Протопопов А.В., Комарова Н.Г. Лабораторный практикум по коллоидной химии
Подождите немного. Документ загружается.
61
26.2 Абсорбция света
В 1760 году Ламберт, а еще ранее Бугер, изучая рассеяние света, установили
следующую зависимость между интенсивностью прошедшего света и толщиной среды, через
которую этот свет прошел:
I
p
= I
o
e
–kl
(26.2)
где Jp - интенсивность прошедшего света, J
o
- интенсивность падающего света,
k - коэффициент поглощения, l - толщина поглощающего слоя.
Бер показал, что коэффициенты поглощения растворов с абсолютно бесцветными и
прозрачными растворителями пропорциональны молярной концентрации растворенного
вещества С.
Вводя значение молярного коэффициента поглощения ε в уравнение Бугера -
Ламберта, получаем закон, устанавливающий зависимость интенсивности прошедшего света
от толщины слоя и концентрации растворенного вещества (закон Бугера - Ламберта - Бера):
I
p
= I
o
e
–εlС
(26.3)
Для удобства расчетов часто это выражение логарифмируют и получают следующее
соотношение:
ln (I
o
/I
p
) = εlC (26.4)
Выражение ln (J
o
/J
p
) обозначают буквой D и называют оптической плотностью
раствора или экстинкцией, ε - молярный коэффициент поглощения вещества (или
коэффициент экстинкции), С - концентрация вещества. l - толщина слоя, через который
проходит световой луч. Отношение J
p
/J
o
называют светопропусканием раствора или
относительной прозрачностью раствора.
Иногда закон Бугера - Ламберта - Бера выражают в следующей форме:
(I
o
- I
p
)/I
o
= 1 - e
-εlC
, (26.5)
где левую часть выражения [(I
o
- I
p
)/I
o
] принято называть относительным
поглощением раствора.
Молярный коэффициент поглощения ε является постоянной, характерной для данного
вещества, величиной. Его легко определить, если взять единичные значения концентрации и
толщины слоя (С = 1, l = 1). В этом случае по закону Бугера - Ламберта - Бера ε равен
логарифму отношения интенсивности падающего света к интенсивности проходящего света
ε = ln(I
o
/I
p
) (26.6)
Молярный коэффициент поглощения не зависит от длины волны абсорбируемого
света, температуры, природы растворенного вещества и растворителя и, как правило, от
концентрации раствора.
Закон Бугера - Ламберта - Бера был выведен для гомогенных систем, но впоследствии
удалось установить, что он вполне применим и для коллоидных растворов высокой
дисперсности. Необходимыми условиями применимости этого закона к коллоидным
системам являются следующие:
а) не слишком большая толщина слоя дисперсионной среды;
б) не очень высокая концентрация дисперсной фазы.
62
27 Оптические методы исследования коллоидных систем
В настоящее время оптические методы - наиболее распространенные методы
определения размера, формы и структуры коллоидных частиц. Грубые дисперсные системы
(суспензии, эмульсии, пены, пыль) обычно исследуют с помощью светового микроскопа. К
наиболее часто применяющимся методам исследования высокодисперсных коллоидных
систем относятся ультрамикроскопия, электронная микроскопия, нефелометрия и
турбидиметрия.
Существует два основных типа приборов для изучения светорассеяния - нефелометры
и турбидиметры. Нефелометрами называются приборы, непосредственно измеряющие
интенсивность света, рассеянного в определенном направлении (или, реже, в различных
направлениях). Наиболее часто в приборах с постоянным углом рассеяния света
используются углы 135
о
, 90
о
и 45
о
между направлениями падающего и рассеянного света.
Турбидиметры (адсорбциометры, колориметры, спектрофотометры) измеряют общее
рассеяние света под всеми углами по уменьшению интенсивности проходящего света (по
эффективной абсорбции света). При использовании метода турбидиметрии необходимые
величины рассчитывают по уравнению Бугера - Ламберта - Бера.
