Kolorimetrische Methoden. Merkmale der Durchführung von Analysen mit kolorimetrischen Methoden. Methode der Konzentrationskolorimetrie

Die Farbintensität von Lösungen kann visuell und fotokolorimetrisch gemessen werden. Visuelle Methoden sind weitgehend subjektiv, da der Vergleich der Farbintensität von Lösungen mit bloßem Auge erfolgt. Instrumente zur visuellen Messung der Farbintensität werden genannt Kolorimeter. Zu den visuellen kolorimetrischen Methoden gehören: 1) Standardreihenmethode; 2) kolorimetrische Titrationsmethode; 3) Ausgleichsmethode; 4) Verdünnungsmethode.

Standardreihenmethode (Farbskalenmethode). Bereiten Sie eine Reihe von Standardlösungen einer beliebigen Substanz mit sich allmählich ändernden Konzentrationen in einem bestimmten Lösungsmittelvolumen vor, beispielsweise 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 mg usw. bis zu ~ 10 Stk. Geben Sie ein bestimmtes Volumen jedes Standards und das gleiche Volumen der analysierten Lösung in ein Reagenzglas und geben Sie gleiche Volumina der erforderlichen Reagenzien hinzu. Vergleichen Sie die Intensität der resultierenden Farbe der Testlösung und der Standardlösungen. Wenn die Intensität der Farbe der analysierten Lösung mit der Farbe einer Standardlösung übereinstimmt, die 0,4 mg einer bestimmten Substanz enthält, beträgt ihr Gehalt in der Testlösung 0,4 mg. Entspricht die Farbe der Testlösung einer Zwischenkonzentration, beispielsweise zwischen 0,4 und 0,5 mg, dann wird die Konzentration der Testlösung als Durchschnitt zwischen benachbarten Konzentrationen von Standardlösungen (ca. 0,45 mg) angenommen. Um genauere Ergebnisse zu erhalten, wird empfohlen, Zwischenreihen von Standardlösungen vorzubereiten.

Die Methode liefert ungefähre Ergebnisse und während des Betriebs ist es aufgrund der Farbinstabilität einiger Standardlösungen erforderlich, die Skala häufig zu erneuern. Bei der Analyse nach der Standardreihenmethode ist die Einhaltung des Grundgesetzes der Farbmetrik nicht erforderlich.

Kolorimetrische Titrationsmethode (Duplikationsmethode). Ein bestimmtes Volumen einer analysierten farbigen Lösung unbekannter Konzentration wird mit dem gleichen Volumen Wasser verglichen, dem aus einer Bürette eine farbige Standardlösung derselben Substanz bestimmter Konzentration zugesetzt wird, bis die Intensität der Farben ausgeglichen ist. Anhand der Übereinstimmung der Farbintensitäten von Standard- und Testlösung wird der Gehalt der Substanz in einer Lösung unbekannter Konzentration bestimmt. Konzentration des Stoffes in der analysierten Lösung Mit X(in g/ml) ergibt sich aus der Formel

wobei G der Titer der Standardlösung ist, g/ml; V – Volumen der Standardlösung, ml; V1 – Volumen der analysierten Lösung für die Kolorimetrie, ml.

Die Methode ist nicht anwendbar bei Reaktionen, die langsam ablaufen und wenn zusätzliche Behandlungen erforderlich sind (Kochen, Filtrieren usw.).

Ausgleichsmethode. Der Vergleich der Farbintensität der analysierten und Standardlösungen erfolgt in Kolorimetern. Die Methode basiert auf der Tatsache, dass wir durch die Änderung der Schichtdicke zweier Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen derselben Substanz einen Zustand erreichen, in dem die Intensität des durch beide Lösungen fließenden Lichtflusses gleich ist – es entsteht ein optisches Gleichgewicht . Die optische Dichte jeder Lösung beträgt jeweils:

Die Ausgleichsmethode ist die genaueste Farbmetrikmethode.

Verdünnungsmethode. Die gleiche Farbintensität der analysierten Lösung und der Standardlösung wird durch schrittweises Verdünnen der stärker gefärbten Lösung mit Wasser oder einem geeigneten Lösungsmittel erreicht.

Die Verdünnung erfolgt in identischen schmalen Zylindern mit Unterteilung in Milliliter und Zehntel. Zwei Zylinder gleicher Größe und Form mit der analysierten Lösung und der Standardlösung werden nebeneinander in ein spezielles Stativ mit Milchglasscheibe gestellt. In eine stärker gefärbte Lösung wird Wasser oder Lösungsmittel gegossen, bis die Farbe beider Lösungen gleich ist. Nachdem die Farben der Lösungen übereinstimmen, werden die Volumina der Lösungen in den Zylindern gemessen und der Gehalt an Substanzen in einer Lösung unbekannter Konzentration berechnet.

FARBIMETRIE(lateinisch Farbfarbe + griechisch metreo Maß, Maß) – eine physikalisch-chemische Methode zur Bestimmung der Farbintensität einer Lösung eines Analyten, basierend auf visuellen oder fotoelektrischen Messungen. Die Methode wird häufig in klinischen, biochemischen und chemischen Bereichen eingesetzt. Untersuchungen zur Bestimmung der Konzentrationen verschiedener Stoffe in Lösungen.

Die meisten einheitlichen keilförmigen, biochemischen Laborforschungsmethoden verfügen über eine photokolorimetrische Vervollständigung (o-Toluidin-Methode zur Bestimmung von Zuckern, Glukoseoxidase-Methode zur Bestimmung des Blutzuckers usw.). Kolorimetrische Methoden sind genau und erfordern wenig Arbeitsaufwand. Alle automatisierten biochemischen Keilverfahren sind kolorimetrisch oder spektrophotometrisch. Die Photokolorimetrie wird häufig zur Überwachung der Arzneimittelproduktion in der Pharmaindustrie, in der Industrie, in Kontroll- und Analyselabors usw. eingesetzt. San Gig. Labore. K. wird auch bei der Bestimmung des pH-Wertes von Lösungen mit Zweifarbindikatoren in Gegenwart einer Pufferlösung (oder ohne diese) verwendet; Bei der Photokolorimetrie werden einfarbige Indikatoren ohne Pufferlösung verwendet. Die Bestimmung verschiedener Stoffe in einer Lösung mittels Farbreaktionen wird schon seit sehr langer Zeit eingesetzt; Zum ersten Mal begannen Ärzte damit. In Russland begann man ab Anfang des 18. Jahrhunderts mit der Analyse von Mineralwässern mittels kolorimetrischer Methoden. Sie wurden von Ch. durchgeführt. arr. Ärzte und Apotheker verwenden Pflanzensäfte als Reagenzien.

