Зависимость точности визуального тест-определения нитрит-иона на основе пенополиуретана от способа построения цветовой шкалы (стр. 5 из 6)
Геометрическая прогрессия для колориметрической шкалы предпочтительнее арифметической. На самом же деле, в области малых концентраций правильнее было бы строить шкалу в арифметической прогрессии с малым ее шагом, т.к. геометрическая прогрессия делает интервалы между соседними начальными точками слишком большими. Напротив, для дальних членов шкалы разумнее было бы использовать геометрическую прогрессию, т.к. арифметическая в этом случае была бы незаметна. Именно таким условиям удовлетворяет предложенный авторами в качестве шкалы сравнения ряд Фибоначчи [21], и в данной цели его применение оправдано.
В.М. Иванов с сотр. [20] для построения твёрдофазных цветовых шкал ввёл критерий общего цветового различия ΔЕ = 10, оцениваемый инструментально. В других работах [21] обсуждается статистический подход для коррекции градуировочной шкалы, поскольку, как утверждают авторы, только совокупность достаточно большого числа реальных наблюдателей может дать адекватную оценку шага шкалы. Видно, что до сих пор нет единого критерия для оценки минимального шага цветовой шкалы. Кроме уточнения шага шкалы, в визуальной колориметрии важен правильный выбор условий наблюдения элементов шкалы.
Важно, чтобы наблюдение, по возможности, велось в рассеянном дневном свете или при искусственном освещении, имеющем цветовую температуру 6000 К. Важно также, чтобы каждый элемент колориметрической шкалы имел размер, занимающий поле с угловым размером 4 < α < 10 градусов [16].
На практике в визуальной колориметрии цвету фона, на котором сравниваются окрашенные пробы, не придают особого значения. Общепринятым является рассматривание окраски на белом фоне. Такой ахроматический фон универсален по отношению ко всем цветам, т.к. он практически полностью отражает световой поток. Авторы книги по цветометрии [16] утверждают, что глаз имеет способность адаптироваться к какому-нибудь произвольному цвету, при этом восприятие дополнительного цвета становится острее.
На практике трудно найти фон, соответствующий дополнительному цвету пробы [16]. Для этой цели можно использовать цветовой атлас или подбор цвета с помощью компьютера, используя цветовые координаты.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Реактивы и оборудование
В данной части работы были использованы следующие реактивы и оборудование:
- хлороводородная кислота, х.ч.;
- нитрит натрия, о.с.ч.;
- ацетон, ч.д.а.;
- мерная колба на 200 мл;
- мерная колба на 100 мл;
- мерные колбы на 25 мл;
- конические колбы на 100 мл;
- пипетка на 5 мл;
- пипетка на 10 мл;
- стеклянная палочка;
- металлический пробойник;
- механический вибросмеситель;
- спектроколориметр «Спектротон»;
- пенополиуретан, марка «2230».
Все растворы готовили на дистиллированной воде.
2.2 Методики эксперимента
2.2.1 Методика подготовки ППУ для определения NO2- [11, 15]
Используя металлический пробойник, приготовить из листа или полос ППУ таблетки высотой 5-10 мм, диаметром 16 мм, массой 0.03-0.06 г.
Для очистки от примесей приготовленные таблетки поместить в коническую колбу вместимостью 100 мл с пришлифованной пробкой и добавить 50-70 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией 0.1 моль/л. Удалить из всех таблеток воздух, прижимая их с помощью стеклянной палочки к стенкам колбы. Колбу закрыть пробкой и встряхивать её на механическом вибросмесителе в течение 15 минут.
Таблетки промыть несколько раз дистиллированной водой до рН 5-6, затем ацетоном, высушить между листами фильтровальной бумаги и довести до воздушно-сухого состояния.
Повторить обработку таблеток раствором кислоты с молярной концентрацией 5 моль/л, встряхивая их в растворе кислоты в течение 30 минут. Промыть водой до рН 5-6, затем ацетоном и довести до воздушно-сухого состояния.
Таблетки хранить в закрытом, защищённом от света месте.
2.2.2 Методика приготовления стандартных шкал для визуального определения нитрит-иона
Приготовить 100 мл исходного раствора нитрита натрия с молярной концентрацией 0.01 моль/л (460 мг/л). Для этого взвесить на аналитических весах ~ 0.069 г соли, навеску количественно перенести в мерную колбу вместимостью 100 мл и довести до метки дистиллированной водой. Затем перенести пипеткой 2 мл этого раствора в мерную колбу на 200 мл и довести до метки дистиллированной водой. Полученный раствор с концентрацией NO2- 4.6 мг/л использовать как исходный.
Для приготовления стандартных шкал последовательно разбавлять исходный раствор в мерных колбах на 25 мл, добавляя в каждую колбу определённый объём исходного раствора, по 10 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией 3 моль/л и доводя до метки дистиллированной водой. Таким образом создаётся оптимальная для реакции диазотирования ППУ концентрация HCl (1.2 моль/л). Схема приготовления рабочих растворов NaNO2 для стандартных шкал, которые использовались в данной работе, приведена в табл. 2.1. Для каждой шкалы готовили также «холостой» раствор, не содержащий NO2-.
