCl, добавляют 5 мл 10% -ного раствора тиоцианата аммония NH 4 SCN и при перемешивании доводят до метки дистиллированной водой.

На фотоэлектроколориметре ФЭК-56М, пользуясь кюветами на 10 мм, измеряют оптическую плотность этого раствора при всех девяти светофильтрах. Полученные данные заносят в журнал в виде таблицы.

По этим данным строят кривую светопоглощения в координатах оптическая плотность – номер светофильтра (длина волны) и по графику выбирают такой светофильтр, при котором оптическая плотность максимальна.
2. Построение калибровочного (градуировочного) графика

оптическая плотность - концентрация железа
Приготовление растворов тиоцианата железа с различной концентрацией железа

В три мерные колбы на 50 мл вводят соответственно 5, 8, 10 мл раствора № 1 (концентрация железа (III) в котором 0,4 мг/мл). В каждую из колб добавляют для подкисления по 5 мл 2М HCl и по 5 мл 10%-ного раствора тиоцианата аммония (или калия), при перемешивании растворы доводят до метки дистиллированной водой.

Затем проводят измерения оптических плотностей растворов на ФЭК – 56М при выбранном светофильтре. Данные измерений зано­сят в журнал. На основании этих данных строят градуировочный график в осях оптическая плотность (ось ординат) - концентрация железа (ось абсцисс).

В данной работе измерения оптической плотности растворов на ФЭК-56М можно проводить как с пустой кю­ветой на пути второго луча (луча сравнения), так и с кюветой заполненной растворителем (с добавками). В первом случае градуировочный график не пойдет через начало координат, во вто­ром случае должен проходить через начало координат. Оба способа измерений для данной работы пригодны, но при этом следует применять его как для построения градуировочного графика, так и при измерении оптической плотности исследуемого раствора.

3.Определение железа в исследуемом растворе

Анализируемый раствор (задача) в колбе вместимостью 100 мл (V 1 ) доводят до метки водой. 20 мл (V п ) этого раство­ра вводят в колбу на 50 мл (V 2 ), добавляют 5 мл 2М НС1, 5 мл 10% раствора тиоцианата калия (аммония) и до­водят до метки дистиллированной водой при перемешивании. Измеряют оптическую плотность этого рас­твора при выбранной длине волны. С помощью градуировочного графика определяют концентрацию железа. Рассчитывают массу железа в исследуемом растворе , учитывая все произведенные разбавления.

Лабораторная работа № 8

Фотометрическое определение железа

с сульфосалициловой кислотой

Железо (III) образует с сульфосалициловой кислотой ряд комплексов, состав и окраска которых зависят от кислотности раствора. При рН = 3 образуется соединение фиолетового цвета состава 1:1. Светопоглощение этого комплекса максимально при 510 нм (ε = 1600). При рН = 4 – 9 образуется соединение состава 1:2, имеющее красный цвет, а при рН = 9 – 11,5 – желтое комплексное соеди­нение состава 1: 3 (λ мах = 416 нм, ε = 4000). При рН =12 комп­лекс разлагается с выделением гидроксида железа.

Железо(II) не образует окрашенных соединений с сульфосалициловой кислотой. Однако в аммиачной среде Fe(II) легко окисляется до Fe(III), поэтому в этих условиях можно определять суммарное содержание железа. Определение содержания железа выполняется фотометрическим методом по реакции образования желтого комплекса с сульфосалициловой кислотой в аммиачной среде. При изменении кислотности может получиться комплекс другого состава, имеющий фиолетовую или розо­вую окраску. В этом случае в колбу , где проходит колориметрическая реакция, следует добавить больше аммиака - столько, сколько нужно для появления желтой окраски.

Реактивы. Кислота сульфосалициловая C 7 H 6 O 6 S, 25%-й раствор. Квасцы железоаммонийные NH 4 Fe(SO 4) 2 ∙ 12H 2 O (к). Аммиак NH 3 , вод­ный 10% -й раствор. Кислота серная H 2 SO 4 (х.ч.) 0,05М раствор.