V. M. Severgin entwickelte eine Reihe kolorimetrischer Methoden zur Analyse von Mineralwässern und erweiterte die Anzahl der mit der K-Methode bestimmten Elemente.

Mit Hilfe von K. wird entweder die Eigenfarbe des Analyten oder die Farbe des Reaktionsprodukts bestimmt. Kolorimetrisch ist eine Bestimmung von 10 -3 bis 10 -8 mol/l möglich. Die Fotozelle „sieht“ einen Teil des UV-Spektrums und wird in der „Ultraviolett-Farbmetrik“ verwendet. Das menschliche Auge reagiert sehr empfindlich auf Farbtöne, nimmt jedoch nur einen kleinen Teil des Spektrums wahr; Darüber hinaus gibt es bei den Menschen individuelle Unterschiede in dieser Empfindlichkeit. Der Einsatz einer Fotozelle beseitigt diese Unzulänglichkeiten des Auges. Die Absorption (Absorption) von Licht durch eine farbige Lösung folgt in einigen Fällen dem Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz, wonach die Menge des absorbierten Lichts von der Dicke der Schicht (optische Weglänge) und der Konzentration der farbigen Lösung abhängt (d. h. die Konzentration der absorbierenden Substanz). Optische Dichte der Lösung D = log(I 0 /I), wobei I 0 die Intensität des in die Lösung eintretenden Lichtflusses und I die Intensität des ausgehenden Lichtflusses ist, der durch Lichtabsorption in der Lösung geschwächt wird. Wenn die Schichtdicke b ist, dann ist log(I 0 /I) = k*b, wobei k ein konstanter Wert ist. Bei einer konstanten Schichtdicke der Lösung D = k 1 *C, wobei C die Konzentration ist, ist k 1 ein konstanter Wert gleich (k/2,303). Wenn wir die beiden Gleichungen kombinieren, erhalten wir

D = log(I 0 /I) = k 1 *b*C.

Wenn b = 1 cm, C = 1 mol/l, dann ist D = k 1. Die Konstante k 1 wird molarer Extinktionskoeffizient genannt und im Griechischen mit dem Buchstaben ε bezeichnet. Der molare Extinktionskoeffizient hängt von der Chemikalie ab. Zusammensetzung, Struktur und Zustand des Stoffes sowie von der Wellenlänge des Lichts, das die Lösung durchdringt. Das Bouguer-Lambert-Beersche Gesetz gilt nur für monochromatisches Licht, also einen Lichtfluss, dessen Wellenlänge (λ) gleich ist. Der Wert von ε für verschiedene Verbindungen variiert zwischen 10 1 und 10 5. Je größer der ε-Wert, desto empfindlicher ist die Methode.

Das Verhältnis der Intensität des monochromatischen Strahlungsflusses, der durch die untersuchte Lösung geht, zur Intensität des anfänglichen Zählflusses wird als Transparenz oder Durchlässigkeit der Lösung bezeichnet und mit dem Buchstaben T bezeichnet. Der Wert von T wird normalerweise in Prozent ausgedrückt : T = 100*I 0 /I (%).

Die Absorption der Lösung, gekennzeichnet durch den Buchstaben A, wird auch in Prozent ausgedrückt: A = 100(I 0 -I)/I(%).

In K. ist es notwendig, monochromatisches Licht zu verwenden. Die Monochromatisierung wird durch den Einsatz von Lichtfiltern erreicht, bei denen es sich um farbige Medien handelt, die Licht nur bei einer bestimmten Wellenlänge durchlassen. Oft werden jedoch Lichtfilter verwendet, die schmale Bereiche des Spektrums hervorheben. Der Lichtfilter lässt Licht durch, das zur Farbe der Lösung komplementär ist, also dem Spektralbereich entspricht, der von der analysierten Lösung absorbiert wird. Lichtfilter bestehen aus farbigem Glas. Bisher verwendete Kolorimeter – das Dubosc-Kolorimeter und das Autenrieth-Keilkolorimeter – verfügten über keine Lichtfilter, was die Genauigkeit der Messungen verringerte. Die Absorption von Licht durch Lösungen vieler farbiger Substanzen gehorcht nicht dem Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz; In diesen Fällen werden empirische Kalibrierungskurven (Kalibrierungsgraphen) erstellt.

Es gibt visuelle und photoelektrische K. Bei der visuellen Methode der Standardreihe (Skalenmethode) wird ein Satz Reagenzgläser aus demselben farblosen Glas und demselben Durchmesser verwendet. In Reagenzgläser werden geometrisch zunehmende Mengen einer Standardlösung des zu bestimmenden Stoffes gegossen und mit Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit (z. B. Ethanol) auf das gleiche Volumen gebracht. Das Ergebnis ist eine Farbskala vom hellsten zum schwächsten. Es können eine Reihe langlebiger Standardverdünnungen hergestellt werden. Die analysierte Lösung unbekannter Konzentration wird mit einer auf der Farbintensität basierenden Standardskala verglichen und der ihr am nächsten kommende Farbton ermittelt. Die Konzentration eines Stoffes kann auf diese Weise mit einer Genauigkeit von ±5 % bestimmt werden.

Bei der Verdünnungsmethode wird die Farbe der analysierten Lösung auf die Farbe der Standardlösung gebracht, wobei die intensiver gefärbte Testlösung verdünnt wird, bis sie der Farbe der weniger intensiv gefärbten Standardlösung entspricht, in der sich die Konzentration der Testsubstanz befindet bekannt. Die Farbe der Gräben wird visuell mit einem Walpole-Komparator verglichen.

