Методы контроля и анализа веществ (химические методы) (стр. 2 из 3)
6. (4,10-11) Рассчитайте потенциал медного электрода, опущенного в 0,2 н раствор CuCl (н.у.)
Решение:
Стандартный потенциал пары Cu+/Cu равен 0,531 В. Можно пренебречь тем, что при нормальных условиях это значение изменится (так как это изменение будет не значительное).
Медный электрод, опущенный в раствор соли меди, является электродом первого рода, его потенциал зависит от природы потенциалопределяющей пары и концентрации катиона Сu+ (окисленной формы):
0,058
7. (5,10,11) Оптическая плотность 0,1 н раствора Cr3+ составляла А = 2,87. Измеренная в адекватных условиях оптическая плотность исследуемого раствора равнялась А = 4,25. Какова концентрация исследуемого раствора?
Решение:
, где 
молярный коэффициент поглощения; 
– толщина светопоглощающего слоя; 
– концентрация раствора.Так как измерения проводились в адекватных условиях то можно записать
; 
и 
; тогда 
8. (7,10) Сущность атомно-эмисссионного оптического спектрального анализа. Области его применения
Ответ:
Метод атомно-эмиссионной спектроскопии (АЭС) основан на термическом возбуждении свободных атомов или одноатомных ионов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов (рис. 8.1)
Рис. 8.1 Схема процесса лежащая в основе метода атомно-эмиссионной спектроскопии
Аналитическим сигналом в АЭС служит интенсивность испускаемого излучения
. Поскольку возбуждение атомов имеет термическую природу, возбужденные и невозбужденные атомы находятся между собой в термодинамическом равновесии, положение которого описывается законом распределения Больцмана: 
где N0– число невозбужденных атомов;
g* и g0 – статистические веса возбужденного и невозбужденного состояния;
Е – энергия возбуждения;
к – постоянная Больцмана;
Т – абсолютная температура.
Таким образом, при постоянной температуре число возбужденных частиц N* прямо пропорционально числу невозбужденных частиц N0, т. е. фактически общему числу данных атомов N в атомизаторе (поскольку в реальных условиях атомно-эмиссионного анализа доля возбужденных частиц очень мала: N* << N0).
В свою очередь (при заданных условиях атомизации, определяемых конструкцией и режимом работы прибора и рядом других факторов), число атомов (N) в атомизаторе пропорционально концентрации определяемого элемента в пробе с.
Таким образом, можно было бы ожидать, что между интенсивностью испускаемого излучения
и концентрацией определяемого элемента с наблюдается прямо пропорциональная зависимость. Однако на практике условия, обеспечивающие эту зависимость, выполняются далеко не всегда. В общем случае зависимость интенсивности излучения от концентрации нелинейная и может быть описана эмпирическим уравнением 
Это уравнение называется уравнением Ломакина-Шайбе. Оно является основным количественным соотношением атомно-эмиссионного анализа.
Коэффициент а в этом уравнении является сугубо эмпирической величиной, зависящей от условий процесса. Поэтому в АЭС решающее значение имеет правильный выбор условий атомизации и измерения аналитического сигнала, включая градуировку по образцам сравнения.
Области применения атомно-эмиссионный метода анализа
Качественный анализ. Атомно-эмиссионный метод позволяет одновременно зарегистрировать множество линий испускания. Поэтому АЭС является многоэлементным методом анализа. Это важнейшее достоинство метода позволяет успешно использовать его для идентификации элементов, содержащихся в пробе, для качественного анализа.
Из традиционных источников атомизации наиболее подходящим для качественного анализа является дуговой разряд. С одной стороны, температура дуги достаточна для атомизации и возбуждения большинства элементов. С другой стороны, поскольку температура дуги ниже, чем, например, искры или ИСП, то дуговые спектры существенно беднее линиями, что облегчает идентификацию. Основной недостаток дугового разряда – низкая стабильность – применительно к качественному анализу не играет существенной роли, поскольку для идентификации используют положение (длину волны) линии в спектре, а не ее интенсивность.
Для идентификации элементов используют в первую очередь наиболее интенсивные, так называемые «последние» линии (название связано с тем, что при уменьшении концентрации элемента эти линии исчезают в последнюю очередь). Чтобы идентификация была надежной, в спектре необходимо обнаружить несколько линий одного и того же элемента.
Количественный анализ. При количественном анализе методом АЭС можно использовать все основные способы градуировки – внешних стандартов (градуировочного графика), внутреннего стандарта и метод добавок. Целесообразность применения каждого способа зависит от характера возможных помех и природы анализируемого объекта. Так, метод добавок позволяет эффективно устранить косвенные мультипликативные погрешности, вызываемые главным образом физико-химическими помехами, однако против аддитивных спектральных помех – таких, как наложение спектральных линий, – он бессилен. Следует в то же время иметь в виду, что метод добавок легко реализуем технически только при анализе растворов (атомизаторы – главным образом пламя, ИСП), но не твердых проб (дуговой, искровой разряды). В любом случае при построении градуировочной зависимости следует стремиться к тому, чтобы все образцы, используемые для градуировки, были максимально адекватны анализируемому – как по валовому химическому составу, так и по физическому состоянию (последнее особо важно при анализе твердых проб).
9. (6,10-11) Вычислить длину волны линии лх, если расстояние её до линии железа л1 = 304,26 нм составляет 1,5 мм, а до линии железа л2=304,58 нм - 2,4 мм
Решение:
На рис. 9.1 представлено схематическое изображение небольшого участка спектра железа и спектра исследуемой пробы.
Рис. 9.1 Определение длины волны спектральной линии
Для определения длины волны заданной линии лх измеряют расстояние а1 от этой линии до ближайшей к ней линии спектра железа, длина волны которой л1 точно известна, и расстояние а2 от линии лх до другой линии с известной длиной волны л2. В небольшом спектральном интервале дисперсия прибора остается постоянной, поэтому можно записать пропорцию
После простых преобразований получаем формулу для расчета длины волны неизвестной линии:
10. (6,10-11) Определить длину волны неизвестной линии лх, если линии железа л1 = 327,4 нм и л2 = 328,8 нм находятся от нее на расстояниях соответственно 0,25 мм и 1,17 мм
Решение:
Все тоже, что и в предыдущей задачи:
; 
11. (10) Нарисуйте принципиальную схему атомно-абсорбционного спектрометра и дайте пояснения к ней
Ответ:
На рис. 11.1 представлена принципиальная блок-схема ААС-спектрометра. Проба в нем вносится в атомизатор (например, пламя), где распадается до свободных атомов. Возбуждение атомов осуществляется потоком света УФ-видимой области, исходящего из лампы с полым катодом. Отсечение постороннего излучения и детектирование производятся при помощи таких устройств, как – монохроматор и ФЭУ (фотоэлектронный умножитель), соединенного с устройством отображения информации.
12. (10) Стандартные образцы состава
Ответ: Под стандартными образцами принято понимать образцы веществ или материалов, химический состав или физические свойства которых типичны для данной группы веществ (материалов), определены с необходимой точностью, отличаются высоким постоянством и удостоверены сертификатом.
Рис. 11.1 Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрометра
Стандартные образцы используются для градуировки, поверки и калибровки химического состава и различных свойств материалов (механических, теплофизических, оптических и др.). Стандартные образцы как мера с установленной погрешностью (классом точности) применяются непосредственно для контроля качества сырья и промышленной продукции путем сличения. По существу стандартные образцы служат для поддержания единства измерений, т.е. являются средствами измерений.