Посуда. Пипетка градуированная (10 мл) и простая (2 мл). Колбы мерные (50 и 100 мл). Цилиндры мерные (10 и 25 мл).

Аппаратура. Фотоэлектроколориметр ФЭК–56М.
Порядок выполнения работы:

1.Приготовление стандартных растворов сульфосалицилата железа.

В мерные колбы на 50 мл поместить 0, 2, 4, 6, 8 и 10 мл стандартного раствора железо-аммонийных квасцов , в каждую колбу добавить 3 мл раствора сульфосалициловой кислоты, 1 мл серной кислоты и довести до метки дистиллированной водой.

2. Снятие спектра поглощения сульфосалицилата желе­за, выбор светофильтра и расчет молярного коэффициента светопоглощения.

Самый концентрированный раствор наливают в кювету фотоэлектроколориметра (l = 1 см); в качестве раствора сравнения берут во­ду. Измеряют оптическую плотность полученного раствора для всех све­тофильтров или в диапазоне длин волн 400 – 600 нм. Строят кривую светопоглощения в координатах оптическая плотность – длина волны и выбирают для дальнейшей работы светофильтр, соответствующий максимуму поглощения света окрашенным со­единением (λ max ).

По данным измерений рассчитывают молярный коэффици­ент светопоглощения сульфосалицилатного комплекса железа при λ тах .

,

где А m ах - оптическая плотность окрашенного раствора при дли­не волны λ тах ; l – толщина светопоглощающего слоя (здесь l = 1 см); с компл - концентрация комплексного соединения желе­за (она равна концентрации железа в окрашенном растворе), моль/л.

3. Построение градуировочного графика. Для построения градуировочного графика измеряют оптическую плотность приготовленных стандартных растворов железоаммонийных квасцов, содержа­щих различные количества железа.

Измеряют оптическую плотность стан­дартных растворов (А ст ) в выбранных условиях (три параллельных измерения для каждого раствора) и строят градуировочный график в координа­тах оптическая плотность – концентрация железа . Данные представляют в виде таблицы.

С(Fe 3 +), мг/мл	Оптическая плотность А
	А 1	А 2	А 3	А ср
С 1
С 2
С 3
С 4
С 5

3. Фотометрирование исследуемого раствора. Полученную задачу в колбе на 50 мл (V 1 ) довести до метки дистиллированной водой. Перемешать, отобрать аликвоту 10 мл (V п ) и поместить ее в колбу на 50 мл (V 2 ), добавить 3 мл сульфосалициловой кислоты, 1 мл серной кислоты и довести до метки дистиллированной водой. Измерить оптическую плотность А х (три параллельных определения) при выбранном светофильтре (l = 1 см). Концентрацию железа в исследуемом растворе (с х ) определить по градуировочному графику. Рассчитать содержание ионов железа в полученной задаче.

Контрольные вопросы:

1. Какая область значений оптической плотности при работе на ФЭК-56М является опти­мальной и почему?

3. Если значение оптической плотности анализируемого раствора вышло за пределы интервала оптимальных значений, как следует изменить условия , чтобы добиться оптимального значения оптической плотности?

4. Как выбрать «на глаз» подходящий светофильтр для измерения оптической плотности раствора, руководствуясь только его окраской? Какой светофильтр следует использовать при фотометрировании синих растворов?

5.В каких координатах строят кривую светопоглощения (спектр) вещества?

5. Какие экспериментальные данные нужны для построения градуировочного графика?

7. Сформулируйте закон Бугера–Ламберта–Бера? Дайте определение оптической плотности, коэффициента пропускания, молярного коэффициента светопоглощения.

9. В чем состоит принцип работы приборов для измерения оптиче­ской плотности?