Der Walpole-Komparator ist ein Kasten in Form eines rechteckigen Parallelepipeds mit sechs Nestern für Reagenzgläser (Abb.). In der Vorder- und Rückwand befinden sich runde Löcher. Die Löcher in der Rückwand sind mit Milchglas abgedeckt, um einen einheitlichen Hintergrund zu erhalten. In den mittleren Schlitz der zweiten Reihe wird ein Reagenzglas mit der Testlösung gestellt, in die beiden äußeren Schlitze werden Reagenzgläser mit den entsprechenden Standardlösungen gestellt; Wenn Sie das mittlere Reagenzglas wechseln, finden Sie eine Standardlösung, deren Farbe mit der untersuchten Lösung übereinstimmt (oder dieser am nächsten kommt). Manchmal wird die Testlösung, die eine intensivere Farbe aufweist, mit Wasser oder einem anderen Lösungsmittel verdünnt, bis ihre Farbe mit der Farbe der Referenzprobe vergleichbar ist. Zur Volumenmessung ist es zweckmäßig, Reagenzgläser mit Teilungen gleichen Durchmessers zu verwenden. Die Konzentration wird anhand der Formel berechnet

With use = With st *V use /V st

Dabei ist C isp die Konzentration der Testlösung, C st die Konzentration der Standardlösung, V isp das Volumen der Testlösung und V CT das Volumen der Standardlösung. Die Methode ist genauer als die vorherige.

Die Nivelliermethode besteht darin, die Höhen der Pfeiler des Standard- und Testgrabens auszugleichen. Die Höhen dieser Gräben werden ausgeglichen, indem die Tauchkörper in spezielle Küvetten des Konzentrationskolorimeters KOL-1M bewegt werden, das mit einem Satz Lichtfilter und einer Beleuchtungslampe ausgestattet ist. Die Konzentration der Testlösung wird wie bei der Verdünnungsmethode berechnet.

Für die fotoelektrische Färbung werden die fotoelektrischen Kolorimeter FEK-M, FEK-N-57, FEK-56 und FEK-60 verwendet. Die Messung basiert auf dem Ausgleich der Lichtströme, die durch die Kontroll- und Testlösungen gehen und auf die Fotozellen fallen. Photokolorimeter sind hochempfindlich, genau und objektiv (siehe Photometrie).

Die Bedingungen der photoelektrischen Analyse ermöglichen auch die Anwendung der extraktionsphotometrischen Methode, bei der nur das Reaktionsprodukt mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert wird und das farbige Reagenz in der wässrigen Phase verbleibt, ohne die Bestimmung zu beeinträchtigen.

Um die Genauigkeit der Analyse zu erhöhen, große Konzentrationen zu bestimmen (in der pharmazeutischen Analyse), störende Komponenten und den Einfluss der Lichtabsorption des Reagenzes zu eliminieren, wird eine Differentialmethode verwendet. In diesem Fall werden die optischen Dichten der analysierten Lösungen und Standardlösungen nicht in Bezug auf ein reines Lösungsmittel ohne Absorption gemessen, sondern in Bezug auf eine farbige Lösung des Analyten mit einer CO-Konzentration nahe der Cisp-Konzentration. Die photokolorimetrische Titration wird auf einem FET-UNIZ-Gerät durchgeführt. Die Küvette ist ein Glas mit einem Magnetrührer und einer Bürette darüber. Ein Lichtstrahl durchdringt horizontal den Inhalt des Glases und trifft auf die Fotozelle. Der Photostrom wird mit einem Galvanometer aufgezeichnet.

Literaturverzeichnis: Babko A.K. und Pilipenno A.T. Photometrische Analyse, M., 1974; Bulatov M. I. und Kalinkin I. P. Praktischer Leitfaden zu photokolorimetrischen und spektrophotometrischen Analysemethoden, L., 1972; Korenman I. M. Photometrische Analyse, Methoden zur Bestimmung organischer Verbindungen, M., 1975.

F. M. Shemyakin.

2 Kolorimetrische und fotokolorimetrische Methoden.

Die photokolorimetrische Methode hat bei der Entwicklung von Instrumenten zur Bestimmung von Mikrokonzentrationen toxischer Substanzen in der Luft am weitesten verbreitet.

Geräte, die auf der photokolorimetrischen Analysemethode basieren, nutzen eine farbselektive Reaktion zwischen einem Indikator in Lösung oder auf einem Band und einem Bestandteil des Gas-Luft-Gemisches, dessen Konzentration bestimmt wird. Darüber hinaus ist das Maß für die Konzentration der zu bestimmenden Komponente die Farbintensität der durch die Reaktion gebildeten Komplexe.

Die Vorteile der photokolorimetrischen Analysemethode sind hohe Empfindlichkeit, Selektivität und Vielseitigkeit. Die hohe Empfindlichkeit der Methode beruht auf der Fähigkeit, das farbige Produkt der chemischen Wechselwirkung in einer Lösung oder auf einem Band anzusammeln. Bei der Messung von Konzentrationen von mehreren Volumenprozent und höher nimmt die Empfindlichkeit der Methode stark ab.

Die Selektivität der photokolorimetrischen Methode erklärt sich dadurch, dass für eine erhebliche Anzahl zu bestimmender Gase und Dämpfe bei bekannter Zusammensetzung der nicht nachweisbaren Bestandteile des Gemisches spezifische Farbreaktionen ausgewählt werden können.

Das Spektrum der mit dieser Methode bestimmten Substanzen ist sehr breit und daher gehören photokolorimetrische Gasanalysatoren zu den universellsten Geräten. In der Praxis ist bei der Prüfung der Einsatzmöglichkeit photokolorimetrischer Gasanalysatoren zur Bestimmung verschiedener Stoffe die Wahl des geeigneten Reagenzes, das eine spezifische Farbreaktion mit der zu bestimmenden Komponente ergibt, und die Wahl der Betriebsart des Gerätes ausschlaggebend .

Es gibt zwei Arten von photokolorimetrischen Gasanalysatoren, die sich in Aufbau und Funktionsprinzip grundlegend unterscheiden.

Bei einigen Gasanalysatoren, sogenannten photokolorimetrischen Flüssigkeitsanalysatoren, findet die Reaktion in Lösung statt und die Konzentration der zu bestimmenden Komponente wird anhand der Lichtabsorption der Lösung gemessen. Der Vorteil derartiger Geräte ist eine höhere Messgenauigkeit (der Hauptfehler liegt bei ca. 5%) und die Möglichkeit der Verwendung von Indikatorlösungen, die konzentrierte Säuren enthalten, was besonders wichtig für die Analyse von Mikrokonzentrationen chemisch inaktiver Substanzen ist normale Bedingungen (Kohlenwasserstoffe, Terpene und einige andere organische Produkte).

