background image

 

Katedra i Zakład Chemii Medycznej 

 

- 1 - 

ĆWICZEIE 7: AALIZA ISTRUMETALA 

 

 

Spektrofotometria absorpcyjna - kolorymetria 

Instrumentalne metody analityczne oparte są na wykorzystaniu własności fizykochemicznych 

substancji.  Spektrofotometria  absorpcyjna  należy  do  metod  optycznych  opartych  na 

selektywnej absorpcji promieniowania świetlnego przez roztwór badanej substancji. 

Tabela 1. Zakresy widma elektromagnetycznego 

azwa 

Zakres 

Promieniowanie rentgenowskie 

10

-2

 – 10

2

 A 

Światło widzialne 

400 – 750 nm 

Podczerwień 

0,75 – 1000 µm 

Mikrofale 

0,1 – 100 cm 

Fale radiowe 

1 – 1000 m 

 

W zależności od wykorzystywanego zakresu widma rozróżniamy: 

1.  absorpcjometrię  w  nadfiolecie  -  spektrofotometria  UV  (ang.  ultra  violet)  - 

stosowana przy identyfikacji i oznaczaniu związków organicznych; 

2.  absorpcjometrię  w  świetle  widzialnym  -  spektrofotometria  Vis  (ang.  visible)  - 

zwana najczęściej kolorymetrią lub fotokolorymetrią; 

3.  absorpcjometrię  w  podczerwieni  -  spektrofotometria  IR  (ang.  infra  reel), 

wykorzystywaną głównie do badań strukturalnych związków organicznych. 

Kolorymetria  stanowi  jedną  z  podstawowych,  powszechnie  stosowanych,  szybkich  metod 

oznaczania  ilościowego  badanych  substancji  w  roztworze.  Kolorymetrycznie  można 

oznaczać  substancje  barwne  (barwa  własna  jonu  danego  pierwiastka  lub  barwa 

związku). 

Barwa 

substancji 

jest 

wynikiem 

absorpcji 

lub 

przepuszczania 

promieniowania  z  zakresu  widma  widzialnego  w  sposób  selektywny.  Obserwowane 

zabarwienie jest dopełnieniem barwy promieniowania absorbowanego. 

 

Tab 2. 

Absorbowane promieniowanie 

Długość fali (nm) 

Barwa 

 

Zabarwienie obserwowane 

380 - 420 

fioletowa 

zielonożółte 

420 - 440 

fioletowoniebieska 

żółte 

background image

 

Katedra i Zakład Chemii Medycznej 

 

- 2 - 

440 - 470 

niebieska 

pomarańczowe 

470 - 500 

niebieskozielona 

czerwone 

500 - 520 

zielona 

purpurowe 

520 - 550 

żółtozielona 

fioletowe 

550 - 500 

żółta 

fioletowoniebieskie 

580-620 

pomarańczowa 

niebieskie 

620 - 600 

czerwona 

niebieskozielone 

680 - 700 

purpurowa 

zielone 

 

Podstawę spektrofotometrii absorpcyjnej stanowią prawa Bouguera - Lamberta i Beera. Jeżeli 

na  warstwę  jakiegoś  jednorodnego  ciała  (np.  na  warstwę  roztworu  substancji  barwnej)  pada 

wiązka  światła  jednobarwnego  o  natężeniu  (I

0

),  to  pewna  część  tego  światła  zostanie  odbita 

(I

r

), część ulegnie absorpcji (I

a

), a reszta zostanie przepuszczona (I

t

). 

I

o

 = I

r

 + I

a

 + I

t

 

W  przypadku  roztworów  wodnych  odbicie  światła  jest  bardzo  małe  (nie  przekracza  kilku 

procent) i dlatego można je pominąć. Wtedy: 

I

o

 = I

a

 + I

t

 

Pomiędzy  natężeniem  światła  przepuszczonego  (I

t

),  grubością  warstwy  (l)  i  stężeniem  tego 

roztworu (c) istnieje zależność: 

I

t

 = I

0

 • 10

-klc 

lub 

 

 

I

0

 

 A = lg                  =  k ·l · c 

  I

t

 

A - tzw. absorbancja

 k - współczynnik absorbancji 

l – grubość warstwy 

c – stężenie roztworu 

 

 

                     

1

 synonimy: ekstynkcja (E), gęstość optyczna 

background image

 

Katedra i Zakład Chemii Medycznej 

 

- 3 - 

Absorbancja (A): 

-  jest  proporcjonalna  do  stężenia  substancji  absorbującej  (c)  oraz  do  grubości  warstwy 

roztworu (l) lub 

 

-  jest  równa  logarytmowi  ilorazu  natężenia  promieniowania  padającego  (I

0

)  i  natężenia 

 

promieniowania przepuszczonego (I

t

). 