При фотоколориметрическом определении учитывают изменение интенсивности света, прошедшего через раствор. ФЭК-М используется при определении активности некоторых ферментов, под влиянием которых происходит изменение (окрашивание) субстрата. При этом сравнивают не окраску двух растворов, а их экстинкцию - величину, характеризующую ослабление света при прохождении его через некоторую среду, обусловленное поглощением или адсорбцией и рассеиванием света мелкими частицами или молекулами самой среды. Это делается при помощи ряда приспособлений и устройств.
Построение калибровочных кривых. При фотоколориметрических определениях пользуются калибровочными кривыми, выражающими зависимость оптической плотности и пропускания света от концентрации раствора. Определяют оптическую плотность исследуемого раствора и по калибровочной кривой находят соответствующие им концентрации.
Серию стандартных растворов исследуемого вещества готовят из одного исходного раствора известной концентрации. Для каждого раствора находят величину оптической плотности Д. Компенсирующей жидкостью (контролем) в этих определениях служит растворитель. Измерения Д производятся при соответствующем светофильтре в кюветах определенной длины (10-30 мм).
Полученные результаты изображаются графически. На оси абсцисс откладывают концентрацию растворов, на оси ординат - соответствующие им значения оптической плотности.
Вычерчиваются кривые, которыми в дальнейшем пользуются для определения концентрации исследуемого вещества в растворе.
Прибор работает по принципу уравнения двух световых потоков в результате изменения ширины щели, через которую проходит один световой поток; на пути второго помещаются клинья, поглощающие часть света (рис. 18). Световые пучки от лампы J1, отразившись от зеркал З1и З2 проводят через светофильтры С1 и С2, кюветы А1 и А2 и попадают на фотоэлементы Ф1 и Ф2, включенные с гальванометром Г по дифференциальной схеме, т. е. так, что при равенстве интенсивности световых пучков, падающих на фотоэлементы, стрелка гальванометра стоит на нуле. Интенсивность правого светового потока регулируется изменением ширины щели диафрагмы Д, которая связана с двумя барабанами, находящимися на одной оси. Вращением барабанов меняют ширину щели. Интенсивность лево», го потока можно изменить при помощи круговых фотометрических клиньев К.

В корпусе 1 смонтированы основные части прибора (рис. 19): осветитель, оптическая система, держатели кювет, фотометрические клинья, селеновые фотоэлементы, стрелочный гальванометр и лупа для рассматривания шкалы гальванометра, измерительная диафрагма с отсчетными барабанами и узел цветных светофильтров (рис. 20).