Der Hauptnachteil von photokolorimetrischen Flüssigkeitsgasanalysatoren, der ihren Betrieb unter industriellen Bedingungen erschwert, ist die Komplexität und Sperrigkeit der Konstruktion, die durch das Vorhandensein einer Reihe mechanischer Geräte (Pumpen, Lösungsspender, Motoren, Ventile, Schalter usw.) verursacht wird. die die Bewegung und Wechselwirkung der an der Reaktion beteiligten Komponenten (Gas - Flüssigkeit) gewährleisten. Dieser Nachteil prägte die begrenzte Entwicklung und Verwendung von Flüssiggasanalysatoren.

Bisher gibt es kein zufriedenstellendes Modell eines ausreichend einfachen, zuverlässigen und kostengünstigen Gas-Flüssigkeits-Geräts, das von der heimischen Instrumentenbauindustrie in Serie hergestellt werden könnte. In der Literatur findet man eine Beschreibung nur einiger Bauarten von Flüssigkeitsphotokolorimetern zur Bestimmung von Mikrokonzentrationen von Stickoxiden (FK4501, FK.4502 usw.), Schwefelwasserstoff (FK5601) und einigen anderen Gasen. Die Entwicklung dieser Geräte endete mit der Veröffentlichung von Prototypen, die nicht zur Massenproduktion gebracht wurden, oder der Veröffentlichung von Kleinserien für besondere Zwecke. In der Zwischenzeit sind perfekte Designs von photokolorimetrischen Gasanalysatoren für Flüssigkeiten erforderlich, da sie aufgrund der spezifischen Merkmale der verwendeten Methode eine Erweiterung des Anwendungsbereichs dieser Geräte auf eine große Anzahl organischer Substanzen ermöglichen würden, die mit anderen Arten von Gasen nicht bestimmt werden können Geräte.

Bei Gasanalysatoren, sogenannten photokolorimetrischen Bandanalysatoren, findet die Reaktion auf einer Schicht Textil- oder Papierband statt, und die Konzentration der zu bestimmenden Komponente wird durch die Abschwächung des Lichtflusses gemessen, der von einem Abschnitt des Indikatorbandes reflektiert wird, der seine Eigenschaft verändert hat Farbe als Ergebnis einer chemischen Wechselwirkung mit der zu bestimmenden Komponente.

Abhängig von den physikalisch-chemischen Eigenschaften des Reagenzindikators kann dieser entweder vorab, während seiner speziellen Verarbeitung (trockenes Indikatorband) oder unmittelbar vor seiner Photokolorimetrie (nasses Indikatorband) auf das Basisband aufgetragen werden. Der Einsatz von Indikatorband, insbesondere Trockenband, ermöglicht es, die Konstruktion von Geräten zu vereinfachen, deren Abmessungen und Gewicht zu reduzieren, zerbrechliche Teile zu eliminieren und dadurch die Betriebszuverlässigkeit der Geräte zu erhöhen.

Darüber hinaus weisen fotokolorimetrische Bandgasanalysatoren im Vergleich zu Flüssigkeitsgeräten eine deutlich höhere Empfindlichkeit auf. Beispielsweise beträgt die Empfindlichkeitsschwelle von Band- und Flüssiggasanalysatoren 0,0002 bzw. 0,02 mg/l für Schwefelwasserstoff bzw. 0,001 bzw. 0,01 mg/l für Stickstoffdioxid.

Ein wesentlicher Nachteil von Bandgasanalysatoren ist der erhebliche Messfehler, der hauptsächlich auf die Heterogenität des Bandmaterials und seiner Imprägnierung sowie auf den Fehler der chemischen Kontrollanalyse bei der Kalibrierung des Geräts zurückzuführen ist.

Berücksichtigt man jedoch die Vorteile von bandphotokolorimetrischen Gasanalysatoren und die Tatsache, dass bei der Überwachung der Luftreinheit in Industriegebäuden ein relativ großer Messfehler zulässig ist, kann es als durchaus angemessen erachtet werden, der Entwicklung und dem Einsatz Vorrang einzuräumen dieser Geräte zur Anzeige und Signalisierung der maximal zulässigen Konzentrationen giftiger Gase und Dämpfe in der Luft von Industrieräumen.

Im letzten Jahrzehnt haben fotokolorimetrische Bandgasanalysatoren eine bedeutende Entwicklung erfahren.

Die ersten Geräte dieser Art wurden auf der Grundlage der Verwendung eines Indikatorbandes entwickelt, das unmittelbar vor der Photokolorimetrie aus einer Pipette benetzt wurde (FL6801, FKG-3 usw.).

Anschließend wurden die Messkreise dieser Instrumente verbessert, der Anwendungsbereich der entwickelten Modifikationen erweitert und universelle Bandphotokolorimeter geschaffen, die zur Messung kleiner Konzentrationen verschiedenster Gase und Dämpfe in der Luft konzipiert sind.

Eines der neuesten Designs von Geräten mit Nassindikatorband ist der universelle fotokolorimetrische Gasanalysator FL5501. Die Verwendung eines Zwei-Fotozellen-Messkreises mit elektrischer Kompensation (anstelle einer optischen) in diesem Gerät ermöglichte es, das Design des Geräts zu vereinfachen und die mit seiner Einrichtung verbundenen Vorgänge zu reduzieren.

Eine Weiterentwicklung der photokolorimetrischen Bandgasanalysatoren ist die Entwicklung von Geräten, die Trockenindikatorband verwenden. Geräte dieser Art zeichnen sich vor allem durch ihre Einfachheit im Aufbau aus, da sie keine Geräte zur Versorgung mit Indikatorlösung sowie deren Dosierung und Zuführung zum Band nach einem bestimmten Programm benötigen.

Basierend auf dieser Methode wurde eine Reihe von Geräten erstellt, darunter der Grundentwurf eines photokolorimetrischen Gasanalysators mit Trockenindikatorband (FGTs), der mehrere Modifikationen aufweist (FGTs-1V, FGTs-1E, FGTs-2, FGTs- 3, FGTs-4).

Das Design dieser Geräte gewährleistet nicht ihre Vielseitigkeit – die Möglichkeit, die Konzentrationen verschiedener Gase und Dämpfe mit demselben Gerät zu bestimmen.

