Фізико-хімічні методи аналізу. Рефрактометрія. Спектральний аналіз

               Ручний рефрактометр ІРФ — 470

      Також на  підприємстві розроблений і виготовляється прилад для безпосереднього виміру показника переломлення (n) неагресивних рідин — ручний рефрактометр ІРФ — 47

   ІРФ-470 призначений для експрес аналізу сполук, чи якості стану різних продуктів, сировини, плодів, ягід.

    За допомогою прикладеного до апарату довідкового пристрою можна в лічені секунди по одній краплі розчину визначати

     СОМО молока, що можна використовувати для визначення вмісту білка в молоці і його продуктах, а також можна на ранній стадії розпізнати захворювання вимені в корів;

     вміст білка в молоці;

     концентрацію солей у розчинах ;

     концентрацію ліків, отрутохімікатів;

     зміст білка в сироватці крові; щільність сечі;

     щільність електроліту; концентрацію етиленгліколю в антифризах;

     ступінь забруднення води;

    Ці якості рефрактометра ІРФ-470 дозволяють використовувати його на підприємствах харчової, хімічної, фармацевтичної і нафтохімічної промисловості, а також у контролюючих органах (МВС, санепідемстанції, служби екологічного і метрологічного контролю й ін.), у сільському господарстві і військовій справі.

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

               Рефрактометр ІРФ – 471А

     Ручний рефрактометр ІРФ – 471А призначений для визначення концентрації  сахарози в різних соках, напоях, сиропах, джемах,  цукровому буряку.

     Рефрактометр ІРФ-471А дозволяє проводити експрес аналіз сполуки,  якість стану різних продуктів, сировини, плодів, ягід.

    Рефрактометр ІРФ – 471А також призначений для безпосереднього виміру показника переломлення (n) неагресивних прозорих рідин і розчинів.

    За допомогою рефрактометрів можна в лічені секунди по одній краплі розчину визначати концентрацію сахарози в різних соках, напоях, сиропах, джемах,  цукровому буряку.

     Ці якості рефрактометра ІРФ-471А дозволяють використовувати його на підприємствах харчової, хімічної, фармацевтичної і нафтохімічної промисловості, а також у контролюючих органах (МВС, санепидемстанції, службах екологічного і метрологічного контролю й ін.), у сільському господарстві і військовій справі.

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Рефрактометри призначені для роботи при температурі навколишнього повітря від 10 до 35°С, відносної вологості до 80% при температурі 25°С і атмосферному тиску від 84 до 106 кПа.

СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧНИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ

Однією із задач спектрофотометричного метода є кількісне визначення величин, які характеризують поглинання даною речовиною монохроматичного випромінювання різних довжин хвиль. Ці величини можуть бути використані як для якісної характеристики речовини, так і для кількісного визначення в розчині чи в суміші з іншими речовинами. В зв’язку з поділом електромагнітного спектра по довжині хвилі на певні області можна говорити про спектрофотометрію в інфрачервоній, видимій і ультрафіолетовій області. В ультрафіолетовій і видимій області проявляються електронні спектри молекул, в інфрачервоній області – коливальні спектри.

В сучасних хімічних дослідженнях широко застосовують спектральні методи. Ці методи все більше застосовують в технічному аналізі хіміко-фармацевтичних препаратів, в аптечній практиці. Серед оптичних методів найбільш доступною, а тому і самою поширеною є видима і ультрафіолетова (УФ) спектрофотометрія, яка дозволяє на відносно нескладному обладнанні швидко і точно проводити кількісний аналіз речовин.

Спектрофотометрія у видимій області і УФ-областях дозволяє оцінювати ступінь чистоти речовини, ідентифікувати по спектру різні сполуки, визначити константи дисоціації кислот і основ, досліджувати процеси комплексоноутворення.

Інфрачервоні (ІЧ) спектри дають характеристику речовин. Наявність в ІЧ-спектрах тих чи інших полос поглинання дозволяє розшифровувати структуру речовини.

УФ-спектрофотометричне вимірювання проводять в розчинах. Як розчинники використовують очищену воду, кислоти, луги, спирти (метанол, етанол), деякі інші органічні розчинники. Розчинник не повинен поглинатися в тій чи іншій області спектра, що й аналізуюча речовина. Характер спектра (структура і положення полос поглинання) може змінюватися в різних розчинниках, а також при зміні рН середовища.

Методом УФ-спектрофотометрії використовують для визначення ідентичності, чистоти і кількісного вмісту лікарських препаратів.

Вивчення спектрів поглинання хімічних речовин з різною структурою дало можливість установити, що основними факторами, які обумовлюють поглинання світла, є наявність так званих хромофорів, т.б. ненасиченість (подвійні чи потрійні зв’язки), наявність карбонільної, карбоксильної, амідної, азо-, нітрозо-, нітро- та інших функціональних груп. Кожна функціональна група характеризується поглинанням в певній області спектра. Але є ряд факторів (присутність декількох хромофорних груп, вплив розчинника та ін.) приводять до зміщення смуг поглинання в сторону більших довжин хвиль (багатохромне зміщення) або в сторону коротких довжин хвиль (гіпсохромне зміщення). Крім зміщення може спостерігатися ефект збільшення (гіперхромний) чи зменшення (гіпохромний) інтенсивності поглинання.

