II.Asosiy qism
2.1 Fotometrik analiz haqida umumiy ma’lumot
Metodning mohiyati. Fotometrik metod eritmaning aniqlanadigan komponentini dastlab rangli birikmaga aylantirib so’ngra shu ma‘lum qalinlikka ega bo’lgan rangli eritma qavatining optik zichligi (nur yutilishi) ni o’lchashga asoslangan. Kimyoviy bosqich, asosan metodning analitik imkoniyatlarini, aniqlikni, sezgirlikni, tanlab ta‘sir etishini va analizni bajarish uchun sarflanadigan vaqtni aniqlaydi. Agar optik zichlikni o’lchashda ma‘lum to’lqin uzunlikka ega spektr nurlaridan foydalanilsa, u holda bu metodni spektrofotometrik usul deyiladi. Agar optik zichlikni o’lchashda ma‘lum to’lqin uzunlikka ega bo’lgan bir xil rangli (taxminan monoxromatik) nurdan foydalanilsa, u holda bu metodni fotokolorimetrik usul deyiladi. Spektrofotometr usul fotokoloritmetrik usulga nisbatan aniqroq va selektivroq hisoblanadi, lekin murakkabroq va qimmatbaho asboblarni talab qiladi. Fotokolorimetrik usul hamma analitik parametrlar boyicha spektrofotometrik usuldan orqada turgani bilan, lekin fotometrik asboblarning juda oddiyligi va arzonligi bilan afzaldir. Hamma fotometrik usullar asosida Lamber – Buger – Berning nur yutilish qonuni yotadi. Bu qonunning matematik ifodasi quyidagi ko’rinishga ega:
A = E Cl
Bu yerda S – rangli eritma kontsentratsiyasi, mol/l;
l – eritmaning nurni yutadigan qatlami qalinligi, sm;
E – nur yutilishining molyar so’ndirish koeffitsenti;
A – optik zichlik.
Optik zichlik o’lchovsiz kattalik bo’lib, u eritma qatlamiga tushayotgan nur intensivligiga nisbatining o’nli logarifmiga teng
A = lg (i0/ it)
Nur yutilishining asosiy qonuni quyidagi sharoitlaridagina yetarlicha va qat‘iy amal qilinadi:
eritmaga tushayotgan nur qat‘iy monoxromatik;
rangli eritma yetarlicha kuchli suyultirilgan;
eritmaning aniqlanadigankomponenti to’la barqaror tarkibidagi rangli birikmaga aylantirilgan;
eritmaning barcha begona komponentlari kontsentratsiyasi va tabiati hamma hollarda deyarli o’zgarmaydi.
Molyar so’ndirish koeffitsenti eritma qatlamining qalinligi 1 sm va undagi rangli birikmaning kontsentratsiyasi 1 mol/l bo’lgandagi optik zichlikni xarakterlovchi kattalikdir. Bu koeffitsent shu rangli mahsulotning ma‘lum to’lqin uzunlikka ega bo’lgan nurni yutish qobilyatini ko’rsatuvchi asosiy xarakterdir. Uning kattaligi foydalanilayotgan monoxromatik nurning to’lqin uzunligiga bog’liq. Bunday bog’lanishning grafik ko’rinishi ushbu rangli birikmaning yutilish spektri deyiladi. Ye – qancha katta bo’lsa, rangli birikmani qo’llashga asoslangan fotometrik usulning sezgirligi ham shunchalik katta bo’ladi. Eng yuqori aniqlash sezgirligini ta‘minlash uchun foydalaniladigan monoxromatik nurning shunday to’lqin uzunlikka ega bo’lgani tanlanadiki, bunday koeffitsent Ye maksimal bo’lib eritmaning qolgan barcha komponentlari va aniqlanadigan komponentni rangli birikmaga aylantiradigan reaktivning ortiqcha miqdori bunday to’lqin uzunlikka ega bo’lgan nurni yutmasligi kerak. Chegaralanggan miqdorda yorug’lik filtrlari bo’lganda yoki ular o’tkazadigan yorug’lik nurining to’lqin uzunliklari intervali noma‘lum bo’lganda va shu bilan birga aniqlanayotgan rangli eritma eng ko’p yutadigan nurning to’lqin uzunligi noma‘lum bo’lganda, adbatta yorug’lik filtrlari tajriba yo’li bilan tanlanadi. Buning uchun har bir yorug’lik filtri bilan rangli eritmaning optik zichligi o’lchanadi, so’ngra eng katta optik zichlik qayd qilingan yorug’lik filtri optimal sifatida tanlanadi.
Optik zichlikning o’lchangan qiymati bilan aniqlanadigan komponent kontsentratsiyasini aniqlash uchun quyidagi usullar qo’llaniladi:
bir yoki ikki standart bilan solishtirish usuli;
darajalangan grafik usuli;
standart qo’shimcha qo’shish usuli.