Dieser Nachteil ist größtenteils auf das Fehlen photokolorimetrischer Analysetechniken (spezifische Reaktionen) vieler in der Luft enthaltener Stoffe zurückzuführen.

Merkmale der Anwendung von Methoden und der Durchführung von Operationen

Merkmale der Analyse mit organoleptischen Methoden

Bei der Analyse mit visuellen, organoleptischen und turbidimetrischen Methoden (Bestimmung von Geruch, Geschmack, Farbe, Trübung, Konzentration von Sulfatanionen) muss die Person, die die Analyse durchführt, in der Lage sein, Geschmack, Geruch, Farbe und Trübungsgrad anhand ihrer eigenen Methoden korrekt zu bestimmen Geschmacks-, Geruchs- und Sehsinn.

Merkmale der Durchführung von Analysen mit kolorimetrischen Methoden

Kolorimetrisch(aus dem Englischen „color“) ist eine Analysemethode, die auf dem Vergleich qualitativer und quantitativer Änderungen der sichtbaren Lichtströme beim Durchgang durch die Testlösung und die Referenzlösung basiert. Die zu bestimmende Komponente wird durch eine chemische Analysereaktion in eine farbige Verbindung umgewandelt und anschließend wird die Farbintensität der resultierenden Lösung gemessen. Bei der Messung der Farbintensität von Proben mit einem Photokolorimeter wird die Methode genannt fotokolorimetrisch. Dementsprechend wird die Methode aufgerufen, wenn die Farbintensität visuell gemessen wird (z. B. durch Beurteilung der Farbintensität im Vergleich zu einer Probe). visuell-kolorimetrisch.

Das Grundgesetz der Kolorimetrie ist das Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz (Sie können mehr darüber in jedem Nachschlagewerk über kolorimetrische Analysemethoden oder in einem Grundkurs in Physik erfahren) und lautet wie folgt:

Wo: D – optische Dichte der Lösung;
Ich 0 Und ICH – Intensität des auf die Lösung fallenden Lichtstroms ( Ich 0) und durch die Lösung geleitet ( ICH);
ε – Lichtabsorptionskoeffizient (ein konstanter Wert für eine bestimmte farbige Substanz), l x g-mol–1 x cm–1;
C – Konzentration der farbigen Substanz in Lösung, g-mol/l;
l – Dicke der lichtabsorbierenden Lösungsschicht (optische Weglänge), cm.

Nach der Verarbeitung und Zugabe von Reagenzien nehmen die Proben Farbe an. Die Farbintensität ist ein Maß für die Konzentration des Analyten. Bei der Analyse mit der visuellen kolorimetrischen Methode (pH-Wert, Gesamteisen, Fluorid, Nitrat, Nitrit, Ammonium, Gesamtmetalle) erfolgt die Bestimmung in kolorimetrischen Röhrchen mit der Aufschrift „5 ml“ oder in Flaschen mit der Aufschrift „10 ml“.

Kolorimetrische Röhrchen sind gängige farblose Glasröhrchen, die in Labors weit verbreitet sind und einen Innendurchmesser von (12,8 ± 0,4) mm haben. Kolorimetrische Röhrchen können mehrere Markierungen („5 ml“, „10 ml“) haben, die das Volumen (und damit die Höhe) angeben, bis zu dem das Röhrchen mit Probe gefüllt werden sollte, um bequeme und genaue Bedingungen für visuelle kolorimetrische Messungen zu schaffen. Typischerweise wird versucht, kolorimetrische Röhrchen mit der gleichen Form und dem gleichen Durchmesser zu haben, weil Die Höhe der Farblösungsschicht hängt davon ab. In ähnlicher Weise werden auch Flaschen für die Kolorimetrie ausgewählt (in der Regel Pharmaflaschen mit einem Durchmesser von bis zu 25 mm).

Die genauesten Ergebnisse bei der Analyse mit der visuellen kolorimetrischen Methode werden erzielt, wenn Sie die Farbe der Probe mit der Farbe vergleichen Modellstandardlösungen. Sie werden im Voraus mit Standardreagenzien gemäß den in Anhang 1 angegebenen Methoden hergestellt. Es ist zu beachten, dass die Farben, die bei kolorimetrischen Reaktionen entstehen, normalerweise instabil sind. Daher wird bei der Beschreibung der Herstellung von Lösungen deren Haltbarkeit angegeben. Falls benötigt.

Um die visuelle Farbmetrik bei Feldanalysen zu vereinfachen, kann die Farbe der Probenlösung nicht mit Standardlösungen, sondern mit einer gezeichneten Kontrollskala verglichen werden, auf der die Proben die Farbe (Farbe und Intensität) von gemäß den Vorgaben hergestellten Modellstandardlösungen wiedergeben Konzentrationswerte der Zielkomponente. Kontrollskalen, die als Teil einiger Testkits für die visuelle Farbmetrik verwendet werden, werden auf der Registerkarte „Farbe“ angezeigt.

Als Ergebnis der Analyse bei der visuellen Farbmetrik gilt der Konzentrationswert der Komponente, der farblich der Probe der Kontrollskala bzw. Modellstandardlösung am nächsten kommt. Das Ergebnis der Analyse wird wie folgt dargestellt:

„nahe _________________________ mg/l.“
Skalenkonzentrationswert

In Fällen, in denen sich herausstellt, dass die Farbe der Probenlösung im kolorimetrischen Röhrchen eine mittlere Intensität zwischen allen Proben auf der Kontrollskala aufweist, wird das Ergebnis der Analyse in folgender Form aufgezeichnet:

„von _______ bis _______ mg/l.“

Wenn sich herausstellt, dass die Farbe der Probenlösung im kolorimetrischen Reagenzglas intensiver ist als die äußerste Probe auf der Skala mit der maximalen Konzentration, verdünnen Sie die Probe. Nach wiederholter Kolorimetrie wird ein Korrekturfaktor eingeführt, um den Grad der Probenverdünnung zu berücksichtigen. Das Ergebnis der Analyse lautet in diesem Fall wie folgt:

„mehr als_________________________________mg/l.“
Maximaler Konzentrationswert auf der Skala

Reis. 1. Photoelektrische Kolorimeter:
a) Labor, Klasse MKFM-02;
b) Feld, Marke SMART (LaMotte Co., USA).