Осветитель состоит из лампы накаливания с патроном. Держатели кювет установлены на пути прохождения световых пучков. Каждый держатель имеет три гнезда для установки в них кювет. Держатели кювет могут поворачиваться вокруг оси и фиксироваться в трех положениях упорами, расположенными под углом 120°.
Прибор имеет четыре светофильтра: бесцветный, зеленый, синий, красный. Они обозначены цифрами 1, 2, 3, 4 на рукоятке 15, служащей для установки фильтров.
Интенсивность левого потока изменяют при помощи двух фотометрических клиньев; один из них предназначен для грубой настройки, другой - для точной. Клин грубой настройки приводится во вращение при помощи рукоятки 6, а клин точной настройки - рукоятки 7.
Наблюдение за стрелкой гальванометра проводится через лупу 10, освещаемую лампой 11. Для переключения гальванометра на большую или меньшую чувствительность служит рукоятка 16. Цифры 0, 1, 2 указывают, на какую чувствительность включен гальванометр: 1 - на малую, 2 - на большую чувствительность, 0 - гальванометр выключен.
Интенсивность правого потока лучей изменяется щелевой диафрагмой - прямоугольником, две боковые грани которого могут перемещаться навстречу друг другу, уменьшая ширину щели от максимального значения до нуля.
Измерение ширины щели производят вращением отсчетных барабанов, помещенных на одной оси. На каждом барабане нанесены две шкалы 13 - шкала коэффициента пропускания и шкала оптической плотности. На левом барабане 12 шкала светопропускания нанесена таким образом, что 100% коэффициента светопропускания соответствует максимальному раскрытию щелевой диафрагмы, а 0% - полному ее закрытию. Шкала коэффициента светопропускания равномерная. На правом барабане шкала нанесена иначе: 100% коэффициента светопропускания соответствует минимальному раскрытию щели, а 30% - максимальному. Шкала коэффициента пропускания неравномерная и поэтому при отсчетах в области измерения 70- 30% дает большую точность, чем шкала левого барабана. Отсчеты по шкале производят через окна 13.
К прибору прилагаются два ящика с набором кювет (кюветы имеют расстояние между рабочими гранями 1, 3, 5, 10, 20, 30, 50 мм).
Перед началом работы необходимо арретировать гальванометр и поставить рукоятку 8 гальванометра и барабаны отсчетов на нуль. Рукоятку гальванометра переводят в положение «открыто». При помощи рукоятки 8 устанавливают гальванометр на нуль. Включают прибор в сеть. Закрывают световые пучки шторками 3, через 15 мин после включения проверяют, стоит ли стрелка гальванометра на нуле. Во избежание поломки гальванометра при положении рукоятки 9 «закрыто» нельзя вращать рукоятку 8. Открывают шторки на пути лучей, ставят нужный светофильтр. Через 20 мин после начала освещения фотоэлементы (шторки открыты) начинают работу. В первые минуты после включения прибора в сеть он дает недостаточно стабильные результаты. При непродолжительных перерывах в работе не следует выключать прибор и закрывать световые пучки.
Определение можно производить двумя способами.
Первый способ. На пути правого пучка лучей света помещают кювету с исследуемым раствором, на пути левого - кювету (той же рабочей длины) с растворителем. Прибор закрывают крышкой 2.
Совмещают нуль шкалы оптической плотности левого барабана (100% по шкале светопропускания) с неподвижной чертой окна 13. Щелевая диафрагма имеет при этом максимальную ширину. Рукоятку 16 гальванометра переводят в положение 1, т. е. на малую чувствительность. Вращением рукоятки 6 клина грубой настройки стрелку гальванометра устанавливают на нуль. Затем переводят рукоятку гальванометра на большую чувствительность (положение 2) и, вращая рукоятку 7 клина точной настройки, снова устанавливают стрелку гальванометра на нуль.
После этого рукоятку 16 гальванометра, переводят на нуль. Поворотом рукоятки 4 держателя 5 на пути правого пучка света помещают кювету с растворителем, переводят рукоятку гальванометра 16 в положение 1 и вращением измерительных барабанов стрелку гальванометра вновь устанавливают на нуль. Затем переводят рукоятку в положение 2 и окончательно устанавливают стрелку гальванометра на нуль. Величина оптической плотности раствора отсчитывается по левому барабану.
Измерения следует повторить несколько раз, подводя стрелку гальванометра к нулю то слева, то справа. Из полученных отсчетов вычисляют среднее значение оптической плотности.
Второй способ. На пути правого и левого пучков света помещают кюветы с растворителем. Совмещают нуль шкалы оптической плотности правого барабана с неподвижной чертой окна 13. Щелевая диафрагма имеет при этом минимальную ширину. Вращением круговых фотометрических клиньев устанавливают стрелку гальванометра на нуль. Затем на пути правого пучка света помещаются кюветы с исследуемым раствором. Вращением измерительных барабанов увеличивают ширину щелевой диафрагмы и устанавливают стрелку гальванометра снова на нуль. Величина оптической плотности отсчитывается по правому барабану.
При любом способе работы всегда следует строго придерживаться вышеописанного порядка: работу начинают при включении гальванометра на малую чувствительность и после уравнения световых потоков переходят на большую.
Выбранного способа измерения следует придерживаться в течение всей работы с данным веществом.
После окончания работы рукоятку гальванометра ставят на нуль, барабаны отсчетов также устанавливают на нуль и арретируют гальванометр. Выключают прибор.
Примечания: 1. С оптических деталей (лампы, зеркала, светофильтры) пыль снимается при помощи мягкой салфетки. Загрязнение оптических деталей приводит к снижению чувствительности прибора.
2. Кюветы рекомендуется закрывать крышками, что является обязательным при работе с дымящимися жидкостями (соляная кислота и др.).