28 Фотоэлектроколориметр ФЭК-56
Фотоэлектрические колориметры типа ФЭК предназначены для определения
концентрации жидких окрашенных растворов, взвесей, эмульсий и коллоидных растворов
путем сравнения световых потоков, проходящих через эталонную и испытуемую жидкости.
Приборы относятся к типу объективных приборов, в основу которых положен принцип
уравнивания двух световых потоков (измерительного и компенсационного) при помощи
переменной щелевой диафрагмы. На рис.17 приведена принципиальная схема прибора.
Рисунок 17 – Принципиальная схема прибора ФЭК - 56М.
Световые пучки от лампы Л, отразившись от зеркал З
1
и З
2
, проходят через
светофильтры С
1
и С
2
, кюветы А
1
и А
2
попадают на фотоэлементы Ф
1
и Ф
2
. Щелевая
диафрагма Д при вращении связанного с нею барабана меняет свою ширину, и, тем самым,
меняет интенсивность светового потока, падающего на фотоэлемент Ф
2
. Фотометрический
нейтральный клин К служит для ослабления интенсивности светового потока, падающего на
фотоэлемент Ф
1
.
Cхема работы прибора следующая: в правый световой пучок помещают кювету с
исследуемым раствором, в левый - кювету с растворителем. Щелевая диафрагма при этом
полностью открыта (левый барабан устанавливается на 100 делений величины
светопропускания). Вследствие поглощения света раствором на фотоэлемент Ф
2
будет
падать поток света меньшей интенсивности, чем на фотоэлемент Ф
1
, и стрелка
63
гальванометра будет отклоняться. Чтобы уравнять интенсивности обоих световых потоков, в
левый пучок вводят фотометрический клин К. Затем в правый пучок вместо кюветы с
раствором помещают кювету с растворителем. При этом фотометрическое равновесие вновь
нарушается, так как увеличивается интенсивность светового потока, падающего на
фотоэлемент Ф
2
. Ослабление светового потока производится уменьшением ширины щелевой
диафрагмы Д. Величину ослабления показывает связанный с ней отсчетный барабан. По
отсчету на барабане определяют величину светопропускания К (черные цифры шкалы
барабана) или оптическую плотность раствора D = lgK (красные цифры).
Интенсивность рассеянного света на этом приборе определяется по разности между
величинами интенсивности падающего и прошедшего светового потока. Такие измерения
будут достаточно точны только при отсутствии избирательного поглощения света данной
системы, то есть для неокрашенных коллоидных растворов и при малых концентрациях
дисперсной фазы.
В таблице приведены длины волн λ, соответствующие максимуму коэффициента
пропускания светофильтров прибора.
Таблица5. Длины волн и номера светофильтров на приборе ФЭК 56.
№ светофильтра
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Длина волны, нм
315
364
400
440
490
540
582
597
630
Порядок работы на приборе ФЭК-56
1. Проверить, чтобы на блоке питания тумблер ―СЦ-98‖-―СВД-120А‖ находился в
положении ―СЦ-98‖.
2. Перекрыть шторками световые пучки, поставив ручку «откр.» на верхней части
колориметра в крайнее правое положение.
3. Включить блок питания прибора в сеть ~220 В и дать прибору прогреться в течение
10 мин.
4. Установить «Электрический нуль» прибора. Для этого ручкой «нуль», находящейся
на боковой панели прибора, установить стрелку микроамперметра на «0».
5. Ручку «чувств.» (на той же стороне прибора) поставить в среднее положение.
6. Установить измерительный (правый) и компенсационный (левый) большие
барабаны в положение 100% пропускания (по черной шкале).
64
7. Открыть крышку кюветного отделения (на верхней части прибора). Установить в
левый держатель кювету с растворителем, а в правые держатели кюветы с растворителем и
раствором.