Bei Analysen erhaltene farbige Proben können auch mit Photoelektrokolorimetern kolorimeteriert werden (Abb. 1). Bei dieser Methode wird die optische Dichte von Probenlösungen in Glasküvetten mit einer optischen Weglänge von 1–2 cm aus dem Photoelektrokolorimeter-Kit bestimmt (es können auch Küvetten mit einer längeren optischen Weglänge verwendet werden, in diesem Fall sollte die Analyse jedoch erfolgen). durchgeführt mit einem um das 2- bis 3-fache vergrößerten Probenvolumen). Die instrumentelle Kolorimetrie kann die Genauigkeit der Analyse erheblich verbessern, erfordert jedoch eine größere Sorgfalt und Geschicklichkeit bei der Arbeit sowie die vorläufige Erstellung einer Kalibrierungskennlinie (vorzugsweise mindestens 3 Konstruktionen). Dabei werden die optischen Dichtewerte von Modellstandardlösungen gemessen (siehe Anlage 1). Bei der Analyse mit Feldmethoden unter Expeditionsbedingungen ist es praktisch, Proben mit Feldkolorimetern zu photometrischen Messungen durchzuführen. Insbesondere für solche Zwecke liefert JSC „Christmas+“ verschiedene Arten von Kolorimetern, die über einen Satz abnehmbarer Lichtfilter in einem breiten Spektrum sichtbarer Lichtwellenlängen verfügen. Die Werte der Hauptparameter bei der instrumentellen Farbmetrik sind im Definitionstext angegeben.

Merkmale der Analyse mit der titrimetrischen Methode

Titrimetrisch Die Analysemethode basiert auf der quantitativen Bestimmung des Volumens einer Lösung eines oder zweier miteinander reagierender Stoffe, wobei die Konzentration eines dieser Stoffe genau bekannt sein muss. Eine Lösung, in der die Konzentration einer Substanz genau bekannt ist, wird Titriermittel oder titrierte Lösung genannt. Bei der Analyse wird meist die Standardlösung in ein Messgefäß gegeben und vorsichtig in kleinen Portionen dosiert und in die Testlösung gegossen, bis das Ende der Reaktion festgestellt ist. Dieser Vorgang wird Titration genannt. Am Ende der Reaktion stöchiometrisch Wechselwirkung des Titriermittels mit dem Analyten und der Äquivalenzpunkt wird erreicht. Am Äquivalenzpunkt ist die für die Titration aufgewendete Menge (Mol) des Titriermittels genau gleich und chemisch äquivalent zur Menge (Mol) der zu bestimmenden Komponente. Der Äquivalenzpunkt wird üblicherweise durch Zugabe eines geeigneten Indikators zur Lösung und Beobachtung der Farbänderung bestimmt.

Bei der titrimetrischen Analyse (Carbonat, Bicarbonat, Chlorid, Calcium, Gesamthärte) erfolgt die Bestimmung in Kolben oder Reagenzgläsern mit einem Fassungsvermögen von 15–20 ml, gekennzeichnet mit 10 ml. Während des Titrationsvorgangs wird die Lösung mit einem Glasstab oder durch Schütteln gerührt.

Bei der Analyse von niedrigmineralisierten Wässern empfiehlt es sich, titrierte Lösungen mit reduzierten Konzentrationen (0,02–0,03 mol/l) zu verwenden, die durch entsprechende Verdünnung konzentrierter titrierter Lösungen mit destilliertem Wasser erhalten werden können.
Um das Arbeiten mit Reagenzgläsern zu erleichtern, können diese in die Löcher des Trübungsmessgeräts eingebaut (Abb. 2) oder in Gestelle gestellt werden.

A) B)

Reis. 2. Trübungsmessgerät mit Trübungsröhrchen:
a) Gesamtansicht, b) Schnittansicht
1 – Trübungsteströhrchen;
2 – restriktiver Ring;
3 – Gehäuse des Trübungsmessers;
4 – schwarzer Punkt;
5 – Bildschirm des Trübungsmessgeräts.

Die erforderlichen Lösungsvolumina während der Titration werden mit Büretten, Messpipetten oder einfacheren Dosiergeräten: Spritzen, kalibrierten Tropfern usw. gemessen. Am praktischsten für die Titration sind Büretten mit Hahn.

Reis. 3. Mittel zur Dosierung von Lösungen:
a – Bürette mit Hahn, b – Messpipette,
c – Spritzenspender, d – einfache Tropfpipette,
d – Tropfflasche.

Um das Befüllen von Messpipetten mit Lösungen und die Titration zu erleichtern, sind sie über einen Verbindungsschlauch aus Gummi hermetisch mit einem Gummiball verbunden. Füllen Sie Pipetten nicht mit Lösungen, indem Sie sie in den Mund saugen! Noch komfortabler lässt es sich mit Messpipetten arbeiten, indem man diese zusammen mit einer medizinischen Spritze in einen Ständer einbaut und über einen flexiblen Schlauch (Gummi, Silikon etc.) hermetisch mit der Pipette verbindet (Abb. 4).

A b
Reis. 4. Einstellungen für Titrationen in Stativen:
a – Messpipette; b – Bürette mit Hahn.

Es ist zu beachten, dass die Messung des Volumens einer Lösung in Büretten, Messröhrchen und Messkolben entlang der Unterkante des Flüssigkeitsmeniskus erfolgt (bei wässrigen Lösungen ist dieser immer konkav). In diesem Fall sollte sich das Auge des Betrachters auf der Höhe der Markierung befinden. Blasen Sie nicht den letzten Tropfen Lösung aus einer Pipette oder Bürette aus. Es ist auch wichtig zu wissen, dass alle volumetrischen Glasgeräte bei einer Temperatur von 20 ° C kalibriert und graduiert werden. Um genaue Ergebnisse bei der Volumenmessung zu erhalten, sollte die Temperatur der Lösungen daher bei Verwendung von Pipetten, Büretten usw. nahe der Raumtemperatur liegen Tropfer. Bei der Verwendung von Messkolben sollte die Lösungstemperatur möglichst nahe bei 20 °C liegen, denn Das große Fassungsvermögen des Messkolbens führt zu einem merklichen Fehler bei der Volumenmessung (aufgrund der thermischen Ausdehnung oder Kompression der Lösung), wenn die Temperatur um mehr als 2–3 °C von 20 °C abweicht.

