Что такое колориметрический метод

Колориметрия (химический метод)

Колориметрия (от лат. color — цвет и греч. μετρώ — измеряю) — физический метод химического анализа, основанный на определении концентрации вещества по интенсивности окраски растворов (более точно — по поглощению света растворами).

Основные сведения

Колориметрия — это метод количественного определения содержания веществ в растворах, либо визуально, либо с помощью приборов, таких как колориметры.

Колориметрия может быть использована для количественного определения всех тех веществ, которые дают окрашенные растворы, или могут быть, с помощью химической реакции, дать окрашенное растворимое соединение. Колориметрические методы основываются на сравнении интенсивности окраски исследуемого раствора, изучаемого в пропущенном свете, с окраской эталонного раствора, содержащего строго определенное количество этого же окрашенного вещества, или же с дистиллированной водой.

Более совершенные приборы — спектрофотометры — отличаются возможностью исследования оптической плотности в широком диапазоне длин волн видимого спектра, а также в ИК и УФ-диапазонах, с меньшей дискретностью длины волны (с использованием монохроматора).

Фотоколориметры и спектрофотометры измеряют величину пропускания света при определенной длине волны света. Контроль (обычно дистиллированная вода или исходный материал без добавления реагентов) используется для калибровки устройства.

Фотоколориметрия

Фотоколориметрия — количественное определение концентрации вещества по поглощению света в видимой и ближней ультрафиолетовой области спектра. Поглощение света измеряют на фотоколориметрах или спектрофотометрах.

Источник

КОЛОРИМЕТРИЯ

Колориметрия (лат. color цвет + греч. metreo мерить, измерять) — физико-химический метод определения интенсивности окраски раствора анализируемого вещества, основанный на визуальных или фотоэлектрических измерениях. Метод широко применяется в клинических, биохимических и химических исследованиях для определения концентраций различных веществ в растворах.

Большинство унифицированных клинических лабораторных биохимических методов исследования имеют фотоколориметрическое завершение (о-толуидиновый метод определения сахаров, глюкозооксидазный метод определения глюкозы в крови и др.). Колориметрические методы точны и мало трудоемки. Все автоматизированные клин, биохим, методы являются колориметрическими или спектрофотометрическими. Фотоколориметрия широко применяется при контроле производства лекарственных препаратов в фармацевтической промышленности, в контрольно-аналитических лабораториях, в. сан-гиг. лабораториях. К. используют также при определении величины pH р-ров двухцветными индикаторами в присутствии буферного р-ра (или без него); в фотоколориметрии применяют одноцветные индикаторы без буферного р-ра. Определение различных веществ в р-ре с помощью цветных реакций применялось очень давно; впервые делать это стали врачи. В России анализы минеральных вод колориметрическими методами стали производиться с начала 18 в. Их проводили гл. обр. врачи и аптекари, используя в качестве реактивов соки растений.

В. М. Севергин разработал ряд колориметрических методов анализа минеральных вод и расширил число элементов, определяемых методом К.

Отношение интенсивности монохроматического потока излучения, прошедшего через исследуемый р-р, к интенсивности первоначального потока счета называют прозрачностью или пропусканием р-ра и обозначают буквой T. Величину T выражают обычно в процентах: T = 100*I₀/I (%).

Поглощение р-ра, обозначаемое буквой А, выражают также в процентах: А = 100(I₀-I)/I(%).

В Колориметрии надлежит пользоваться монохроматическим светом. Монохроматизация достигается применением светофильтров, представляющих собой окрашенные среды, пропускающие световой поток только с определенной длиной волны, однако часто применяют светофильтры, выделяющие узкие области спектра. Светофильтр пропускает свет, дополнительный к цвету р-ра, т. е. соответствующий той области спектра, к-рая поглощается анализируемым р-ром. Светофильтры изготовляют из цветных стекол. Ранее применявшиеся колориметры — колориметр Дюбоска и клиновой колориметр Аутенрита — не имели светофильтров, что снижало точность измерений. Поглощение света р-рами многих окрашенных веществ не подчиняется закону Бугера — Ламберта — Беера; в этих случаях строят эмпирические калибровочные кривые (калибровочные графики).

