Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Алимарин, И. П. Качественный и количественный ультрамикрохимический анализ

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

22.10.2023

Размер:

19.11 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 205 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

наблюдения положительный результат. Минимальную к о н ц е и ; трацию принято в ы р а ж а т ь отношением единицы массы веще ства, обнаруживаемого в растворе, к массе или объему раство

рителе.	З н а я	объем раствора	(V), в котором	выполняется
реакция,	можно	по открываемому	минимуму (т) вычислить ми
нимальную концентрацию ( с М 1 ш ) и			наоборот:
		с м и н = 1 : - ^		(7)
		m = cmmV		(8)

Более строго под чувствительностью реакции или метода следует понимать минимальную массу определяемого компо

нента,	которую в условиях данного метода	можно	определить
или обнаружить с заданным коэффициентом		в а р и а ц и и 9 1 ' 9 2 .
Минимальное количество вещества, необходимое д л я реак
ции, определяют из известной чувствительности			р е а к ц и и 9 3 > 9 4 .
Если	NA — число Авогадро, М — мольная масса, а		\0~х г — от

крываемый минимум, то вещество в растворе может быть обна ружено при наличии числа молекул п:

В настоящее время средняя чувствительность д л я						фотомет
рических реакций составляет 1-10—8 г в			1	мл или 0,01		мкг/мл.
Относя эту чувствительность к объемам,			в	которых	выполняют
ультрамикроаналитические определения			( Ю - 3 — Ю - 4		мл),		полу
чим массу Ю - 1 2	г. Принимая М = 100,		рассчитываем			по	при
веденным данным	число молекул, необходимое для обнаружения
вещества:	6 - Ю 2 3
		. 1 0 - " = 6-	10ы
	100

Таким образом, для обнаружения вещества в виде окрашен ного соединения необходимо располагать, по крайней мере, шестью миллиардами молекул.

В пределах обнаруживаемых количеств того или иного ве щества в виде окрашенного соединения можно, как известно, варьировать условия для повышения чувствительности данного определения.

Интенсивность окраски раствора* зависит от количества окрашенного вещества на пути светового потока. Индивидуаль ные свойства окрашенного вещества и чувствительность фото метрической реакции характеризуются молярным коэффициен

том поглощения.	Чувствительность фотометрической реакции
дает возможность	судить о том наименьшем количестве веще
ства, присутствие	которого необходимо на пути светового пото

ка, чтобы была заметна окраска раствора,

З а к о н	Бугера — Л а м б е р т а — Бера						в ы р а ж а е т с я		уравнением
				D = alc					(10)
где D — оптическая плотность;				а — молярный коэффициент					поглощения;
с — концентрация		вещества;	/ — толщина слоя				окрашенного	раствора.
Закон	сохраняет свою			силу	до	малых концентраций веще
ства, поэтому		следует	говорить		о	минимальной		концентрации

для определенной реакции лишь в слое данной толщины, чтобы понятие «минимальная концентрация» приобрело определенный смысл. Д л я данного окрашенного вещества (значение а по стоянное) в заданных условиях эксперимента значение произ

ведения с-1 т а к ж е	постоянно, из чего следует, что минималь
ная концентрация	определяется природой окрашенного веще

ства и толщиной поглощающего слоя раствора и не зависит от поперечного сечения слоя жидкости.

Чувствительность		реакции определяется помимо		минималь
ной концентрации	еще и открываемым		минимумом (см. уравне
ние 8).
Поскольку V =	l-s	(s — поперечное	сечение слоя	ж и д к о с т и ) ,
то		m = cmmls		(11)
		m = cmmls		(11)

Следовательно, открываемый минимум пропорционален попереч

ному	сечению	слоя ж и д к о с т и .
В	ультрамикрометоде окраску раствора наблюдают в коло-
рископических		капиллярах (описание их	см. н и ж е ) ,		толщина
окрашенного		слоя в которых соизмерима	с	толщиной	слоя в
макрометоде,		а сечение значительно меньше.		Э т о . д а е т	возмож

ность существенно снизить открываемый минимум. Сечение слоя

жидкости в ультрамикрометоде обычно	в 104 раз меньше, чем в
макрометоде. В таком ж е соотношении	находятся, следователь
но, и открываемые минимумы.
Д л я характеристики интенсивности	окраски растворов, рас

сматриваемых под микроскопии , 9 , может быть использован за кон Бугера — Л а м б е р т а — Бера .