В корпусе прибора имеются осветительная и оптическая системы, кюветодержатели, фотоэлементы, электрическая сеть с микроамперметром.

Осветительная система включает осветитель, который крепится к задней стенке корпуса прибора. В осветителе установлены лампа накаливания и лампа ультрафиолетового излучения. К осветительной части прибора относятся также призма, разделяющая световой поток на два луча, конденсоры и зеркала, отражающие свет двумя параллельными пучками.

Световые пучки перекрываются шторкой, преграждающей путь света в направлении фотоэлемента. Открывается и закрывается шторка рукояткой.

К оптической системе прибора относятся светофильтры, линзы, раздвижные диафрагмы. Девять стеклянных светофильтров попарно вмонтированы в диск, укрепленный на задней стенке корпуса прибора. Светофильтры обозначены номерами в соответствии с длинами волн, максимально пропускаемых данным фильтром.

Для включения светофильтра в световой пучок поворачивают диск рукояткой. Цифры на шкале показывают, какие светофильтры включены. Рабочее положение светофильтра фиксируется.

Раздвижные диафрагмы состоят из нескольких металлических пластин, образующих прямоугольник, боковые грани которого могут передвигаться навстречу друг другу, уменьшая ширину щели от максимального открытия до нуля. Этим регулируется световой поток, падающий на фотоэлементы. Боковые грани диафрагм приводятся в движение поворотом отсчетных барабанов. На каждом барабане нанесено две шкалы. Черная шкала - шкала светопропускания - показывает интенсивность светового потока, проходящего через диафрагму. Эта интенсивность пропорциональна ширине щели. Красная шкала показывает оптическую плотность вещества, или степень поглощения им света, между величиной которой и концентрацией вещества в окрашенном растворе существует прямо пропорциональная зависимость.

Шкала светопропускания нанесена так, что 100% светопропускания соответствует максимальному раскрытию раздвижной диафрагмы, а нуль -полному ее закрытию. Нулевая точка красной шкалы находится на уровне отметки 100% черной шкалы. Красная шкала неравномерна.

В приборе имеются два кюветодерлсателя, вставленные в каретки. В правом кюветодержателе устанавливаются две кюветы. Перемещение кювет в правом световом пучке проводится поворотом рукоятки. Левый кюветодержатель имеет гнездо только для одной кюветы.

К прибору прилагаются 4 набора кювет. Каждый из них содержит 7 пар кювет с различными расстояниями между рабочими гранями, позволяющими исследовать жидкости в слоях различной толщины.

Заключенные в корпусе прибора два фотоэлемента связаны с микроамперметром, укрепленным па передней его стенке. Установка микроамперметра производится рукояткой чувствительности. Более тонкая регулировка чувствительности прибора производится рукояткой чувствительности.

Прибор включают в сеть через стабилизатор, обеспечивающий постоянство напряжения тока, питающего источник света. В корпусе стабилизатора смонтированы выпрямитель тока и понижающий трансформатор. Тумблер для переключения ламп (лампа накаливания или лампа ультрафиолетового излучения) выведен из корпуса справа. На передней стенке корпуса находится выключатель сетевого напряжения.

Техника работы с прибором Подготовка прибора к работе

1. Включите прибор за 25-30 мин до начала работы, чтобы он прогрелся, так как сразу после включения показания прибора недостаточно точны и постоянны. Включение производится рукояткой, находящейся на стабилизаторе.

2. Шторка должна быть закрыта.

3. Оба отсчетных барабана установить на нуль по красной шкале (100% по шкале светопропускания - диафрагма полностью раскрыта).

4. Установите «электрический нуль» прибора: рукояткой поставьте стрелку микроамперметра на нуль (при закрытых шторках).

5. Поставьте нужный для данного определения светофильтр.

6. Возьмите три кюветы одинаковой рабочей длины. Выбор кювет зависит от интенсивности окраски раствора. Более темные растворы исследуют в слое толщиной 1,3,5 мм, более светлые - в слое 10, 20, 30, 50 мм. Для получения сравнимых результатов при выполнении определенной методики необходимо всегда пользоваться кюветами одной и той же рабочей длины.