 

Współczynnik  absorbancji  k  jest  wielkością  stałą  zależną  od  długości  fali  światła 

padającego, natury substancji rozpuszczonej i temperatury. 

W  przypadku  gdy  stężenie  c  jest  wyrażone  w  mol/dm

3

  nosi  on  nazwę  molowego 

współczynnika absorbancji (oznaczanego symbolem ε

2

). Wtedy: 

I

0

 

 A = lg                  =  ε

ε

ε

ε ·l · c 

  I

t

 

 

ε- molowy współczynnik absorbancji 

l - grubość warstwy (cm)  

c - stężenie (mol/dm

3

Iloraz  natężenia  promieniowania  przepuszczonego  (I

t

)  i  natężenia  promieniowania 

padającego (I

0

) nosi nazwę transmitancji (T)

3

 i wskazuje jaka część promieniowania zostaje 

przepuszczona przez roztwór. 

 

Zwykle wyraża się ją w procentach: 

I

t

 

 T =               ·100 

  I

0

 

 

Między absorbancją (A) a transmitancją (T) występuje zależność: 

 A = lg                  = - lg T  

Jeżeli dwa roztwory danej substancji o stężeniach c

1

 i c

2

 wykazują przy grubościach warstw l

1

 

i l

2

  jednakowe natężenie barwy, to I

t1

 = I

t2

. Wtedy: 

 

                     

2

 w czułych metodach kolorymetrycznych wartość ε przekracza 10000; jeśli jest mniejszy 

od 1000 - metoda jest mało czuła 

 

3

 synonimy: przepuszczalność, transmisja 

 

 

background image

 

Katedra i Zakład Chemii Medycznej 

 

- 4 - 

I

0

 · 10

-kl1c1

 = I

0

 ⋅⋅⋅⋅ 10

–kl2c2 

 

l

1

c

1

 = l

2

c

2

 

 

Oznacza  to,  że  grubości  warstw  roztworów  wykazujących  jednakowe  natężenie  barwy  są 

odwrotnie  proporcjonalne  do  stężeń  tych  roztworów.  Wzór  powyższy  stanowi  podstawę 

wizualnej analizy kolorymetrycznej. 

 

Ze względu na sposób wykonania pomiaru metody kolorymetryczne dzielimy na: 

1.  wizualne  -  bezpośrednie,  wizualne  porównywanie  lub  ocena  intensywności  barwy 

roztworu  badanego  i  roztworów  wzorcowych.  Są  to  metody  subiektywne,  oparte  na 

indywidualnej  ocenie  badającego,  a  tym  samym  zależne  od  właściwości  jego  wzroku, 

zmęczenia wzroku itp., 

2.  fotoelektryczne - pomiar absorbancji roztworu badanego i roztworów wzorcowych przy 

użyciu detektorów promieniowania w postaci fotoogniwa lub fotokomórki. Pomiary takie 

są obiektywne, niezależne od indywidualnych cech badającego. 

 

Ze  względu  na  sposób  monochromatyzacji  światła  wyróżniamy  dwa  rodzaje  aparatury 

służącej do pomiarów fotoelektrycznych: 

1.  fotokolorymetry  (kolorymetry  fotoelektryczne)  -  wyposażone  w  filtry  świetlne 

umożliwiające tylko częściową monochromatyzację; 

2.  spektrofotometry - wyposażone w pryzmaty lub siatki dyfrakcyjne, dające światło ściśle 

monochromatyczne. 

 

Każdy aparat służący do oznaczeń absorpcjometrycznych zawiera następujące główne części 

składowe: 

1.  źródło  światła  -  jest  nim  lampa  wodorowa  dostarczająca  promieniowanie  z  zakresu 

nadfioletu,  lub  lampa  wolframowa  dająca  promieniowanie  z  zakresu  widzialnego  oraz 

bliskiej podczerwieni 

2.  urządzenie  do  monochromatyzacji  światła  -  służące  do  otrzymania  promieniowania  o 

ściśle  określonej  długości  fali  (promieniowania  jednobarwnego)  wyposażone  w  filtr 

świetlny, pryzmat lub siatkę dyfrakcyjną 

3.  naczynka (kuwety) na roztwory - wykonane ze szkła laboratoryjnego (kolorymetria) lub 

kwarcowe (spektrofotometria UV i IR) 

background image

 

Katedra i Zakład Chemii Medycznej 

 

- 5 - 

 

Każde oznaczenie fotoelektryczne wymaga ustalenia optymalnych warunków pomiaru dla 

roztworu badanej substancji, tzn.: 

- znalezienia długości fali (λ max), przy której ma miejsce największa absorbancja, 

-  dobrania  takich  stężeń  roztworów,  aby  mierzone  wartości  absorbancji  zawierały  się  w 

granicach 0,1 - 0,8. 