П о л а г а я а — const и зная, что

т, V

где т — абсолютная масса вещества; V — объем раствора; s — поперечное сечение слоя раствора

получим .

Это справедливо для поперечного сечения самого слоя окра шенного раствора, а не для увеличенного микроскопом изобра жения . Чтобы интенсивность окраски раствора с увеличением изображения оставалась неизменной, необходимо соответственно увеличивать интенсивность применяемого для освещения света.

Аппаратура

Н а б л ю д е н ие окраски раствора в малых объемах затруднено; часто окраска совсем незаметна из-за малой толщины £ лоя рас твора (в сосудах, применяемых в ультрамикрометоде, она со ставляет 0,5—2,0 мм) . Значительно увеличить толщину слоя того


ж е	объема	раствора	позволяет		колорископический капилляр .
Он	представляет собой		отрезок		стеклянной трубки	длиной		5—
15 мм с капиллярным каналом диаметром 0,2—0,5 мм и							наруж
ным диаметром 6—10 мм; нижняя и верхняя плоскости							отрезка
тщательно		отполированы.		Если	надо сравнить	растворы		по
интенсивности окраски или наблюдать очень слабую							окраску
раствора путем сравнения				его с дистиллированной		водой, поль

зуются двухканальным	к а п и л л я р о м 9 5 .
Колорископический	капилляр используют в качестве	кюветы,
а окрашенное соединение получают в микроконусе.		Окраску

раствора, заполняющего капилляр, наблюдают в микроскоп. За частую пользуются при этом светофильтрами, которые распо лагают в окуляре микроскопа или между источником света и зеркалом микроскопа.

Выполнение эксперимента

Методические приемы. Камеру с размещенной в ней необхо димой посудой крепят на предметном столике микроскопа. На крышку камеры приблизительно над передней частью держа теля посуды кладут покровное стекло, удерживаемое здесь си лой поверхностного натяжения воды, каплю которой предвари


тельно наносят на крышку. В правом манипуляторе			з а ж и м а ю т
поршневое приспособление. В микроконусе готовят		окрашенный
раствор. Затем	з а ж и м а ю т в правом манипуляторе	другое порш
невое приспособление с пипеткой, которая на некотором расстоя
нии от кончика	согнута под прямым углом. Поршневое		приспособ
ление должно	быть з а ж а т о в манипуляторе так, чтобы		изогнутый

участок пипетки располагался в горизонтальной плоскости.

Снимают крышку с камеры и микроконус с приготовленным раствором располагают под углом 90° к его обычному положе нию. Камеру вновь покрывают крышкой и ставят колорископи ческий капилляр одной из его полированных плоскостей, смазан ной по краям тонким слоем вазелина, на покровное стекло, рас положенное на крышке. Пипеткой забирают из микроконуса приготовленный раствор. Выводят пипетку из камеры, подни мают ее манипулятором выше верхней плоскости колорископического капилляра приблизительно на длину ее изогнутой под прямым углом части и, ослабив з а ж и м манипулятора, повора-г чивают поршневое приспособление так, чтобы изогнутый кончик пипетки занял вертикальное положение.

