Спектрофотометрический анализ многокомпонентных систем с применением эвм

Анализ — многокомпонентная система

Спектрофотометрический метод очень широко применяется в анализе многокомпонентных систем, так как позволяет провести количественное определение компонентов без их предварительного разделения. Определение основано на аддитивности значений оптической плотности всех компонентов смеси при одной длине волны. Спектрофотометрическое определение двух — ( и более) компонентных лекарственных смесей может быть осуществлено различными способами в зависимости от характера светопоглоще-ния каждого компонента.

Зависимость оптической плотности от длины волны для ряда растворов одного и того же соединения различной концентрации ( Cic2c3c4c6.

Уравнение закона аддитивности положено в основу метода анализа многокомпонентных систем.

Подтверждение этому мы находим в работе , посвященной анализу многокомпонентных систем радиоизотопов ( 9 — 10 радиоактивных ядер) с помощью несколько усложненного варианта ядерной у-спектроскопии.

В настоящее время аппарат теории оптимального эксперимента начинает все больше использоваться для анализа многокомпонентных систем, в особенности для анализа элементов по оптическим или рентгеновским спектрам эмиссии, с помощью флуоресценции, пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Возможность образования разнообразных соединений в результате катодных и анодных реакций создает условия для анализа многокомпонентных систем без предварительных операций разделения и выделения определяемого элемента, а также позволяет сконцентрировать и определить элементы в тех случаях, когда выполнение анализа методом, описанным выше ( ИВМ), трудно или невозможно.

Метод осциллографической полярографии можно видоизменить таким образом, что он становится удобным и при анализе многокомпонентных систем.

Содержание элементов в лунном грунте ( в процентах.

Определение легколетучих, но трудновозбудимых элементов является сложной задачей для спектроскопии, особенно при анализе многокомпонентных систем, какими являются горные породы и минералы.

Возможность образования разнообразных соединений на электроде в результате катодных и анодных реакций создает условия для осуществления анализа многокомпонентных систем без предварительных операций разделения и выделения определяемого элемента. В зависимости от химической природы элементов их концентрируют в виде гидроокисей, неорганических солей, ионных ассоциатов или внутрикомплексных соединений с органическими реагентами.

Рассмотрим вывод формулы для одного из таких анализов, используемых в настоящей книге, а именно для анализа многокомпонентной системы, при котором все компоненты, кроме одного, определяются отдельно различными методами, а последний компонент определяется объемным методом — титрованием всей смеси.

Аналитическая применимость методов вольтамперометрии обычно рассматривается с точки зрения возможности определения низких концентраций веществ в растворе, а также анализа многокомпонентных систем, содержащих два или более электрохимически активных соединения.

Не вдаваясь в подробное обсуждение этой работы, отметим, что при оценке ее результатов необходимо учитывать возможные ошибки, обусловленные трудностью анализа многокомпонентных систем и образованием в данном случае тройных систем из боридов, карбоборидов и твердых растворов конденсированных продуктов реакций.

Известно, что в смеси веществ с разной основностью в первую очередь титруются наиболее основные компоненты, и это необходимо учитывать при анализе многокомпонентных систем. Так, при титровании смеси смолы из нефти Федоровского месторождения с

Компонентность и области индивидуального поглощения

Многие задачи спектрофотометрического анализа существенно упрощаются, когда а.д.в. выбраны в области, где поглощает один компонент смеси. Такие области индивидуального поглощения легко обнаружить при простом сравнении спектров чистых компонентов. Если спектры чистых компонентов неизвестны, области индивидуального поглощения можно обнаружить по тому признаку, что ранг матрицы оптических плотностей системы в такой области равен единице. Если спектры веществ сильно перекрываются, областей индивидуального поглощения может и не быть. Тем не менее а.д.в. могут быть выбраны путем поиска областей спектра, где поглощает возможно меньшее число компонентов или преимущественно один компонент.