Kolorimetrische Methoden, basierend auf der Bestimmung des Farbgrades von Verbindungen, die als Ergebnis verschiedener „Farbreaktionen“ entstehen:

A) Somogyis Methode (1933), die die Fähigkeit von Glucose nutzt, Kupferoxidhydrat zu Kupferoxid zu reduzieren, das wiederum Arseno-Molybdänsäure in Molybdänblau umwandelt. Diese Methode ist unspezifisch, arbeitsintensiv und wird derzeit in klinisch-diagnostischen Labors nur selten eingesetzt.

B) die Folin-Wu-Methode (1919), die darin besteht, die Farbe von Molybdänblau zu bestimmen, das durch die Reduktion von Kupfertartrat zu Kupferoxid entsteht. Letzteres führt in Wechselwirkung mit Molybdotustengonsäure zu einer Farbreaktion. Die Methode ist relativ einfach: Der Nachteil besteht darin, dass zwischen der im Blut vorhandenen Glukose und der resultierenden Farbe keine strikte Proportionalität besteht.

C) Die Krezelius-Seifert-Methode (1928, 1942) basiert auf der Reduktion von Pikrinsäure zu Pikraminsäure und anschließender Kolorimetrie. Die Methode ist schnell, aber nicht sehr genau. Der Fehler kann 10-20 % überschreiten. In dieser Hinsicht hat die angegebene Methode richtungsweisenden Wert;

D) Methode mit Anthronreagenz nach Morris (1948) und Rohe (1955). Bei der Anthron-Methode handelt es sich um eine Kolorimetrie des Farbkomplexes, der durch die Kombination von Anthron mit Kohlenhydraten entsteht. Genaue Ergebnisse können durch die Verwendung hochreiner Chemikalien und die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur erzielt werden.

D) Gultmanns Ortho-Toluidin-Methode, modifiziert durch Hivarinen-Nikilla (1962), die darin besteht, die Intensität der Farbe der Lösung zu bestimmen, die aus der Wechselwirkung von Ortho-Toluidin mit Glucose resultiert. Diese Methode ist spezifisch und genau, ermöglicht die Bestimmung „wahrer“ Glukose und wird daher als einheitliche Methode vorgeschlagen. Zu den Nachteilen zählen die Verwendung anorganischer (Essigsäure) und organischer (TCA) Säuren sowie der Kochschritt.

Reaktionsschema der Ortho-Toluidin-Methode:

Blutproteine + TCA ---> Denaturierung und Ausfällung
Glucose (H+, Erhitzen) -----> Hydroxymethylfurfural
Hydroxymethylfurfural + o-Toluidin ------> blaugrüne Farbe

Kolorimetrisch(aus dem Englischen Farbe – Farbe) ist eine Analysemethode, die auf dem Vergleich qualitativer und quantitativer Änderungen der sichtbaren Lichtströme beim Durchgang durch die Testlösung und die Referenzlösung basiert. Die zu bestimmende Komponente wird durch eine chemische Analysereaktion in eine farbige Verbindung umgewandelt und anschließend wird die Farbintensität der resultierenden Lösung gemessen. Bei der Messung der Farbintensität von Proben mit einem Photokolorimeter wird die Methode genannt fotokolorimetrisch. Dementsprechend wird die Methode aufgerufen, wenn die Farbintensität visuell gemessen wird (z. B. durch Beurteilung der Farbintensität im Vergleich zu einer Probe). visuell-kolorimetrisch.

wobei D die optische Dichte der Lösung ist;

I o und I – Intensität des Lichtstroms, der auf die Lösung fällt (I o) und durch die Lösung geht (I):

ε – Lichtabsorptionskoeffizient (ein konstanter Wert für eine bestimmte farbige Substanz), l × g-mol -1 cm -1;

C – Konzentration der farbigen Substanz in Lösung, g-mol/l;

l– Dicke der lichtabsorbierenden Lösungsschicht (optische Weglänge), cm.

Nach der Bearbeitung der Probe und der Zugabe von Reagenzien nehmen die Proben Farbe an. Die Farbintensität ist ein Maß für die Konzentration des Analyten. Bei der Durchführung einer Analyse mit der visuellen kolorimetrischen Methode (pH-Wert, Gesamteisen, Fluorid, Nitrat, Nitrit, Ammonium, Gesamtmetalle) erfolgt die Bestimmung in kolorimetrischen Röhrchen mit der Aufschrift „5 ml“ oder in Kolben mit der Aufschrift „10 ml“.

Kolorimetrische Röhrchen sind gewöhnliche, in Laboratorien weit verbreitete farblose Glasröhrchen mit einem Innendurchmesser von (12,8 ± 0,4) mm. Kolorimetrische Röhrchen können mehrere Markierungen („5 ml“, „10 ml“) haben, die das Volumen (und damit die Höhe) angeben, bis zu dem das Röhrchen mit Probe gefüllt werden sollte, um bequeme und nahe Bedingungen für die visuelle Kolorimetrie zu schaffen. Typischerweise wird versucht, kolorimetrische Röhrchen mit der gleichen Form und dem gleichen Durchmesser zu haben, weil Die Höhe der Farblösungsschicht hängt davon ab. In ähnlicher Weise werden auch Flaschen für die Kolorimetrie ausgewählt (in der Regel Pharmaflaschen mit einem Durchmesser von bis zu 25 mm).

Die genauesten Ergebnisse bei der Analyse mit der visuellen kolorimetrischen Methode werden erzielt, wenn Sie die Farbe der Probe mit der Farbe vergleichen Modellstandardlösungen. Sie werden im Voraus mit Standardreagenzien gemäß den in Anhang 1 angegebenen Methoden hergestellt. Es ist zu beachten, dass die Farben, die bei kolorimetrischen Reaktionen entstehen, normalerweise instabil sind. Daher wird bei der Beschreibung der Herstellung von Lösungen deren Haltbarkeit angegeben. Falls benötigt.