Вводят в поле зрения микроскопа колорископический капил ляр и фокусируют микроскоп. Н а б л ю д а я невооруженным гла-

зом, подводят к капилляру пипетку с раствором и располагают ее так, чтобы кончик находился приблизительно н а д центром капиллярного канала . Осторожно опускают при помощи мани


пулятора		пипетку;	при этом	ее кончик входит в канал к а п и л л я р а
(рис.	21).	П р е к р а щ а ю т эту		манипуляцию,	как только		в	поле
зрения	микроскопа		покажется несколько		размытое	изображе
ние пипетки. Не следует добиваться того, чтобы кончик							пипетки
дошел	до	конца капилляра .		В р а щ а я винт	поршня	пипетки		ле

вой рукой, выдавливают раствор из пипетки в капилляр, одно временно правой рукой поднимают при помощи манипулятора

Рис. 21. Заполнение колорископического капилляра окрашенным раствором:

1—покровное стекло; 2—капилляр; 3—микро-

Рис. 22. Круглая камера:

а—вид сбоку; 6—вид сверху .

пипетку так, чтобы кончик ее оставался несколько погруженным в раствор. Заполнение капилляра продолжают до тех пор, пока над капиллярным каналом не появится выпуклый мениск рас

твора; при этом в капилляре не должно оставаться							пузырьков
воздуха. Затем пипетку быстро отводят				н а з а д и	тотчас ж е кла
дут на верхнюю плоскость		капилляра	покровное		стекло. Н а б л ю
д а ю т в микроскоп окраску		раствора.
Если раствор надо сохранить, то			той ж е пипеткой				с изогну
тым кончиком	извлекают	раствор из		к а п и л л я р а		и	переносят
в микроконус,	повторяя при этом описанные выше					манипуляции

вобратном порядке.

Втех случаях, когда реакция получения окрашенного со единения выполняется в среде, имеющей достаточно высокую концентрацию быстро испаряющегося органического раствори теля, или когда надо наблюдать окраску органического экс тракта, прибегают к некоторым дополнительным приемам. Рас положенный на покровном стекле на крышке камеры колори-

скопический	капилляр " помещают		в специальную	круглую
камеру (рис.	22), которую ставят на крышку основной			камеры
так, чтобы	капилляр	оказался приблизительно в центре ее,
после чего покрывают		круглую камеру	стеклом. В пазах	круглой

к а м е ры д о л ж н а находиться смоченная соответствующим орга ническим растворителем вата. Приготовленный в основной ка

мере раствор тотчас	ж е з а б и р а ю т	в пипетку. Быстро	выводят
пипетку с раствором	из основной	камеры и немедленно	вводят

ее в круглую камеру, где заполняют раствором капилляр, как описано выше. П о заполнении капилляра пипетку выводят из круглой камеры, затем снимают последнюю с крышки основ

ной камеры	и сейчас ж е на капилляр кладут покровное стекло.
После этого	наблюдают	окраску раствора.
Колорископические		определения. Собирают поршневое при

способление. Во в л а ж н у ю камеру на держателе помещают два

микрососуда и		один микроконус диаметром около 1,5 мм,
а	т а к ж е сосуд	диаметром около 0,5 мм. Камеру располагают
на	предметном	столике микроскопа. На покровное стекло

на крышку камеры ставят колорископический капилляр . Один сосуд диаметром 1,5 мм наполняют 1,5 М раствором роданида калия, другой — 0,1 н. раствором азотной кислоты. Сосуд диа метром 0,5 мм наполняют раствором хлорида железа (концен трация железа 0,1 нг/нл) . Затем в микроконус пипеткой пере


носят отмеренные при отборе из сосудов количества				растворов
азотной	кислоты и хлорида ж е л е з а *;	перемешивают		раствор
в микроконусе кончиком пипетки и,		ополоснув	пипетку		не
сколько	раз дистиллированной водой,	добавляют	пипеткой		в

микроконус отмеренное количество раствора роданида калия . Азотную кислоту берут в таком количестве, чтобы концентрация ее в конечном объеме раствора была не менее 0,05 н.; раствора