Bir yoki ikki standart eritma bilan solishtirish usulining mohiyati quyidagicha: bir vaqtning o’zida aniqlanadigan moddaning alikvot qismidan rangli eritma tayyorlash bilan bir qatorda, xuddi shunday sharoitda standart eritma alikvot qismidan rangli eritma shunday hisob bilan tayyorlanadiki, bunda ikkala eritmada ham aniqlanadigan komponent miqdori bir – biriga yaqin bo’ladi. Har bir eritmaning optik zichligi o’lchanadi, so’ngra analiz qilinadigan eritmaning alikvot qismidan tayyorlangan rangli eritmadagi noma‘lum Sx kontsentratsiyadan topiladi:
Sst : Sx = Ast : Ax
Bunda S st – standart eritmadagi aniqlanadigan komponentningma‘lum kontsentratsiyasi, Ax va Ast – analiz qilinadigan va standart eritmalardan tayyorlangan eritmalar optik zichliklari. Agar Ax – ning qiymati Ast – ning qiymatidan keskin farq qilsa u holga yangi rangli standart eritmani shunday tayyorlash kerakki, bunda uning optik zichligi deyarli Ax bilan bir xil bo’lsin. Bir standart bilan tenglashtirish usulini bitta komponent miqdorini aniqlash uchun chegaralangan sondagi analizlarni bajarishda qo’llash qulaydir.
Darajalangan grafik usulini har bir komponentning turli namunalardagi miqdorini aniqlash uchun ko’p sonli analizlarni bajarishda (sanoat korxonalarida, meditsinada va boshqa sohalarda) qo’llash maqsadga muvofiqdir. Bu usulda aniqlanadigan komponentning ortib boruvchi kontsentratsiyalari asosida rangli standart eritmalar tayyorlanib, bir necha ma‘lum o’lchamli kyuvetalarga solinadi va ularning optik zichligi fotometrik asbobda o’lchanadi. Olingan natijalar asosida grafik chiziladi, abstsissa o’qiga aniqlanadigan komponent koordinatsiyasi, ordinata o’qiga esa, tegishli optik zichliklar qiymati tushiriladi. Hamma tayyorlangan kontsentratsiyalar oralig’ida Lamber – Buger – Ber qonunidan cheklanish bo’lmasa, u holda grafikka tushirilgan nuqtalar bir to’g’ri chiziqda va koordinata boshidan o’tadi. Aks holda yuqori kontsentratsiyali eritmalarda koordinata boshidan o’tkazilgan to’g’ri chiziqdan, chetlanish bo’ladi. Shu tarzda darajalangan grafik tuzish nur yutilishining asosiy qonuni talabini bajarilishi tekshirib ko’riladi. Tajribada topilgan hamma nuqtalarning koordinata boshidan o’tadigan bir to’g’ri chiziqda yotishiga ishonch hosil qilinganch, bu to’g’ri chiziqning tenglamasi eng kichik kvadratlar usuli bilan hisoblanadi:
A = k Sst
Bu tenglama bilan standart rangli eritmalar tayyorlangan sharoitda analiz qilinadigan eritma qismidan tayyorlangan rangli eritmadagi aniqlanadigan komponentning kontsentratsiyasi hisoblanadi. «k» ning qiymatini eng kichik kvadrat usuli bilan quyidagi formula bilan hisoblanadi:
Bunda Ai – tegishli I – inchi standart eritma optik zichligi (nur yutilishi);
Si – tegishli I – inchi standart eritma kontsentratsiyasi, mg/ml;
P – standart eritmalar soni;
Standart qo’shimcha qo’shish usuli quyidagicha bajariladi. Ikkita bir xil o’lchov kolbalariga pipetka yordamida analiz qilinadigan eritmadan bir xil hajmda olinadi. So’ngra ikkinchi kolbaga pipetka yordamida ma‘lum hajmdagi aniqlanadigan komponentning standart eritmasi qo’shiladi. So’ngra har bir kolbaga aniqlanadigan komponentni rangli birikmaga aylantiradigan bir xil miqdordagi hamma zarur reaktivlar va belgi chiziqqacha distillangan suv (qaysi erituvchidan foydalanilgan bo’lsa, o’sha erituvchidan) qo’shiladi. Ikkala eritma ham aralashtiriladi va ularning optik zichliklari o’lchanadi. Analiz qilinadigan eritmadagi aniqlanadigan noma‘lum modda yoki ion kontsentratsiyasi olingan natijalar asosida quyidagi formula yordamida hisoblanadi:
Vst Cst
Sx = ------------------------- mg/ml
((A1/A2) – 1) – Vx
bu yerda Vx – analiz qilinayotgan eritma hajmi, ml;
Vst – aniqlanayotgan komponent standart eritmasining hajmi, ml;
Sst – aniqlanayotgan komponent standart eritmasining kontsentratsiyasi, mg/l yoki mkg/l;
A1 – analiz qilinayotgan eritmaning optik zichligi;
A2 – analiz qilinayotgan komponent standart eritmasining optik zichligi.