Различают визуальную и фотоэлектрическую К. При визуальном методе стандартных серий (метод шкалы) используют набор пробирок одинакового бесцветного стекла и диаметра. В пробирки наливают возрастающие в геометрической прогрессии количества стандартного р-ра определяемого вещества и доводят его до одного и того же объема водой или другой подходящей жидкостью (напр., этанолом). Получается шкала окрасок от самой яркой до самой слабой. Можно приготовить серии долговечных стандартных разведений. Анализируемый р-р неизвестной концентрации сравнивают со шкалой стандартов по интенсивности окраски и находят ближайший к нему оттенок. Концентрацию вещества таким образом можно определить с точностью до ±5%.

При методе разбавления окраску анализируемого р-ра доводят до окраски стандартного р-ра, разбавляя более интенсивно окрашенный исследуемый р-р до совпадения с окраской менее интенсивно окрашенного стандартного р-ра, концентрация исследуемого вещества в к-ром известна. Окраску р-ров сравнивают визуально в компараторе Вальполя.

Компаратор Вальполя представляет собой ящик, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, с шестью гнездами для пробирок (рис.). В передней и задней стенках имеются круглые отверстия. Отверстия задней стенки прикрыты матовым стеклом для получения однородного фона. В среднее гнездо второго ряда ставят пробирку с исследуемым р-ром, в два крайних — пробирки с соответствующими стандартными р-рами; меняя среднюю пробирку, находят стандартный р-р, по окраске совпадающий (или наиболее близкий) с исследуемым р-ром. Иногда испытуемый р-р, окрашенный более интенсивно, разбавляют водой или другим растворителем до тех пор, пока его окраска не сравнится с окраской эталонного образца. Для измерения объема удобно употреблять пробирки с делениями одинакового диаметра. Концентрацию рассчитывают по формуле

где С_исп — концентрация испытуемого р-ра, С_ст — концентрация стандартного р-ра, V_ИСП — объем испытуемого р-ра, V_CT — объем стандартного р-ра. Метод более точен, чем предыдущий.

Метод уравнивания заключается в уравнивании высоты столбов стандартного и испытуемого р-ров. Высоты этих р-ров уравниваются перемещением погружателей в специальные кюветы концентрационного колориметра КОЛ-1М, который снабжен набором светофильтров и лампой-осветителем. Концентрацию испытуемого р-ра рассчитывают, как при методе разбавления.

При фотоэлектрической Колориметрии используют фотоколориметры ФЭК-М, ФЭК-Н-57, ФЭК-56, ФЭК-60. Измерение основано на уравнивании световых потоков, проходящих через контрольный и исследуемый р-ры и падающих на фотоэлементы. Фотоколориметры высокочувствительны, точны и объективны (см. Фотометрия).

Условия фотоэлектрического анализа позволяют применить также экстракционно-фотометрический метод, когда органическим растворителем извлекают только продукт реакции, а окрашенный реактив остается в водной фазе, не мешая определению.

Для повышения точности анализа, для определения больших концентраций (в фармацевтическом анализе), устранения мешающих компонентов и влияния светопоглощения реактива применяют дифференциальный метод. В этом случае оптические плотности анализируемого и стандартного р-ров измеряют не по отношению к чистому растворителю с нулевым поглощением, а по отношению к окрашенному же р-ру анализируемого вещества с концентрацией С₀, близкой к концентрации С_исп. Фотоколориметрическое титрование проводят на приборе ФЭТ-УНИЗ. Кюветой служит стакан с магнитной мешалкой и бюреткой над ним. Поток света пронизывает содержимое стакана горизонтально и попадает на фотоэлемент. Фототок регистрируется гальванометром.

Библиография: Бабко А. К. и Пилипенно А. Т. Фотометрический анализ, М., 1974; Булатов М. И. и Калинкин И. П. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа, Л., 1972; Коренман И. М. Фотометрический анализ, Методы определения органических соединений, М., 1975.

Источник

Колориметрические методы анализа

Величина Т, отнесенная к толщине слоя в 1 см, называется коэффициентом пропускания. Логарифм величины, обратной пропусканию, носит название погашения (экстинции) Е, или оптической плотности D:

Такой график дает возможность сделать заключение о применимости к исследуемым растворам основного закона колориметрии. Если раствор подчиняется этому закону, то график, выражающий зависимость погашения; от концентрации, будет представлен прямой линией. Если раствор этому закону не подчиняется, то прямолинейность нарушается на каком-то участке кривой или на всей ее длине.