роданида	калия		добавляют		столько,		чтобы его концентрация
в конечном растворе была около 0,3							М.	Приготовленный			рас
твор переносят		в	колорископический				капилляр		и	наблюдают
в микроскоп его розовую				окраску.
З н а я	объем	приготовленного				в микроконусе			раствора		и ко
личество	хлорида		ж е л е з а	в	нем,	можно		рассчитать		концентра

цию железа в приготовленном растворе. Исходя из этой кон центрации и объема колорископического капилляра, который легко найти по данным высоте и диаметру капиллярного ка нала, вычисляют количество вещества, определяемого в виде окрашенного соединения.

Полученные таким образом		данные	по	обнаружению железа
в виде роданида приведены в табл . 6. Там				ж е	даны	результаты
обнаружения С о 2 +	в виде роданида, a		CrOii-		при помощи ди-
фенилкарбазида,	выполненных	в колорископических				капилля
рах на предметном столике микроскопа.
И з приведенных в табл . 6		результатов		можно сделать сле
дующие выводы.

* Для отмеривания объемов порядка нескольких нанолитров пользуются мерным капилляром.

Таблица

6. Определение разных элементов в колорископических капиллярах

Х а р а к т е р и с т и ка

М а с с а элемента,

Открываемый

Минимальная кон

Макрометод

(высота

капилляров

минимум, г

центрация

столба раствора 1 см)

Окраска

при

Эле

Р е а г е н т

раствора

при

мент

в приго

в капил

данной

открывае

минималь

д и а

дли

объем,

товлен

в капил

ляре

высоте

мый

ная

метр,

на,

м м 3

ном

ляре

столба

минимум,

концен

мм

(ыкл)

растворе

раствора

(длина

раствора

(длина

трация

1 см

капилляра)

1 см

капилляра)

Роданид

0,41

7,5

1,0 4 5 - 1 0 _ 9

15- Ю - 9

Красная

калия

2310"

7,0- 10"9

12-10-9 9

4,0- Ю - 9

Светло- 1,5 - Ю - 9

1:1- 105

6- 10

2- 10~9

2 . 1 0 - 9

1 : 8 , 8 - ю 5

1:5,0 • 10s

ю - 5

розовая

3- ю - 9

1- ю - 9

Нет

0,41

2,0

3- ю - 3

2- Ю - 9

Светло- 1,5- Ю - 9

1•10~9

1:8,8-10s

1: Ы О 6

ю - 5

1 : Ы 0 5

1- Ю - 9

розовая

1,5-10_В

Нет

Со

Роданид

0,41

7,5

1,0

3- ю - 9

1 - ю - в

Светло-

0 . 7 5 - I 0 - °

1 • ю - 9

1 : 1,75.10е

1:1.10s

ю - 6

1:1.10s

аммония

0,5- Ю - 9

голубая

в ацетоне

0.75-10-9

Нет

Сг

Дифенил-

0,41

7,5

1,0

2010~'°

7 - 1 0 - "

Фиоле

карбазид

10-10- °

з - ю - 1 0

товая

5. i o -

1,5- ю - -

г о . 10" 1

7 - ю :

15-10-

5-10

5- Ю - 1,5-10-

20.. 10

7 - ю :

Светло-

6 - 10 1

з - ю

сирене

—12

з . ю - 1 2

1 : 5 , 9 - ю 8

1 : 3 , 3 - ю 8

ю - 8

1:5-10'

2 • 10

1 2

вая

2,25-10

1. Открываемый

минимум

зависит

от

площади

поперечного

сечения столбика окрашенного раствора.

Так, в

макрометоде

при поперечном сечении слоя раствора 1 см2

открываемый . ми

нимум составляет

дл я железа,

например,

10~5

г, в то время

как

в у л ь т р а м и к р о м е т о д е — Ю - 9 г.

2. Открываемый

минимум

зависит

от

толщины

слоя

рас

твора.