 

Podstawową metodą oznaczeń zarówno fotokolorymetrycznych jak i spektrofotometrycznych 

jest metoda krzywej wzorcowej. 

 

Przy  użyciu  roztworów  wzorcowych

4

  ustala  się  zależność  absorbancji  (A)  od  stężenia 

oznaczanej  substancji  (c)  i  przedstawia  ją  na  wykresie  współrzędnych  A/c.  Jeżeli  układ 

stosuje się dokładnie do prawa Lamberta - Beera zależność ta stanowi linię prostą

5

Np. w oparciu o wyniki pomiarów (tabela 3) otrzymuje się krzywą wzorcową przedstawioną 

na ryc. 1. 

 

Tabela 3. 

Nr próby 

Stężenie roztworów 

wzorcowych w mg/cm

3

 

Wartość absorbancji próby 

(A) 

0,1 

0,10 

0,3 

0,28 

0,5 

0,45 

0,7 

0,60 

0,9 

0,81 

 

                     

4

 roztwory o znanym, ściśle określonym stężeniu 

5

  stosowanie  się  układu  do  tego  prawa  nie  jest  warunkiem  koniecznym;  jeżeli  krzywa  jest 

wykreślona  w  ściśle  określony  sposób,  to  może  spełniać  funkcję  krzywej  wzorcowej  -  stąd 
metoda  ta  jest  zalecana  szczególnie  do  oznaczeń  substancji,  których  roztwory  wykazują 
odchylenia od prawa Lamberta-Beera

 

background image

 

Katedra i Zakład Chemii Medycznej 

 

- 6 - 

          Ryc. 1 

 

Następnie  w  identycznych  warunkach  mierzy  się  absorbancję  badanego  roztworu  i  z 

uzyskanej  wartości  (A  =  0,32)  odczytuje  stężenie  oznaczonej  substancji  (c  =  0,35  mg/cm

3

ryc.1). 

 

Schemat układu optycznego przyrządu podstawowego przedstawia ryc.20. 

 

 

Światło  emitowane  przez  żarówkę  (1)  przechodzi  przez  kondensor  (2)  i  po  odbiciu  od 

zwierciadła  (3)  wchodzi  do  monochromatora  przez  szczelinę  wejściową  (4).  Po  przejściu 

przez soczewkę (5) wiązka promieni pada na siatkę dyfrakcyjną (6), skąd po przejściu przez 

soczewkę (7), trafia w postaci widma na szczelinę wyjściową (8). Za pomocą odpowiedniego 

układu  dźwigni,  poruszanych  bębnem  (12)  można  obracać  siatkę  dyfrakcyjną  i  dzięki  temu 

przepuszczać  przez  szczelinę  wiązki  światła  o  różnych  długościach  fali.  Promieniowanie 

monochromatyczne  po  przejściu  przez  kuwetę  (9)  z  roztworem  badanym  pada  na  filtr 

wyrównawczy  dla  fotoelementu  (10)  i  na  fotoogniwo  (11).  Powstały  w  ogniwie  prąd  przez 

 

background image

 

Katedra i Zakład Chemii Medycznej 

 

- 7 - 

wzmacniacz  tranzystorowy  (13)  dostaje  się  do  potencjometru  (14)  wyskalowanego  w 

jednostkach absorbancji (A) lub transmitancji (T). 

 

Część praktyczna 

 

1. Kolorymetryczne oznaczanie stężenia jonów Cu

2+

 (metoda krzywej wzorcowej). 

Metoda  oparta  jest  na  pomiarze  absorbancji  ciemnoniebieskich  roztworów  kompleksu 

[Cu(NH

3

)

4

]

2+

, który tworzą jony Cu

2+

 z nadmiarem stężonego amoniaku NH

3

 · H

2

O. 

Warunki pomiaru: 

długość fali: 585 nm 

stężenia roztworów: 0,8 - 4,0 mg/cm

3

 

 

-     grubość warstwy 1 cm 

Wykonanie ćwiczenia 

1.  Roztwory wzorcowe: 

a.  do 5 czystych kolbek miarowych o pojemności 50 cm

3

 odmierzamy po 5 cm

3

 

roztworów jonów Cu

2+

  o stężeniach: 0,8; 1,6; 2,4; 3,2; 4,0 (mg/cm

3

). 

b.  do wszystkich kolbek dodajemy po 5 cm

3

 stężonego NH

3

 · H

2

O i uzupełniamy 

wodą destylowaną do kreski. 

c.  otrzymane w ten sposób roztwory mają stężenia: 0,08; 0,16; 0,24; 0,32; 0,4. 