Методы визуальной колориметрии

Визуальная колориметрия осуществляется по одному из следующих методов: 1) метод стандартных серий; 2) метод колориметрического титрования или дублирования; 3) метод уравнивания окраски. Первые два из них не требуют соблюдения основного закона колориметрии; метод уравнивания окрасок требует подчинения растворов основному закону колориметрии.

Метод стандартных серий

Сущность метода. При колориметрировании по методу стандартных серий исследуемый раствор в слое определенной толщины сравнивают с набором стандартных растворов такой же толщины слоя, отличающихся один от другого по интенсивности окраски примерно на 10-15%. Неизвестная концентрация равна концентрации стандартного раствора, окраска которого совпадает с окраской исследуемого раствора или находится между двумя ближайшими более слабо или более сильно окрашенными. Методом стандартных серий можно пользоваться для определения содержания в ректификованном спирте альдегидов, сивушного масла, метилового спирта. Окраску сравнивают в пробирках с притертыми пробками одинакового диаметра из бесцветного стекла одинаковой толщины. Колориметрические пробирки помещают в специальный штатив (рис. 53) и на фоне матового стекла или листа белой бумаги сравнивают окраску исследуемого раствора с окраской типовых растворов. При пользовании пробирками с плоским дном окраски можно сравнивать, рассматривая растворы сверху. Это особенно удобно при работе со слабоокрашенными растзорами.

Содержание сивушного масла в спирте можно определить по реакции с парадиметиламинобензальдегидом. Метод основан на цветной реакции изоамилового, изобутилового и пропилового спиртов с парадиметиламинобензальдегидом. Для проведения определения необходимы следующие реактивы:

1) типовые растворы изоамилового спирта с содержанием его 0,0005; 0,001; 0,002 и 0,003% об. в 96%-ном этиловом спирте, не содержащем сивушного масла и альдегидов;

2) 0,05%-ный раствор парадиметиламинобензальдегида в концентрированной х. ч. серной кислоте относительной плотностью 1,835.

Ход анализа. Отмеряют градуированной пипеткой на 1 мл 0,5 мл исследуемого спирта и помещают в чистую сухую плоскодонную колбу с длинным горлышком, куда прибавляют из измерительного цилиндра 10 мл раствора парадиметиламинобензальдегида. Содержимое перемешивают, колбу погружают в кипящую водяную баню и выдерживают при кипении воды ровно 20 мин. В качестве водяной бани применяют стеклянный химический стакан емкостью 300 мл. Горло колбы при кипячении должно быть в наклонном положении. По истечении 20 мин колбу быстро охлаждают в проточной воде. При этом содержимое колбы приобретает светло-желтоваторозовую окраску, переходящую в розовую различной интенсивности в зависимости от содержания сивушного масла.

Содержимое колбы переливают в пробирку с притертой пробкой. Окраску исследуемого спирта сравнивают с окраской типовых растворов, подвергнутых той же обработке, что и исследуемый спирт. По совпадению окрасок определяют содержание сивушного масла в исследуемом спирте.

Метод колориметрического титрования

Метод уравнивания окраски

Представим себе, что имеются два окрашенных раствора, содержащих одно и то же окрашенное вещество, но в разных концентрациях. Погашение каждого из растворов будет соответственно равно

т.е. толщины слоев растворов при одинаковой наблюдаемой окраске обратно пропорциональны концентрациям растворов. Эта зависимость между толщиной слоя и концентрацией лежит в основе метода уравнивания окраски.

Для измерения цветности исследуемого изделия его после фильтрации наливают в кювету 1 цветомера (рис. 56), а на специальную подставку кладут соответствующий эталон 2. Лучи света, пройдя кювету с исследуемым раствором и цветной эталон, поступают через призмы 3 и 4 в камеру 5 с двумя призмами, которые направляют лучи света в зрительную трубу 6. В зрительной трубе наблюдают поле, одна половина которого освещена лучом, проходящим через исследуемое изделие. Равномерной окраски обоих сегментов поля достигают поднятием или опусканием кюветы 1 при помощи кремальеры.

В наборе эталонов имеются бесцветные светофильтры-компенсаторы, которые служат для уравнения натуральной яркости цветов некоторых изделий с яркостью окраски цветного светофильтра. Компенсатор накладывают на световое отверстие цветомера под кювету с изделием.

