КОЛОРИМЕТРИЯ
Спасибо нашим инвесторам из казино онлайн
КОЛОРИМЕТРИЯ
, КОЛОРИМЕТРЫ (от лат. color — цвет и греч. metron—мера). Колориметри я—методика количественного анализа, основанная на определении количества вещества по интенсивности окраски, присущей самому веществу как таковому или же какому-либо продукту реакции, происходящей между данным веществом и опре –
колония гидроидных полипов состоит из сидячих полипов (2)
деленным реактивом. Соответственно этому можно различать прямую и косвенную колориметрию. Практически наибольшее значение имеет вторая, т. к. прямая К. применима лишь при определении веществ, обладающих достаточно интенсивной собственной окраской. Такими веществами в технике являются разные красители, в биологии—различные пигменты (хлорофил, НЬ, желчные пигменты и т. д.). По существу К. стоит близко к спектрофотометрии. В по – центраций с таким расчетом, чтобы пределы взятых концентраций лежали с одной стороны выше, а с другой стороны ниже предполагаемой концентрации испытуемого раствора. Серию разведений готовят по принципу геометрического ряда, т. е. так, чтобы содержание стандартного вещества от одной пробирки к другой менялось в нек-рое число раз (показатель ряда), а не на одну и ту же величину. В приводимой таблице даны примеры подобных серий. Показатель ряда Число членов Пределы концентраций Серия разведений 3 2 1,5 1,25 ■/« 4 5 7 11 9 7 1 : 27 1 : 16 1 : 11,4 1 : 9,3 1 : 0,1 1 : 0,09 1; 3; 9; 27; 1; 2; 4; 8; 16; 1; 1,5; 2,25; 3,3S; 5,1; 7,6; 11,4; 1; 1,25; 1,56; 1,95; 2,44; 3,05; 3,81; 4,76; 5,95; 7,44; 9,3;
U
0,75; 0,56; 0,42; 0,32; 0,24; 0,18; 0,13; 0,1; 1; 0,67; 0,45; 0,3; 0,2; 0,13; 0,09. следнем случае определяется абсолютное количество световых лучей определенного участка спектра, поглощенных при прохождении через определенной толщины слой испытуемого окрашенного вещества. Если известен коефициент поглощения (Бунзен-Роско) для данного вещества, то может быть вычислено количество последнего. При К. пользуются не измерением абсолютной яркости, resp. поглощения света, а сравнивают поглощение света испытуемым раствором с поглощением окрашенным стандартом. В качестве последнего может служить или раствор того же вещества определенной концентрации или же искусственно приготовленный стандарт (окрашенный раствор, стекло, желатиновая пленка и т. д.). Все методы К. основываются на предпосылке, что между количеством окрашенного вещества и интенсивностью окраски существует определенная зависимость. В ряде случаев и в определенных пределах концентрации эта зависимость имеет характер простой пропорциональности, т. е. при повышении концентрации обусловливающего окраску вещества вдвое интенсивность окраски возрастает также вдвое и т. д. Для других же случаев это условие не сохраняет своей силы, и наблюдаются закономерности другого порядка. В последнем случае судить о количестве вещества на основании сравнения растворов разной интенсивности окраски можно лишь, пользуясь специально установленной для данного случая формулой, выражающей зависимость между интенсивностью окраски и концентрацией. Проще и надежнее в таких случаях не сравнивать интенсивность окраски растворов разной концентрации, а находить ту концентрацию стандартного раствора, которая дает одинаковую с испытуемым раствором интенсивность окраски. Сравнение производят при постоянной толщине слоя жидкости. Практически это осуществляют след. образом: выбирают ряд пробирок в точности одинакового диаметра (это устанавливают или посредством калибра или наливая во все пробирки одинаковый объем воды и выбирая те, в к-рых вода будет стоять на одном уровне). В этих пробирках приготовляют серию разведений стандартного раствора разных кон – Сначала ставят ряд с высоким показателем, находят две пробирки, между к-рыми лежит окраска испытуемого раствора, и для более точного отсчета между этими двумя пробирками ставят новую серию разведений, беря концентрации растворов в этих пробирках в качестве крайних членов ряда и ставя между ними ряд с меньшим показателем. Т. о. находят то разведение, окраска к-рого по возможности совпадает с окраской испытуемой жидкости. Концентрация искомого вещества в последней будет равна концентрации его в соответствующей стандартной пробирке. Объемы жидкости и количество реактива должны быть одинаковыми как во всех стандартных пробирках, так и в пробирке с испытуемым раствором. Если испытуемая жидкость сама по себе окрашена, то, чтобы исключить влияние собственной окраски ее, пользуются принципом компенсационного компаратора Уолполя (Walpole). Этот компаратор представляет собой деревянный блок, в к-ром высверлены две (или три) пары вертикальных углублений и три сквозные горизонтальные отверстия, пересекающие парные вертикальные углубления (рис.