7. Две кюветы заполните контрольным раствором, которым служит обычно растворитель исследуемого вещества, и одну - исследуемым раствором или взвесью.

8. Влевыйкюветодержатель поставьте кювету с контрольным раствором. В одно гнездо правого кюветодержателя поставьте кювету с исследуемым раствором, в другое - кювету с контрольным раствором.

9. В момент начала исследования справа на пути света должна находиться кювета с исследуемым веществом.

Фотоэлектрический колориметр-нефелометр ФЭК-56 предназначен для измерения оптической плотности или светопропускания растворов в диапазоне длин волн от 315 до 630 нм.

Прибор позволяет также производить измерение светорассеивания взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в проходящем свете.

В качестве источников света в приборе используются: лампа накаливания (СЦ-98), 8 В, 35 Вт; б) ртутно-кварцевая лампа (СВД-120 Л) сверхвысокого давления.

Приемниками (преобразователями) световой энергии служат два сурьмяно-цезиевых фотоэлемента, включенные по дифференциальной схеме через усилитель на индикаторную лампу (в последних моделях на гальванометр).

Прибор снабжен узкополосными фильтрами с максимумом пропускания 315, 364, 400, 434, 490, 540, 582, 610, 630 нм.

Оптическая схема показана на рис. 72.

Рис. 72. Схема фотоэлектрического колориметра-нефелометра ФЭК-56.
1 - источник света; 2 - светофильтр; 3 - призма; 4 - зеркала; 5 - кюветы; 6 - линзы; 7 - диафрагмы; 8 - фотоэлементы Ф-4.

Световой пучок от источника света 1, пройдя через светофильтр 2, попадает на призму 3, которая делит пучок на левый и правый. Далее параллельные пучки света проходят через кюветы 6, диафрагмы 7 и попадают на фотоэлементы 8, включенные через усилитель на индикаторную лампу или нуль-гальванометр.

Правый барабан связан с диафрагмой, меняющей правый световой поток. Левый барабан, управляющий левой диафрагмой, меняет левый световой поток. Правый световой пучок является измерительным, левый - компенсационным. В соответствии с этим отсчет измеренной величины оптической плотности рекомендуется производить только по правому барабану.

Порядок работы . Измерение на приборе начинают через 20-30 мин после включения блока питания и лампы накаливания. При работе со ртутной лампой ее включают после 20-30 минутного прогрева электроприбора и за пять минут до начала измерения. После проверки установки осветительной лампы приступают к измерениям. Устанавливают электрический нуль прибора при закрытой шторке (световые потоки перекрыты), при этом приводят сектор индикаторной лампы в сомкнутое положение. В левый кюветодержатель помещают кювету с нулевым раствором, в правый - кювету с анализируемым раствором. Правый барабан устанавливают на нуль оптической шкалы (диафрагма полностью открыта). Вращением левого барабана добиваются смыкания сектора индикаторной лампы. Если смыкание не происходит, то в правый световой поток вставляют прилагаемый к прибору нейтральный светофильтр и добиваются смыкания сектора лампы. Затем в правый световой поток вводят кювету с нулевым раствором. При этом интенсивность правого светового потока возрастает, а сектор индикаторной лампы размыкается. Вращением правого барабана уменьшают интенсивность светового потока до тех пор, пока вновь не сомкнётся сектор индикаторной лампы. Отсчет производят по правому барабану. В правом пучке имеется место для двух кювет, с нулевым и исследуемым раствором. Их по ходу измерения передвигают при помощи рукоятки.

Прибор позволяет измерять также светорассеяние, точнее, производить турбидиметрические измерения, которые производятся в том же порядке, как и абсорбциометрическое. Однако растворы со слабой мутностью (слабым поглощением) измерять прибором не удается.

Абсолютная погрешность измерения светопропускная ±1%; вариации показаний прибора 0,2% (абсолютных).