Эти области могут быть отобраны по величинам ранга соответствующей матрицы оптических плотностей. Удобным математическим методом такого поиска может быть один из вариантов расчета числа компонентов. В нашей работе исследован метод расчета числа компонентов, предложенный Симондсом и Кенкаром основанный на нахождении ненулевых собственных значений симметрической матрицы /f [ад} где fts — количество растворов, Д — матрица оптических плотностей раствора при разных длинах волн. Разные строки соответствуют растворам с различными концентрациями компонентов. Кенкар предложил после нахождения каждого ft -го собственного значения матрицы Ц вычислять остаточное стандартное отклонение где th[ni — след матрицы п » / — число аналитических длин волн, — А/- сумма уже найденных /с собственных значений, начиная с первого. Вычисленное по этой формуле значение pft следует сравнивать с остаточным стандартным отклонением спектрофотометра $ . Ранг матрицы П равен такому минимальному значению ft , при котором $ Д- . Для выбора аналитических областей мы проводили поиск участков спектра с преимущественным поглощением каждого из компонентов. Критерием такого выбора могут быть величины остаточного стандартного отклонения. Если проанализировать формулу (V.2 ) , то видно, что в случае однокомпонентной системы мы должны получить $ju$a» Когда в растворе присутствует еще один или несколько компонентов, то мы получим р У$д Причем очевидно, что чем больше в спектре смеси будет представлено поглощение других компонентов, тем больше должно быть $j для такой смеси. Если для каждого участка спектра составить двухстолбцовую матрицу J\ , первый стобец которой будет соответствовать оптическим плотностям спектра чистого компонента, а второй — оптическим плотностям участка спектра смеси с тем же набором длин волн, и рассчитать для этой матрицы величину , , то , окажется минимальной для того участка, где в спектре смеси поглощает лишь данный компонент. На участках спектра, где поглощают и другие компоненты смеси величины $ будут больше. Проведя расчеты на всех участках спектра для каждого компонента, можно сделать отнесение участков спектра к определенным компонентам. Участок спектра относят к тому компоненту, который дает минимальное значение $, при добавлении спектра смеси к спектру этого компонента.

Для выбора аналитических длин волн рассчитывали величины остаточных стандартных отклонений для спектров смесей в узких спектральных диапазонах. Обычно брали участки спектра по 6-Ю точек (длин волн), что составляет 300-500 см «1. Спектральные диапазоны, в которых значения критерия $. минимальны ( в пределе это области индивидуального поглощения), определяли а.д.в. Однако для реализации этой идеи необходим ряд уточнений. Во-первых, важным является вопрос о выборе оптимального количества а.д.в. Во-вторых, необходимо уточнение выбранных а.д.в. с точки зрения относительной точности измерения оптических плотностей в разных спектральных диапазонах. Коррекция выбранных по критерию компонентности а.д.в. с точки зрения исключения участков спектра с большими относительными ошибками в нашем алгоритме проводилась так, что из анализа исключались участки спектра со значениями оптической плотности анализируемого раствора меньше 0,05. Для выбора а.д.в. этим методом составлен алгоритм и программа LM4// на языке ФОРТРАН ЕС ЭВМ. Алгоритм I. Разделить спектры отдельных компонентов и смесей на участки (300-500 см»1).

Определение оптической плотности

Оптическую плотность можно выразить уравнением:

Оптическая плотность = -log(коэффициент поглощения света)

Такое уравнение отражает правило аддитивности оптической плотности, которое указывает, что суммарная оптическая плотность двух слоев материала равна сумме их отдельных оптических плотностей.

Оптическая плотность имеет важное применение в оптике и спектроскопии для анализа взаимодействия света с веществом. Величина оптической плотности позволяет оценить, насколько эффективно материал поглощает или пропускает свет различных длин волн

Эта информация важна для разработки оптических приборов, таких как линзы, фильтры и оптические волокна.

Что такое оптическая плотность?

Оптическая плотность обычно обозначается символом «D» и измеряется в безразмерных единицах. Чем больше значение оптической плотности, тем сильнее свет поглощается при его прохождении через среду.