1а
и
16).
В отверстие 1-е помещают пробирку со стандартным раствором, во 2-е—-с испытуемой жидкостью, в 3-е—с испытуемой жидкостью, но без прибавления вызывающего окраску реактива (вместо него прибавляется такой же объем воды) и в 4-е—пробирку с водой. Так. обр. при рассматриван
ии через горизонтальные отверстия (рисунок
16)
окраска стандартного раствора суммируется с собственной окраской исследуемой жидкости так же, как это происходит в пробирке 2; оттенки выравниваются, и влияние собственной окраски компенсируется. При неокрашенных жидкостях, когда нет нужды в пользовании принципом Уолполя, можно вместо приготовления серии стандартных растворов разной концентрации просто постепенно повышать концентрацию стандартного раствора, прибавляя последний к разведенному во –
Щ @ О
й ® о
t
Рисунок 1. дой реактиву. Зная концентрацию стандартного раствора, можно вычислить содержание искомого вещества по формуле
х — п
-^-, где
х
—количество искомого вещества во взятом для определения объеме жидкости,
п
— количество вещества, содержащееся в прибавленном объеме стандартного раствора,
vx
—конечный объем жидкости в пробирке с испытуемым раствором,
vcm
—то же в пробирке со стандартным раствором. Можно вести колориметрирование и таким образом, что к испытуемому и стандартному растворам прибавляют реактив и затем к более темному раствору прибавляют воды до выравнивания окрасок. На основании соотношения конечных объемов вычисляют содержание вещества в испытуемом растворе. Оба последних метода не очень надежны, т. к. на интенсивность окраски очень часто влияет способ смешения реактивов и при разведении окраска может изменяться не только в зависимости от объемов, но также и вследствие вторичных процессов. Действительно точные результаты К. может давать только при применении специальных приборов—к олориметров. Последние позволяют выравнивать интенсивность окраски растворов разной концентрации изменением толщины слоя растворов. Для большинства (но отнюдь не для всех и не при всяких концентрациях) окрашенных растворов справедливо правило, известное под названием «закона Беера», согласно которому интенсивность окраски двух растворов оказывается одинаковой, когда равны лроизведения из концентраций на толщину «слоя жидкости, т. е. когда
С1.Н1=Сг. Щ,
где
Сх
—концентрация одного раствора,
Нг
— толщина его слоя, С2 и Н2—те же величины для второго раствора. Зная толщину слоев
$щ
\
$=
• : i i
^ ^
=>
Рисунок 2. А и В— Генеровские цилиндры.
ж концентрацию одного из растворов (стандартного), легко найти концентрацию испытуемого по формуле
Сх= Сст – Цр-
, где
Сх
и
Нх—
«X
.концентрация и толщина слоя неизвестного раствора,
Сст яЫст
—то же для стандартного. Простейшим, построенным на этом принципе колориметрическим прибором являются т. н. Генеровские (Hehner) цилиндры (рис. 2),
°>
в к-рых изменение толщины слоя жидкости достигается простым выпусканием части растворов через краны. Цилиндры имеют стеклянное дно; их ставят на белую подкладку, свет проходит снизу, окраску жидкостей сравнивают, глядя в цилиндры сверху. Важным условием, чрезвычайно повышающим точность колориметрических исследований, является сближение сравниваемых окрашенных полей зрения по возможности так, чтобы при равенстве окраски они сливались бы или были разделены лишь очень тонкой чертой. Это достигается применением различных оптических устройств; некоторые из них схематически изображены на рис. 4. Рисунок 2 изображает основанный на принципе Ге-неровских цилиндров колориметр Вольфа. Двойная пластинка (рис. 4а) применяется в колориметрах Аутенрита;
Рисунок 3. Схема хода лучей в колориметре Бюркера: О—окуляр;
А
—тело Гюфнер-Альбрехта; Cm-сосуд со стандартным раствором; Я,—сосуд с компенсирующей жидкостью;
И
—исследуемый раствор;
Н%
—компенсирующая жидкость;
3
—зеркало. в прежних колориметрах Дюбоска обычно применялись призмы Френеля (рис.
46).
В новейших моделях чаще пользуются т. н. телом Гюфнер-Альбрехта (рис.
4в)
или Люм-мер-Бродгуна (рис. 4г). Наблюдение производится посредством соответствующего окуляра. Помимо колориметров Аутенрита и Дюбоска (см.