3. Минимальная концентрация,

отнесенная

к единице длины,

в ультрамикрометоде

отличается от минимальной

концентрации

в макрометоде. Однако это различие

невелико

(всего

несколь

ко раз) , в то время как открываемые

минимумы отличаются на

несколько порядков.

Д а н н ы е

для

колорископических

капилляров,

приведенные

в табл. 6, относятся

столбикам

раствора

одинакового

попе

речного сечения.

В случае

использования для наблюдения

столбиков

раствора

различного

сечеиия

наблюдается

невыполнение

закона

Бу-

гера — Л а м б е р т а — Бера, связанное

физиологическими

осо

бенностями

глаза: окраска

раствора

одинаковой

концентрации

в одних и тех ж е условиях

наблюдения

при большем

сечении

капилляра

кажется

более

интенсивной,

и,

таким

образом,

окраска, не

заметная

при

малом

сечении

столбика

раствора

той ж е концентрации, при большем сечении может быть вос

принята глазом. Особенно резко это сказывается при

ультра

микрохимических

определениях, так как здесь применяются

капилляры,

диаметры

которых

разнятся

между

собой в 2, 3, 4

и более раз. Это положение

иллюстрируется данными

табл. 7.

Таблица

7. Определение

железа

по

окраске

раствора

роданида железа

капиллярах

различного

сечения

Характеристика

Масса

Fe , г

Открываемый

Минимальная кон

капилляра

минимум, г

центрация

при

дли

объем,

приго

при

данной .

данной

диа

высоте

товлен

в капил

высоте

метр,

на,'

мм 3

столба

ном

ляре

, с т о л б а

столба

мм

(мкл)

растворе

1 см

(длина

раствора

(Длина

капилляра)

I см

капилляра)

0,82

7,5

4,0

2,5-10";'

1,5-Л0-' 2 - 10~°

1:3,5- 10°

1:2 • 10°

0,41

7,5

1,0

6- 10

2 - 10~ 9

1,5 -10 9

2 • 10

1:8,8 • 10е

1:5.105

§ 3. Микрокристаллоскопия

• Микрокристаллоскопические реакции 8 7 > э в ' 9 7 в ультрамикро анализе проводят на освещаемой площадке конденсорной па лочки (см. ч. I , гл . 2 , § 1), причем требуется всего 1—3 нл рас твора, содержащие 5—10 нг открываемого иона, Технически

эту операцию выполняют следующим образом . Пипетку с от меренным количеством раствора приводят манипулятором в та кое положение, чтобы она занимала треть поля зрения микро

скопа. Н а б л ю д а я невооруженным глазом, к кончику	пипетки
подвижным столиком подводят площадку конденсорной	палочки

и фокусируют микроскоп. Манипулятором вводят в фокус кон

чик пипетки. На		сечение	F	палочки (см. рис.		11),' обращенное
к задней	стенке	камеры,	направляют		пучок	света. При этом
площадка	ярко	освещается,		остальная	ж е часть - поля зрения

остается темной. Используя одновременно отраженный и про

ходящий свет, располагают освещаемую	площадку в центре
поля зрения микроскопа. Кончик пипетки	манипулятором под

водят вплотную к освещаемой площадке. Слегка поднимают манипулятором кончик пипетки (очертания его при этом стано вятся менее резкими) и продвигают его горизонтально, пока кончик не расположится над плоскостью площадки . Затем пи петку осторожно опускают до соприкосновения ее кончика с площадкой. Вращением винта поршня каплю раствора из пи

петки вытесняют на площадку, после чего пипетку	поднимают
и выводят из влажной камеры. Пипетку промывают	несколько
раз водой.