В зв’язку з цим для ідентифікації речовин по її УФ-спектру застосовують метод порівняння із спектром відомої речовини, одержаний в тих же умовах. Характеристикою спектра поглинання речовини є положення максимумів (мінімумів) поглинання, а також інтенсивність поглинання, що характеризується величиною густини чи питомого показника поглинання при даній довжині хвилі.

Інфрачервоні (коливальні) спектри використовуються для ідентифікації лікарських препаратів. ІЧ-спектри більшості органічних сполук на відміну від УФ-спектрів характеризуються наявністю великою кількістю ліків поглинання. Метод ІЧ-спектроскопії дає можливість одержати найбільш повну інформацію про будову і склад аналізуємої речовини, яка дозволяє ідентифікувати дуже близькі по структурі сполуки. Метод інфрачервоної спектроскопії прийнятий для ідентифікації органічних лікарських речовин з полі функціональними групами шляхом порівняння із спектрами стандартних зразків, які зняті в однакових умовах.

У зв’язку з підвищеними вимогами до якості лікарських речовин ІЧ-спектроскопія, як один із найбільш надійних методів ідентифікації, набуває все більшого значення. Спектрофотометричне визначення проводять спектрофотометром як забарвлених, так і безбарвних сполук по вибірковому поглинання світла у видимій, ультрафіолетовій чи інфрачервоній областях спектра.

Спектрофотометричний метод аналіза ґрунтується на загальному принципі – пропорціональній залежності між світло поглинанням речовини, її концентрації і товщини поглинаючого шару. Для визначення концентрації розчинів спектрофотометричним методом використовують закон Бугра-Ламберта-Беєра:

        (1)

де С –концентрація досліджуваної речовини у відсотках;

в – товщина шара речовини в сантиметрах;

х – показник поглинання розчину, концентрація якого дорівнює одиниці;

Д – оптична густина.

Визначення оптичної густини проводять на фотоелектричних спектрофотометрах.

Показник поглинання х визначають на основі визначення оптичної густини Д для розчинів з відомою концентрацією по формулі:

     (2)

При цьому, якщо концентрація С виражена в молях на 1 л, то величина х називається молярним показником поглинення а позначається символом ; якщо концентрація виражена в грамах на 100 мл розчину, то ця величина називається питомим показником поглинання і позначається символом  .

Таким чином, молярний показник поглинання представляє собою оптичну густину одномолярного розчину речовини при товщині шару 2см; питомий показник поглинання - оптичну густину розчину, що містить 1г речовини в 100 мл розчину при тій же товщині шару.

Якщо відоме значення х (у формі , чи ) визначають концентрацію досліджуваних розчинів по величині оптичної густини Д, користуючись формулою (1). Спектрофотометричне визначення проводиться з використанням еталонів (стандартних розчинів). Питомий показник поглинання вичисляють на основі визначень величини оптичної густини розчину по формулі:

     (3)

Вимірювання оптичної густини розчину необхідно проводити при довжині хвилі Хмах, яка відповідає максимальному поглинанню світла досліджуваним розчином. При цьому досягається найбільша чутливість і точність визначення (Хмах знаходиться експериментально). Значення Хмах вказується в методиках.

Для визначення питомого показника поглинання готують ряд стандартних розчинів з відомою концентрацією досліджуваної речовини в даному розчиннику і для кожного вимірюють оптичну густину, потім розраховуються значення питомого показника поглинання. Знаючи величину питомого показника поглинання і на основі визначеної оптичної густини розчину аналізуємої речовини невідомої концентрації, можна розрахувати її вміст по формулі:

      (4)

При виборі розчинника важливо, щоб він не поглинав в тій же області спектра, що і розчинена речовина.

Спектрофотометрія – визначення кількості речовини в забарвленому або в незабарвленому розчині по вимірюванні світопоглинання хвиль певної довжини. Світопоглинання вимірюють з допомогою фотоелемента по зміні сили фото потоку, який виникає в ньому, при падінні на фотоелемент світлового потоку, який пройшов через контрольний, а потім досліджуваний розчин. Вимірювання світопоглинання проводять в приладі спектрофотометрі, кварцева призма якого виявляє монохроматичні пучки спектра, які відповідають забарвленню розчину досліджуваної речовини.

Прилад має 3 джерела світла; лампа накалювання, воднева і ртутна лампа. Світло від джерела  падає на дзеркальній конденсор , який збирає його і направляє на плоске дзеркало . Дзеркало відхиляє пучок променів на 900 і направляє його через лінзу  у вхідну щілину , через яку світло проникає на дзеркальний об’єктив .я кий являє собою сферичне дзеркало.

Від дзеркального об’єктива паралельний пучок променів попадає на кварцеву призму , яка розкладає його в спектр (диспергує). Диспергований пучок направляється знову на об’єктив і фокусується ним на вихідній щілині , яка розміщена під вхідною щілиною. Обертаючи кварцеву призму, можна одержувати на виході світла різних довжин хвиль. Довжина хвилі залежить від кута повороту призми.

Монохроматичні промені, пройшовши щілину , кварцеву лінзу  і світлофільтр, який поглинає розсіяне світло , попадають в кювету з контрольним чи досліджуваним розчином . Тут частина світла поглинається, а промені, які пройшли через розчин попадають на фотоелемент .