"schließen (Konzentrationswert auf der Skala) mg/l (mg-eq/l).“

Falls sich herausstellt, dass die Farbe der Probenlösung im kolorimetrischen Röhrchen eine mittlere Intensität zwischen allen Proben auf der Kontrollskala aufweist, wird das Ergebnis der Analyse in folgender Form aufgezeichnet:

„von _____ bis ______ mg/l (mg-eq/l).“

"mehr (maximaler Konzentrationswert auf der Skala) mg/l (mg-eq/l).“

Bei der Analyse gewonnene farbige Proben können auch mit Photoelektrokolorimetern kolorimetert werden. Bei dieser Methode wird die optische Dichte von Probenlösungen in Glasküvetten mit einer optischen Weglänge von 1 - 2 cm aus dem Photoelektrokolorimeter-Kit bestimmt (es können auch Küvetten mit einer längeren optischen Weglänge verwendet werden, in diesem Fall sollte die Analyse jedoch erfolgen). durchgeführt mit einem um das 2-3-fache vergrößerten Probenvolumen). Die instrumentelle Kolorimetrie kann die Genauigkeit der Analyse erheblich verbessern, erfordert jedoch eine größere Sorgfalt und Geschicklichkeit bei der Arbeit sowie die vorläufige Erstellung einer Kalibrierungskennlinie (vorzugsweise mindestens 3 Konstruktionen). Dabei werden die optischen Dichtewerte von Modellstandardlösungen gemessen (siehe Anlage 1). Bei der Analyse mit Feldmethoden unter Expeditionsbedingungen ist es praktisch, Proben mit Feldkolorimetern zu photometrischen Messungen durchzuführen.

Die Kolorimetrie als Methode der chemischen Analyse dient zur Bestimmung der Konzentration eines bestimmten Stoffes in einer Lösung. Die Methode ermöglicht das Arbeiten mit farbigen Lösungen oder Lösungen, die durch eine bestimmte chemische Reaktion gefärbt werden können.

Grundlagen der Farbmetrik

Chemische Analysemethoden mittels Kolorimetrie basieren auf dem Bouguer-Lambert-Weer-Gesetz, das besagt, dass die Intensität der Farbe von der Konzentration des farbigen Stoffes in der Lösung und von der Dicke der Flüssigkeitsschicht abhängt.

Mithilfe verschiedener kolorimetrischer Techniken ist es möglich, den quantitativen Gehalt bestimmter Stoffe in einer Lösung mit relativ hoher Genauigkeit abzuschätzen – normalerweise beträgt er 0,1-1 %. Diese Genauigkeit steht in der Regel der Genauigkeit der Konzentrationsbestimmung durch wesentlich komplexere und teurere chemische Analysen in nichts nach und ist für viele Aufgabenstellungen – nicht nur industrieller, sondern auch fachmännischer Natur – ausreichend. Mit kolorimetrischen Methoden können Konzentrationen von Stoffen bis zu 10−8 mol/l bestimmt werden.

Kolorimetrische Methoden verwenden einen visuellen Vergleich oder einen Vergleich mit Instrumenten – Photokolorimetern oder Spektrophotometern. Der Vergleich erfolgt mit direkten oder kompensatorischen Methoden.

Direkte Methode

Bei der direkten Methode wird der Grad der Färbbarkeit der Testlösung bei einer bestimmten Temperatur und in einer bestimmten Flüssigkeitsschicht mit einer Referenzlösung verglichen. Der Standard enthält eine genau bekannte Menge Farbstoff bei gleicher Temperatur und in der gleichen Flüssigkeitsschicht.

Manchmal werden Vergleiche mit destilliertem Wasser angestellt. Solche Methoden basieren in der Regel auf der Verwendung von Photokolorimetern oder Spektralphotometern. Diese Instrumente messen den Strom, der von der Intensität des emittierten Lichts abhängt, das durch die zu testende Lösung geleitet wird.

Die Genauigkeit der Hardwaremessung ist höher als die der visuellen Messung. Mit einer visuellen Methode wird auch die Farbintensität der Lösung mit Standardlösungen verglichen, bei denen die Konzentration des Stoffes bekannt ist.

Vergütungsmethode

Die Kompensationsmethode basiert darauf, die Farbe der Testprobe auf die Referenzfarbe zu bringen. Lösungen unter Verwendung verschiedener optischer Geräte – Spiegel, Gläser und Prismen – werden so im Gerät platziert, dass sie im Sichtfeld des Forschers kombiniert werden. Das Auge ist in der Lage, die gleiche Farbe zweier Proben genau zu erfassen. Bei einigen Geräten wird die Aufgabe dadurch erleichtert, dass bei übereinstimmender Farbintensität die visuelle Grenze, die die Lösungen ursprünglich trennte, verschwindet.

Um die zu untersuchende Lösung auf die Standardlösung zu bringen, wird ihr ein transparentes Lösungsmittel zugesetzt oder die Höhe der Flüssigkeitsschicht erhöht. Aus dem Wert des zugesetzten Verdünnungsmittels bzw. der Höhe der Lösungsschicht wird dann ein quantitatives Merkmal der Konzentration der Farbstoffe in der Lösung abgeleitet. Kompensationsmethoden werden in visuellen Kolorimetern und Photokolorimetern verwendet. Sie sind am praktischsten, da sie nicht durch äußere Faktoren – zum Beispiel die Temperatur – beeinflusst werden.

Wann und wo werden kolorimetrische Verfahren eingesetzt?

Kolorimetrische Verfahren zur chemischen Analyse werden dann eingesetzt, wenn die chemische Zusammensetzung der Lösung genau bekannt ist; die Lösung ist transparent; es gibt ein Referenzmuster; Die Temperaturen der Probe und der Testlösung sind gleich. Mit diesen Methoden ist es möglich, die Konzentrationen von Stoffen in ungefärbten Lösungen zu bestimmen, sofern es möglich ist, die Lösung durch Zugabe eines bestimmten Reagenzes einzufärben.

Farbmetrik wird verwendet:

In der analytischen Chemie;
- in der Medizin (Blutgehalt);
- die Qualität von Trink- und Abwasser zu kontrollieren;
- in der Lebensmittelindustrie zur Bestimmung des Reinigungsgrades von Wein, Bier, Zucker;
- in der Industrie - zur Analyse der Zusammensetzung von Schmierölen, Kerosin.

Vorteile kolorimetrischer Methoden:

Einfachheit;
- keine teure Ausrüstung erforderlich;
- Effizienz der Messungen, Möglichkeit zur Durchführung von Analysen direkt in der Produktion;
- die Fähigkeit, sehr kleine Konzentrationen von Stoffen zu bestimmen, die mit anderen Methoden der chemischen Analyse schwer zu berechnen sind.

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