Fotometriya (foto... va metriya) — fizik optikaning manbalardan chiqib, turli muhitlarda tarqaladigan va jismlar bilan oʻzaro taʼsirlashadigan optik nurlanishning energetik koʻrsatkichlarini oʻrganadigan boʻlimi. Fotometriya fotometrik kattaliklarni oʻlchashning eksperimental usullari va vositalarini xamda shu kattaliklarga tegi shli nazariy qoidalar va x.isoblarni oʻz ichiga oladi. Fotometriyaning asosiy energetik tushunchasi nurlanish oqimi F(, boʻlib, uning fizik maʼnosi elektromagnit nurlanish tashiydigan oʻrtacha quvvatdir. Tor maʼnoda fotometriya deb, yoruglik kattaliklari tizimiga tegishli (yoritilganlik, yoruglik kuchi, ravshanlik va h.k.) kattaliklarni oʻlchash va hisoblash tushuniladi. Fotometrik kattaliklarning nurlanish toʻlqin uzunligiga bogʻliqligini va energetik kattaliklarning spektral zichliklarini oʻrganish spektrofotometriya hamda spektroradiometriya mazmunini tashkil etadi. Fotometriyaning asosiy qonunini I.Kepler 1604 yil taʼriflagan: Ye=1/R (bunda Ye — yoruglik kuchi / boʻlgan yorugʻlik manbaidan / masofadagi yoritilganlik). Fotometriyani P. Buger eksperimental asoslab bergan. Modsalar va jismlarning fotometrik xususiyatlari oʻtkazish koeffitsiyenti t, qaytarish koeffitsiyenti r va yutish koeffitsiyenti a bilan tavsiflanadi. Bir jiyemning oʻzi uchun t+r+a=1 munosabat oʻrinli. Nurlanishning ingichka dastasi modda orqali oʻtishida nurlanish oqimining susayishi Buger — Lambert — Ber qonuni orqali aniqlanadi. Fotometriya usullari astronomiyada spektrning turli diapazonlarida nurlanuvchi kosmik manbalarni tadqiq qilishda, yorugʻlik texnikasida, signalizatsiya texnikasida, astronomiya, astrofizika va h.k.da qoʻllanadi.
Yorug`lik to`lqinlari ma`lum bir qalinlikdagi modda (eritma) orqali o`tganda energiyasining ma`lum bir qismini modda elektronlarning tebranishiga sarflaydi, ya`ni moddaning ichki energiyasini oshiradi. Shu sababli yorug`lik oqimining intensivligi moddadan o`tgandan so`ng ma`lum miqdorda kamayadi-demak yorug`lik moddada yutiladi. Modda (eritma) elektronlarining majburiy tebranishi ya`ni yorug`likning yutilishi rezanons chastotasida juda intensiv bo`ladi. Bu quyidagi 1-rasmda keltirilgan. Bunga yutilish egri chizig`i deyiladi.
Modda (eritma) tomonidan yorug`likning yutilishini mukammal ko`raylik. Qalinligi l - bo`lgan moddadan to`lqin uzunligi l - bo`lgan parallel monoxromatik yorug`lik oqimi o`tayotgan bo`lsin. Bundan l d elementar qalinlikni ajratib olamiz
(2-rasm).
Elektromagnit nurlar ta’sirida moddani (nur chiqarish, nurni yutish, tarqatish, sindirish, nurni qutblantirish) kabi optik xossalarini o’lchashga asoslangan usullar tahlilni optik usullari deb ataladi. Optik tahlil usullari quyidagicha tasniflanadi: a)o’rganilayotgan ob’ektga ko’ra:
atom
molekulyar spektral tahlil
Elektromagnit nurlarning modda bilan ta’sirlashuv xususiyatiga ko’ra: Atom-adsorbsion tahlil - gaz fazasida modda atomlarining monoxromat nur yutishi
Emission spektral tahlil - modda tomonidan chiqarilayotgan nur intensivligi Alangali fotometriya - qo’zg’atuvchi gaz alangasi ta’siridagi nur sochish Molekulyar absorbsion tahlil - modda molekulalari yoki ionlari tomonidan yutilgan nur miqdori
Lyuminessent tahlil - lyuminessensiya intensivligini o’lchash
Nefelometrik tahlil - dispers tizim sochayotgan nur intensivligini Turbidimetrik tahlil - dispers tizim orqali o’tgan nur intensivligini o’lchash va boshqalar.