Таблица 2.1. Схема приготовления рабочих растворов NaNO2
| № п/п | Шкала с шагом « 1,5 » | Шкала с шагом « 2 » | Шкала с шагом « 3 » | Шкала с шагом «ряд Фибоначчи» | ||||
| V0(NO2-), мл | с(NO2-), мг/л | V0(NO2-), мл | с(NO2-), мг/л | V0(NO2-), мл | с(NO2-), мг/л | V0(NO2-), мл | с(NO2-), мг/л | |
| 1 | 0.55 | 0.1 | 0.55 | 0.1 | 0.55 | 0.1 | 0.55 | 0.1 |
| 2 | 0.8 | 0.15 | 1.1 | 0.2 | 1.65 | 0.3 | 1.1 | 0.2 |
| 3 | 1.2 | 0.23 | 2.2 | 0.4 | 4.9 | 0.9 | 1.65 | 0.3 |
| 4 | 1.85 | 0.34 | 4.35 | 0.8 | 14.7 | 2.7 | 2.7 | 0.5 |
| 5 | 2.75 | 0.51 | 8.7 | 1.6 | 4.35 | 0.8 | ||
| 6 | 4.1 | 0.76 | 7.05 | 1.3 | ||||
| 7 | 6.2 | 1.14 | 11.4 | 2.1 | ||||
| 8 | 9.3 | 1.71 | ||||||
Растворы из мерных колб вылить в конические колбы вместимостью 100 мл с пришлифованными пробками, внести по одной таблетке ППУ, удалить воздух из таблеток с помощью стеклянной палочки. Колбы закрыть пробками и встряхивать на механическом вибросмесителе в течение 25 минут. Растворы вылить из колб, придерживая таблетку стеклянной палочкой. Вынуть таблетки из колб и промокнуть между листами фильтровальной бумаги. После такой обработки таблетки приобретают лимонно-жёлтую окраску, интенсивность которой возрастает с увеличением концентрации нитрит-ионов. [11]
Разместить воздушно-сухие таблетки на листе белой бумаги в порядке возрастания концентрации NO2- для каждой из шкал.
2.2.3 Методика определения нижней границы диапазона определяемых содержаний (сн) для тестового хемосорбционного определения NO2-
В качестве ориентировочного значения нижней границы диапазона определяемых содержаний принять концентрацию нитрита, ограничивающую «сверху» область «ненадёжной» реакции, т.е. концентрацию, которую обнаружили наблюдатели с вероятностью 100%. Для NO2- эта концентрация составляет примерно 0.1 мг/л [15].
Приготовить часть стандартной шкалы с шагом «2» для визуальной индикации нитрита в области нижней границы диапазона орпеделяемых концентраций. Она должна содержать одну таблетку для «холостого» раствора и три таблетки для растворов с заданными концентрациями нитрита, причём каждая последующая концентрация должна быть больше предыдущей в два раза.
Приготовить модельные растворы с концентрациями, близкими к ориентировочно установленной сн, причём заданная концентрация должна соответствовать промежуточному значению минимального диапазона шкалы.
Контрольной группе из 15-20 наблюдателей предложить определить концентрацию модельного раствора, используя тест-систему, т.е. сопоставляя окраску ППУ с приготовленной стандартной шкалой. Наблюдатель может выбрать один из трёх вариантов ответа: исследуемый раствор имеет концентрацию, соответствующую либо верхнему, либо нижнему, либо среднему значению выбранного диапазона.
Необходимо провести ряд параллельных измерений, чтобы суммарное число результатов определения было около 50.
Провести аналогичные измерения, расположив таблетки ППУ на листе бумаги голубого цвета.
Рассчитать дисперсию и стандартное отклонение по формуле
,где: Sc - стандартное отклонение;
ci – концентрация, определённая наблюдателем;
сзад - концентрация модельного раствора;
n - число определений.
Принять за величину предела определения утроенное значение полученного стандартного отклонения [17], т.е.:
сн = 3 Sс.
Сравнить результаты, полученные для белого и голубого фона.
2.2.4 Методика построения градуировочного графика для определения NO2- с применением метода спектроскопии диффузного отражения
Измерить на спектроколориметре СФ-2000 диффузное отражение всех приготовленных таблеток ППУ при разных длинах волн. Пересчитать полученные значения диффузного отражения (R) в функцию Гуревича – Кубелки – Мунка (F) по формуле: F = (1-R)2/(2R). Построить график зависимости F(λmax) от концентрации нитрит-ионов (в мг/л) в том растворе, в котором встряхивалась соответствующая таблетка (λmax – длина волны, отвечающая максимальному значению F). Линеаризовать полученный график.