К находящемуся на площадке конденсорной палочки иссле дуемому раствору добавляют отмеренное количество необходи мого реактива. Реактив отмеривают калиброванным кончиком 1 7

микропипетки	(последнее особенно удобно для объемов	1 нл и
меньше) . Д л я	этого кончик микропипетки вводят в сосуд с ре
активом так,	чтобы самый кончик пипетки совпал с	началом

ш к а л ы окулярного микрометра. Реактиву дают войти в пипетку до заполнения капилляра на длину, соответствующую задан ному объему. Переносят реактив на площадку так же, как ис следуемый раствор. Перед погружением кончика пипетки с ре активом в исследуемый раствор на площадке, . в пипетке поворотом винта по часовой стрелке создают небольшое давле ние. В результате реактив вытекает из пипетки при первом со прикосновении ее кончика с раствором на площадке, и иссле дуемый раствор не попадает в пипетку.

Образовавшийся осадок рассматривают при освещении кон

денсорной палочки боковым светом и при		различном увеличе
нии, в зависимости от природы	образовавшегося соединения.
После выполнения реакции	площадку	можно подготовить

для дальнейшего использования, растворяя осадок и промываязатем/площадку водой. Если это не удается, то из той .же самой конденсорной палочки, надрезав и обломив нить чуть пониже старой площадки, можно получить новую площадку. Так посту пают до полного использования нити.

Вкачестве примера микрокристаллоскопической реакции

ниже	описано определение	серебра в виде бихромата. Во в л а ж
ную	камеру помещают два	прокалиброванных сосуда, мерный

Аналогичным путем можно получать кристаллы различных со единений, синтезируя в растворе такие реагенты, как 8-оксихи-

нолин,	купферрон,	N-бензоилфенилгидроксиламин и др.
В	отличие от	микрокристаллоскопических реакций при вы

полнении люминесцентных реакций нет необходимости в полу

чении кристаллов	определенной	формы " . Эти реакции проводят
под микроскопом	аналогично	микрокристаллоскопическим,	ис
пользуя вместо	обычного осветителя люминесцентный 1 0 ° .		Д л я

возбуждения люминесценции длинноволновыми ультрафиолето выми лучами применяют специальные светофильтры. Абсо лютная чувствительность люминесцентных реакций достигает 10~12 — 10~15 г. Хорошо открывается, например, ион натрия в виде цинкуранилацетата натрия по желто-зеленой флуоресценции;> бериллий открывается по люминесцентной реакции с кверцетином и т. д.

В ультрамикроанализе, вероятно, можно использовать лю минесцентные реакции на основе образования кристаллофосфоров. 1 0 °. 1 0 1

§ 4. Другие приемы качественного обнаружения

Н а р я д у с выполнением	реакций качественного обнаружения
в капиллярных конусах и	на площадке конденсорной палочки

известны другие интересные специфические приемы качествен

ного анализа в	ультрамикромасштабе . К ним,		прежде всего,
	t		%
	Q /		%
		—1—ftl
	то	- —30—1	-Id
Рис.	24. Пикопипетка (размеры показаны в мм)..

следует отнести метод обнаружения весьма малых количеств

элементов с использованием прозрачного	зерна с и л и к а г е л я ! 0 2 .
Соответствующие реакции выполняют на	предметном столике

микроскопа следующим образом. В поле зрения вносят не сколько зерен силикагеля, из которых выбирают зерно подходя

щего размера (авторы	работали с зернами 2 0 0 X 2 0 0 X 4 0 мкм
и 20 X 20 X 4 мкм) . Микропипетку (по		терминологии авторов,
пикопипетку — рис. 24)	с исследуемым	раствором подводят к

выбранному зерну, касаясь его кончиком пипетки. При этом рас


твор капиллярными силами всасывается в зерно. Затем			так ж е
вводят в зерно реактив	и наблюдают окраску. Объем	раствора,
всасываемого зерном, не измеряют, но приблизительно			оцени
вают по длине столбика	в пипетке; он должен быть	сопоставим
с общей емкостью пор	зерна. Технически эксперимент		прост и

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 205 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