2.YOrug’likni yutilishi Lambert-Buger-Ber qonuniga asoslanadi. Bu qonunga ko’ra: yorug’likni yutilishi yorug’lik o’tayotgan kyuveta qalinligiga va yorug’lik yutuvchi modda konsentratsiyasiga to’g’ri proporsional. lg Jo / J = k· C· l
A = k· C· l yoki A = 10 - k· C· l
A- optik zichlik
Jo- kyuvetaga kiruvchi nur intensivligi J – kyuvetadan chiquvchi nur intensivligi
k- yorug’likni yutilish koeffitsienti ( εm yoki E% ) S- konsentratsiya l- kyuveta qalinligi
Optik zichlikning fizik ma’nosi: kiruvchi va chiquvchi nurlar intensivligi nisbatining logarifmi qiymatiga teng. Qonun qat’iy monoxromatik nur uchun to’g’ri keladi. Qonundan chetlanish sabablari:
Kimyoviy muvozanatning siljishi;
Polixromatik nur qo’llanganda;
Asbob nosozligi oqibatida bo’lishi mumkin.
Fotokolorimetriya – tekshiriluvchi eritmadan, monoxromatik bo’lmagan nur intensivligini fotoelektrokolorimetrda (FEK) fotoelement yordamida o’lchashga asoslangan. Mohiyati: YOrug’lik manbaidan (cho’lg’am lampa) chiqayotgan aralash oq nur rangli shishachalar (nursuzgich) yordamida monoxromatlanadi va tekshiriluvchi eritma quyilgan kyuvetadan o’tkazilib, detektorda, ya’ni fotoelementda o’lchanadi. Hozirgi vaqtda bir nurli va ikki nurli FEK lar mavjud.
Bir nurli FEK ning tuzilishi.
1. Ko’rinadigan sohadagi nurlar manbai – cho’lg’am lampa, 400 – 700 nm; 2. Nur suzgich; 3. Kyuveta tutqichlari; 4. Fotometrik darcha; 5 . Fotoelement; 6.
Registrator
Fotokolorimetrik usulda tahlil o’tkazilishi uchun quyidagi talablar bajarilishi shart:
1.Eritmalar albatta rangli bo’lishi, agar rang intensivligi kam bo’lsa, reagent ta’sirida uni kuchaytirish kerak. Misol:
Cu+2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4]+2
xavo yorqin ko’k
FEK da eritmani rangiga ko’ra nursuzgich tanlanadi 3. K (400-700 nm) sohasi bo’lgan nurlardan foydalaniladi [7].
4. Nur yutilish qonuniga bo’ysinishi, A~C.
FEK da monoxromatlash darajasi 30-50 nm ni tashkil etadi. Bu usulning aniqligi va takroriyligini kamaytiradi. Nisbiy xatolik ± 3%. Usul yordamida rangli, tinik eritmalar tahlil qilinadi.
FEK ni kolorimetriyadan farqi.
1.FEK da yorug’lik nuri nursuzgich bilan filtrlanadi va ko’rinadigan nur soxasidan ma’lum bir rangli nurni ajratib beradi; 2.FEK da eritma tomonidan yutilgan nur miqdori yorug’lik energiyasini fototokka o’tkazuvchi maxsus detektor – fotoelement bilan o’lchanadi. FEK ni tuzilishi
1. – 400-700 nm ko’rinadigan polixrom nurlar taratuvchi cho’lgam lampasi
2.Ko’zgular
Polixrom yorug’likdan bir xil rangli yorug’likni tanlab beruvchi,selektor vazifasini bajaruvchi nursuzgichlar.
4.Kyuvetalar – optik shishadan yasalgan va taxlil eritma solinadigan, aniq qalinlikdagi idishlar
5.Optik zichlik o’lchanadigan 5k - kompensatsion,
5a – o’lchov diafragmalar.
6.Fotoelementlar.
7.Galvanometr yoki milliampermetr.
Bevosita fotometriyada aniqlanuvchi modda eritmasining optik zichligi solishtirma eritmaga nisbatan o’lchanadi. Tahlil etiluvchi eritma optik zichligi noldan (ancha katta (0,1-1,0) bo’lgan solishtirma eritmaga nisbatan o’lchanadigan usul differensial fotometriya deb ataladi [8,9].
Ax = Ak + A1
Sx = Sk + S1
Sk – rangli, kontrol standart eritma konsentratsiyasi, Ak – uning optik zichligi, S1 – qo’shilgan standart eritma konsentratsiyasi, A1 – unga tegishli optik zichlik.
|