Фотоколориметрический метод

Данный метод описан в главе «Фотоэлектрическая колориметрия» книги «Технохимический контроль овощесушильного и пищеконцентратного производства».

Колориметрическое определение содержания углеводов в полупродуктах спиртового производства (метод ВНИИСЛа)

Реактивом для определения содержания углеводов колориметрическим методом в полупродуктах спиртового производства является раствор антрона в х. ч. серной кислоте относительной плотностью 1,830 (концентрацией 0,2% мас.). В сильно кислой среде глюкоза разлагается с образованием фурфурольных производных, которые реагируют с антроном, образуя комплексное соединение зеленого цвета. Указанным методом определяют суммарное количество углеводов, и данные получают в единицах глюкозы. Проводить предварительный гидролиз полисахаридов в глюкозу не требуется, так как реакция с антроном протекает в сильно кислой среде; при этом полисахариды гидролизуются до моносахаридов, которые и реагируют с антроном.

Для определения углеводов исследуемый раствор разбавляют до содержания их 5-10 мг в 100 мл раствора и проводят определение таким образом: в пробирку наливают 5 мл реакционной смеси, затем осторожно добавляют 2,5 мл исследуемого раствора так, чтобы образовались два слоя. В дальнейшем поступают, как и при построении градуировочной кривой. Определив оптическую плотность D по градуировочной прямой находят содержание глюкозы в растворе. Содержание глюкозы в растворе можно также подсчитать по уравнению

которое является уравнением градуировочной прямой и составлено по координатам этой прямой.

Указанный метод применим для растворов, содержащих глюкозные остатки, в которых отсутствуют пентозы и пентозаны.

Определение содержания растворимых несброженных углеводов в зерно-картофельной зрелой бражке (метод ВНИИСЛа)

Известно, что антрон дает окрашивание со всеми углеводами, в том числе и с пентозами. Однако антроновая реакция примерно в 12 раз менее чувствительна при определении пентоз, чем при анализе гексоз. ВНИИСЛ разработал новую модификацию антронового метода, в которой устранено влияние пентоз и пентозанов на результаты анализа. Эта модификация основана на следующем законе колориметрии: оптическая плотность смеси компонентов равна сумме произведений коэффициентов погашения отдельных компонентов на их концентрацию

Оптическая плотность раствора зависит от длины волны. При разработке метода были подобраны две волны. При одной из них первый компонент (глюкоза) имеет интенсивную полосу, а второй (арабиноза) поглощает лишь очень слабо. При другой длине волны должна быть обратная картина. На основании проведенных исследований были выбраны для колориметрирования светофильтры с длиной световой волны 610 и 413 нм.

Определение содержания несброженных углеводов в бражке проводят следующим образом. Взвешивают навеску 25 г фильтрата бражки в стаканчике, переносят ее в мерную колбу емкостью 200 мл. Стаканчик ополаскивают водой и промывные воды сливают в ту же колбу. Затем в колбу добавляют для осветления 2 мл 30%-ного раствора сернокислого цинка, перемешивают, выдерживают 2-3 мин и добавляют 2 мл 15%-ного раствора желтой кровяной соли и снова перемешивают. Объем раствора доводят дистиллированной водой до метки.

Раствор фильтруют в сухую колбу. Первые 20-30 мл фильтрата выливают, а последующие порции используют для анализа. Фильтрат вторично разбавляют с таким расчетом, чтобы в 100 мл раствора содержалось углеводов от 5 до 12 мг. Для определения в пробирку емкостью 20 мл с притертой пробкой наливают 10 мл антронового реактива и осторожно добавляют 5 мл исследуемого раствора таким образом, чтобы жидкости не смешивались, а получилось два слоя; пробирку закрывают притертой пробкой. Параллельно готовят холостой раствор, добавляя к 10 мл реактива 5 мл дистиллированной воды. Содержимое пробирок энергично перемешивают в течение 10 сек и погружают в бурно кипящую водяную баню. Кипение должно возобновиться в течение 0,5 мин с момента погружения пробирок в баню. Замечают начало кипения воды в бане и выдерживают 5,5 мин для проведения реакции. После выдерживания пробирки охлаждают в бане с проточной водой до 20° С. Определяют оптическую плотность полученного раствора на левом барабане фотоэлекгроколориметра с применением двух светофильтров: оранжевого с длиной волны Л=610 нм и синефиолетового с Л=413 нм в кювете с длиной грани 5 мм. Кювету ополаскивают 2-3 раза исследуемым раствором, затем заполняют ее так, чтобы жидкость не доходила до краев на 5 мм. Внешние стенки кюветы обмывают струей воды и вытирают сухой фильтровальной бумагой. Таким же образом наливают холостой раствор в две другие кюветы такого же размена и проводят определение оптической плотности.