2.  Roztwór badany: do czystej kolbki miarowej o pojemności 50 cm

3

 odmierzamy 5 cm

3

 

roztworu jonów Cu

2+

  o nieznanym stężeniu, dodajemy 5 cm

3

 stężonego NH

3

 · H

2

O i 

uzupełniamy wodą destylowaną do kreski. 

3.  Roztwór  odnośny  “odnośnik”:  do  czystej  kolbki  miarowej  o  pojemności  50  cm

3

 

odmierzamy 5 cm

3

 stężonego NH

3

 · H

2

O i uzupełniamy wodą destylowaną do kreski. 

4.  Pomiar  absorbancji:  -  przygotowanie  spektrokolorymetru  "Specol"  oraz  sam  pomiar 

przeprowadzamy  według  instrukcji  pod  kontrolą  prowadzącego  ćwiczenia.  Dokonujemy 

pomiaru absorbancji roztworów przygotowanych w pkt. 1 i 2 wobec roztworu odnośnego 

przygotowanego w pkt. 3.  

5.  Wykreślamy  krzywą  wzorcową  i  odczytujemy  stężenie  jonów  Cu

2+

  w  roztworze 

badanym. 

 

UWAGA! H

3

 ⋅⋅⋅⋅ H

2

O odmierzamy cylindrem miarowym pod wyciągiem. 

background image

 

Katedra i Zakład Chemii Medycznej 

 

- 8 - 

Ćwiczenie 2 

 

A. 

Pomiar  stężenie  jonów  Mg

2+ 

-  metoda  kolorymetryczna  przy  użyciu  zestawu 

diagnostycznego firmy Cormay. 

 
Wykonanie: 

Do 3 probówek  odpipetować: 

1 – próba zerowa: 2 cm

3

 odczynnika 1-Mg + 20 µl H

2

2 – próba badana 2 cm

3

 odczynnika 1-Mg

 

+ 20 µl materiału badanego (roztwór X

1, 

X

2

 lub

 

X

3

3 – próba wzorcowa 2 cm

3

 odczynnika 1-Mg +20 µl standardu 

Dokładnie  wymieszać,  inkubować  5  min.  w  temp.  37

0

C  a  następnie  dokonać  pomiaru  absorbancji 

próby wzorcowej A(PW) i próby badanej A(PB) wobec próby zerowej (PZ) przy długości fali 520 nm. 

Stężenie glukozy (C

g

) obliczamy wg. wzoru: 

 

                     A(PB) 
         C

g

 =                     · C

wz

 

                     A(PW) 
C

wz

 – stężenie próby wzorcowej 

 

Skład odczynników: 

1-Mg: wodorotlenek potasu (pH=11,5), węglan potasowy, EGTA, błękit ksylidylowy, Triton X-100 

standard: wzorcowy roztwór jonów magnezu: 0,82 mmmol/l (2,0 mg/dl). 

 

B. 

Pomiar  stężenie  jonów  Ca

2+

  -  metoda  kolorymetryczna  przy  użyciu  zestawu 

diagnostycznego firmy Cormay. 

 
Wykonanie: 

Do 3 probówek  odpipetować: 

1 – próba zerowa: 2 cm

3

 odczynnika roboczego + 20 µl H

2

2 – próba badana 2 cm

3

 odczynnika roboczego

 

+ 20 µl materiału badanego (roztwór X

1, 

X

2

 lub

 

X

3

3 – próba wzorcowa 2 cm

3

 odczynnika roboczego

 

+20 µl standardu 

Dokładnie  wymieszać,  inkubować  5  min.  w  temp.  37

0

C  a  następnie  dokonać  pomiaru  absorbancji 

próby wzorcowej A(PW) i próby badanej A(PB) wobec próby zerowej (PZ) przy długości fali 

575 nm (570-580 nm).

 

Stężenie glukozy (C

g

) obliczamy wg. wzoru: 

                     A(PB) 
         C

g

 =                     · C

wz

 

                     A(PW) 
C

wz

 – stężenie próby wzorcowej 

background image

 

Katedra i Zakład Chemii Medycznej 

 

- 9 - 

 

 

Skład odczynników: 

  odczynnik roboczy: komplekson o-krezoloftaleina, 8-hydroksychinolina, kwas solny, 

etanoloamina 

  standard – wzorcowy roztwór jonów wapnia - 2,5 nmol/l (10 mg/dl)/ 

 

background image

 

Katedra i Zakład Chemii Medycznej 

 

- 10 -