Оптическая плотность зависит от ряда факторов, включая состав среды, длину волны света и толщину среды. Она может быть разной для разных видов сред, а также зависит от количества и типа распространяющегося через них света.

Оптическая плотность является важной характеристикой материалов и используется во многих областях науки и техники, таких как оптика, физика, химия, медицина и др. Например, она может быть использована для определения концентрации растворенных веществ в растворе или для измерения прозрачности материалов, используемых в оптических приборах

Как измерить оптическую плотность?

Существует несколько методов для измерения оптической плотности, одним из которых является метод пропускания света через образец и измерения интенсивности прошедшего света.

Для измерения оптической плотности необходимо иметь специальное оборудование, такое как спектрофотометр или фотометр. С помощью этих приборов можно измерить интенсивность света, прошедшего через образец, и определить его оптическую плотность.

Процесс измерения оптической плотности включает в себя следующие шаги:

Подготовьте образец с известной толщиной и оптической плотностью.
Установите образец в спектрофотометре или фотометре и настройте прибор на нужные параметры измерения.
Измерьте интенсивность света, прошедшего через образец.
Сравните полученные данные с данными для образца с известной оптической плотностью и рассчитайте оптическую плотность исследуемого образца.

Измерение оптической плотности может быть полезным для различных приложений, таких как оценка качества и прозрачности материалов, определение концентрации вещества в растворе, контроль за процессами окрашивания и др.

Точность и надежность измерения оптической плотности зависит от качества оборудования, правильной подготовки образца и подбора методики измерения. Поэтому перед измерением рекомендуется ознакомиться с инструкцией по эксплуатации прибора и проконсультироваться с специалистом.

В каких областях применяется оптическая плотность?

Оптическая плотность используется:

В оптике и фотонике – для измерения прозрачности оптических материалов и определения их преломляющих свойств. Это необходимо при проектировании и изготовлении линз, призм, оптических волокон и других оптических компонентов.
В фармакологии и биохимии – для анализа содержания определенных веществ в различных растворах, включая лекарственные препараты. Оптическая плотность позволяет оценивать концентрацию различных соединений и осуществлять количественный анализ.
В материаловедении – для исследования оптических свойств различных материалов, включая полимеры, металлы, стекла и кристаллы. Это позволяет оптимизировать их производство и улучшить их оптические характеристики.
В астрономии и геодезии – для измерения оптической плотности атмосферы и различных сред, через которые проходит свет при наблюдении звезд и планет. Оптическая плотность помогает учитывать и корректировать влияние атмосферных условий на наблюдаемые объекты.
В экологии и мониторинге окружающей среды – для изучения прозрачности воды, воздуха и других сред. Оптическая плотность позволяет определить содержание загрязняющих веществ и оценить степень загрязнения окружающей среды.

Применение оптической плотности в этих и других областях позволяет получать важную информацию о свойствах и составе различных сред, а также повышать эффективность и точность различных технических и научных процессов.

Уравнение аддитивности оптической плотности

оптическая плотность общего объекта = сумма оптических плотностей каждого отдельного источника/объекта

То есть, если добавить несколько источников света или объектов, обладающих оптическими плотностями, общая оптическая плотность будет равна сумме их плотностей. Это уравнение основано на предположении, что свет проходит через среду без изменения своих свойств.

Уравнение аддитивности оптической плотности является одним из важных принципов, использованных в различных областях, связанных с оптикой, таких как оптические системы, фотометрия и спектроскопия. Оно позволяет учитывать взаимное влияние различных источников света или объектов на общую оптическую плотность и, следовательно, предсказывать и объяснять результаты оптических измерений.

Важно отметить, что уравнение аддитивности оптической плотности является приближенным и подразумевает отсутствие взаимодействия света между источниками или объектами. В реальных условиях может возникать рассеяние, поглощение или другие явления оптической интерференции, которые могут привести к нарушению аддитивности

Однако в большинстве практических случаев уравнение аддитивности оптической плотности достаточно точно описывает поведение света и позволяет получить качественные и количественные результаты.