По значениям оптической плотности находят содержание растворимых несброженных углеводов по уравнениям:

Источник

Колориметрия как метод химического анализа

Колориметрия как метод химического анализа применяется для определения концентрации определенного вещества в растворе. Метод позволяет работать с окрашенными растворами или растворами, которые можно сделать окрашенными в результате определенной химической реакции.

Основы колориметрии

Химические методы анализа с помощью колориметрии основаны на законе Бугера—Ламберта—Веера, который гласит, что интенсивность окраски зависит от концентрации окрашенного вещества в растворе и от толщины слоя жидкости.

С помощью различных методик колориметрии можно оценивать количественное содержание определенных веществ в растворе с достаточно высокой точностью — обычно она составляет 0,1-1 %. Эта точность, как правило, не уступает точности, с которой определяют концентрации в результате гораздо более сложных и дорогих химических анализов, и достаточна для многих задач — не только производственных, но и экспертного характера. Колориметрическими методами можно определять концентрации веществ вплоть до 10−8 моль/л.

Колориметрические методы используют визуальное сравнение или сравнение с помощью приборов — фотоколориметров или спектрофотометров. Сравнение производится прямым или компенсационным методами.

Прямой метод

Прямой метод предусматривает сравнение степени окрашиваемости исследуемого раствора при определенной температуре и в определенном слое жидкости с эталонным раствором. Эталон содержит точно известное количество окрашивающего вещества при той же температуре и в том же слое жидкости.

Иногда сравнение производится с дистиллированной водой. Как правило, подобные методы опираются на применение фотоколориметров или спектрофотометров. Эти приборы измеряют силу тока, зависящую от интенсивности излучаемого света, пропущенного через исследуемый раствор.

Точность аппаратного измерения выше, чем визуального. Применяют также визуальный метод сравнения интенсивности окраски раствора с эталонными растворами, концентрация вещества в которых известна.

Компенсационный метод

Компенсационный метод основан на доведении окраски исследуемого образца до эталонной. Растворы, с помощью различных оптических приспособлений — зеркал, стекол и призм помещают в приборе таким образом, чтобы они совмещались в поле зрения исследователя. Глаз способен с высокой точностью фиксировать одинаковость окраски двух образцов. В некоторых приборах задача облегчается тем, что при совпадении интенсивности окраски исчезает визуальная граница, первоначально разделяющая растворы.

Для того чтобы привести изучаемый раствор к эталонному, к нему добавляют прозрачный растворитель или увеличивают высоту слоя жидкости. Потом из значения величины добавленного разбавителя или высоты слоя раствора выводят количественную характеристику концентрации красящих веществ в растворе. Компенсационные методы применяются в визуальных колориметрах и в фотоколориметрах. Они наиболее практичны, так как на них не влияют посторонние факторы — например, температура.

Когда и где применяются колориметрические методы

Колориметрические методы для химического анализа применяются в тех случаях, когда точно известен химический состав раствора; раствор прозрачен; имеется эталонный образец; температуры образца и исследуемого раствора равны. С помощью этих методов удается определять концентрации веществ и в неокрашенных растворах, если есть возможность с помощью добавления определенного реактива сделать раствор окрашенным.

Колориметрия используется:

— в аналитической химии;
— в медицине (содержание крови);
— для контроля качества питьевой воды и сточных вод;
— в пищепроме для определения степени очистки вина, пива, сахара;
— в промышленности — для анализа состава смазочных масел, керосина.

Достоинства колориметрических методов:

— простота;
— нет необходимости в дорогом оборудовании;
— оперативность измерений, возможность проведения анализов прямо на производстве;
— возможность определения очень малых концентраций веществ, которые другими методами химического анализа вычислить сложно.

В магазине лабораторной посуды и химического оборудования «ПраймКемикалсГрупп» вы можете по доступным ценам купить и колориметрические пробирки различного объема. Осуществляем доставку по Москве и Московской области.

Источник