8. Ввести в правый световой пучок кювету с раствором с помощью малого барабана
на правой стороне прибора. Закрыть крышку кюветного отделения.
9. Открыть шторки колориметра. При этом стрелка микроамперметра отклонится из
нулевого положения. Скомпенсировать это отклонение компенсационным (левым)
барабаном.
10. Вывести поворотом малого барабана (на правой стороне прибора) в правое плечо
кювету с растворителем. Отклонение стрелки скомпенсировать измерительным (правым)
барабаном. Снять показания для пропускания Т (черная шкала).
11. Вернуть измерительный барабан в положение 100% пропускания: а в правое плечо
ввести кювету с раствором.
12. Провести аналогично измерения для каждого раствора.
13. По результатам измерений построить график зависимости Т от рН раствора.
Лабораторная работа 9. Определение изоэлектрической точки казеина
Цель работы: определение изоэлектрической точки по мутности растворов
турбидиметрическим методом.
Порядок выполнения работы. Раствор белка казеина устойчив только в определенной
области рН, когда коллоидные частицы несут на себе электрический заряд. В
изоэлектрической точке наблюдается максимум мутности. На этом основан метод
определения изоэлектрической точки казеина.
По 1 мл раствора казеина наливают в 9 пробирок, в которые предварительно налита
вода и уксусная кислота в следующих количествах (таблица ).
Таблица 6
Номер пробирки
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Дистиллированная вода, мл
8,38
7,75
8,75
8,5
8,0
7,0
5,0
1,0
7,4
0,01 Н уксусная кислота, мл
0,62
1,25
-
-
-
-
-
-
-
0,1 Н уксусная кислота, мл
-
-
0,25
0,5
1,0
2,0
4,0
8,0
-
1,0 Н уксусная кислота, мл
-
-
-
-
-
-
-
-
1,6
рН раствора
5,9
5,6
5,3
5,0
4,7
4,4
4,1
3,8
3,5
Коэффициент
светопропускания, Т %
Казеин, после добавления в пробирку, перемешать и, выждав 5 минут, с помощью
фотоэлектроколориметра замерить коэффициент светопропускания Т. Полученные данные
занести в таблицу.
65
Вопросы для самоподготовки и контроля.
1. Высокомолекулярные соединения, сходство и различие с коллоидными растворами.
2. Полиэлектролиты, классификация и их свойства.
3. Белок как полиэлектролит. Изоэлектрическая точка.
4. Структуры молекул белка.
5. Влияние рН на свойства раствора белка.
6. Влияние рН на структуру и заряд макромолекулы белка.
7. Оптические методы исследования коллоидных систем.
8. Оптические явления в дисперсных системах.
9. Уравнение Рэлея. Следствия из уравнения Рэлея.
10. Оптическая анизотропия.
11. Рассеяние света. Эффект Тиндаля.
12. Абсорбция света.
66
Список использованной литературы
1. Щукин Е.Д. Коллоидная химия: учеб. для вузов/Е. Д. Щукин, А. В. Перцов, Е. А.
Амелина.-М.: Высш. шк., 2006.-446 с.
2. Сумм Б.Д. Основы коллоидной химии: учеб. пособие/Б. Д. Сумм.-М.: Академия,
2006.-239 с.
3. Жуков Б.Д. Коллоидная химия: [учебник] /Б. Д. Жуков.-Новосибирск: НГТУ, 2006.-
383 с.
4. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные
системы: Учебник для вузов. -М.: Химия, 1993.-400 с.
5. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Химия, 1976.-
512 с.
6. Практикум по коллоидной химии: [учеб. пособие для хим.-технол. специальностей
вузов /В. И. Баранова и др.]; под ред. И. С. Лаврова.-М.: Высш. шк., 1983.-215 с.
7. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии. Под. ред. проф. Ю.Г.
Фролова и доц. А.С. Гродского. - М.: Химия, 1986.- 216 с.
67
68