Аутенрита колориметр
и
Дюбоска колориметр)
здесь следует отметить новую модификацию последнего по Бюркеру (Biirker), соединяющую точность прецизионного оптического прибора с преимуществами компенсационного принципа Уолполя. При пользовании этим колориметром не мешает ни собственная окраска испытуемой жидкости ни окраска реактива, притом ход лучей в обеих половинах поля зрения в Точности симметричен (рис. 3). В 1928 г. фирмой Лейц выпущены универсальные колориметры, позволяющие применять как обычный принцип Дюбоска, так и принцип Бюркера, а также приспособленные и для сравнения мутно-стей; имеющиеся при них микроприспособления (рис. 5) позволяют обходиться для измерений всего 1—2
см3
жидкости. Для особо точных работ ряд преимуществ представляет поляризационный колориметр Крюсса (Krtiss), в к-ром при неравенстве иц-тенсивностей окраски меняется и самый оттенок последней, – что значительно повышает точность установки. Вообще говоря, точность колориметрических измерений при пользовании хорошим прибором может быть весьма значительна и лежит в пределах нескольких десятых долей процента до 0,5%. Для достижения этой точности необходи – мо принимать ряд мер предосторожности. Оба поля зрения должны освещаться совершенно одинаково ярко; в этом убеждаются, помещая в оба сосуда колориметра одну и ту же жидкость; при этом отсчеты шкалы
Рис Л а
Рисунок 4 в
/
/
г
и
i
Рис
4
г
Рисунок 4. должны быть одинаковы. Для наибольшей надежности результатов рекомендуется после произведенного отсчета менять растворы местами; при этом соотношения высот должны остаться прежними. Необходимо производить ряд отсчетов (не менее пяти) и брать среднее арифметическое из них. Чем меньше разница в концентрациях стандартного и исследуемого растворов, тем выше точность определений; отношение концентраций не должно превышать 1:2. Помимо равномерности важно соблюдать и постоянную интенсивность освещения; поэтому лучше пользоваться искусственным источником света; новые модели имеют приделанный к штативу колориметра осветительный прибор с электрической лампочкой (рис. 6). Лучше всего пользоваться светом средней яркости; недостаточная или слишком сильная яркость понижают точность отсчетов и вызывают быстрое утомление зрения. Во время колори-метрирования стараются по возможности оберегать глаз от попадания постороннего света; поэтому при точной работе лучше пользоваться затемненным помещением.—Точность колори-метрирования возрастает, если исключить по возможности те лучи света, которые слабо или совсем не поглощаются испытуемым раствором, т. е. в первую очередь лучи, соответствующие окраске самого раствора и следовательно им не задерживаемые. Это достигается применением соответствующих светофильтров (напр. желтых при синей окраске раствора и наоборот). Это не только повышает точность сравнения интенсивности окрасок, но и облегчает установку, т. к. одновременно с интенсивностью ме –
Рисунок 5.
няется и оттенок окраски.—Сравниваемые растворы должны быть по возможности одинаковой t°; допустимая разница не должна превышать 3°. Всегда необходимо предварительно удостовериться, что для данной системы и для данных концентраций сохраняет свою силу закон Беера. К преимуществам К., быстро завоевавшим этому методу широкое практическое распространение, помимо простоты и быстроты, наряду с достаточной для большинства практических целей точностью, принадлежит чрезвычайная чувствительность метода, значительно расширяющая пределы измерений и позволяющая обходиться минимальными количествами вещества, что особенно важно при биол. исследованиях, напр. при анализе крови;с другой стороны, при применении колориметрических методов удается количественно определять такие вещества, которые обычными хим. методами для прямого определения недоступны. Так, удается определять колориметрически с ошибкой не более 1—2% тысячные доли мг мышьяка, азотистой к-ты, фосфора, азота, иода и т. д.—Эти особенности колориметрических методов обуслрвили широкое применение К. в мед. и физиол. лабораторной методике, т. ч. в наст, время для большинства важных в клинич. отношении веществ разработаны простые, удобные и точные колориметрические методы (в качестве примеров можно привести определение азота неслерязаци-ей, определение мочевой кислоты, сахара, креатини-на, фосфора, холестерина, билирубина, молочной к-ты и т. д.). На К. основаны методы определения НЬ. Широкое применение К. находит при анализе воды. Совершенно специальную область применения К. составляет измерение активной реакции (см. Индикаторный метод). Лит.: Btirker К., Em neues Kolorimeter mit vollig symmetrischem Strahlengang, Zeitschr. f. angew. Chemie, B. XXXVI, p. 427, 1923; Kriiss G. u. H., Kolorimetrie und quantitative Spektralanalyse, Hamburg—Lpz., 1909; Lifschitz I., Spektroskopie u. Kolorimetrie, Lpz., 1927; Lowe P., Kolorimetrie-(Handbuch d. Arbeitsmethoden in d. angew. Chemie, hrsg. v.A. Stahler, B. II, T. 1, В.—Lpz., 1919); Y о е J., Photometric chemical analysis, v. I—Colorimetry, N. Y., 19 28. В. Энгепьгардт.