Фотометрические методы анализа

Оптические (спектроскопические) методы анализа

Теоретическая часть

Спектроскопические методы анализа основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Регистрируя испускание, поглощение или рассеяние электромагнитных волн анализируемой системой, получают совокупность сигналов, характеризующих ее качественный и количественный состав. Спектроскопические методы анализа позволяют получать и исследовать сигналы в различных областях спектра электромагнитных волн – от коротких рентгеновских до длинных радиоволн.

Оптические методы анализа подразделяются:

- фотометрические методы анализа;

- фотонефелометрический и фототурбидиметрический – основаны на иссле-

довании свойств мутных растворов. В этих методах применяют одни и те

же реакции; различие в том, что в нефелометрии измеряют интенсивность

света, рассеянного твердыми частицами взвесей (суспензией), а в фототур-

бидиметрии – интенсивность света, прошедшего через суспензию;

- фотофлуориметрический – основан на измерении интенсивности флуорес-ценции, которая зависит от концентрации вещества.

- рефрактометрический – основан на зависимости показателя преломления n

от концентрации двухкомпонентных растворов или смесей двух жидкостей;

- поляриметрический – метод анализа растворов оптически активных веществ, т.е. имеющих в своем составе хотя бы один асимметрический атом углерода и способных вращать плоскость поляризации луча света;

- пламенно-фотометрический – вариант эмиссионного спектрального анализа, основанный на измерении интенсивности светового излучения определенной длины волны, испускаемого атомами элементов в результате возбуждения в пламени горелки.

Фотометрические методы анализа

Все вещества поглощают электромагнитные излучения. Вещества, по-глощающие излучение в видимой области спектра (длина волны 400-760 нм),

характеризуются собственной окраской. Фотометрические методы анализа

основаны на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через

вещество или его раствор. В зависимости от длины волны, ширины полосы

излучения и способа измерения интенсивности светового потока различают

следующие фотометрические методы:

- Колориметрия основана на визуальном сравнении интенсивности окра-

ски анализируемого раствора с интенсивностью окраски раствора того

же вещества известной концентрации (стандартный раствор). Субъек-

тивность визуальных восприятий световых оттенков и интенсивности

окраски является недостатком колориметрии.

Фотоэлектроколориметрия и спектрофотометрия – объективные методы анализа; для оценки интенсивности световых потоков применяются

фотоэлементы.

Фотоэлектроколориметрия основана на измерении поглощения анализируемым веществом интенсивности света не строго монохроматиче-

ского излучения в видимой части спектра. Для монохроматизации света

применяют светофильтры. Измерения выполняют при помощи более

простых приборов – фотоэлектроколориметров.

Спектрофотометрия основана на измерении поглощения анализируе-

мым веществом света с определенной длиной волны, т.е. поглощение

монохроматического излучения, как в видимой, так и в ультрафиолето-

вой и инфракрасной областях спектра. Для монохроматизации света

применяют дифракционные решетки и призмы. Измерения выполняют с помощью специальных приборов – спектрофотометров.

Количественно поглощение системой излучения описывается законами

Бугера-Ламберта-Бера.

Количество электромагнитного излучения, поглощенного раствором,

пропорционально концентрации поглощающих частиц и толщине слоя

раствора. I = I0· 10^{- ε Ch,} (1)

где I – интенсивность потока света, падающего на раствор,

I0 – интенсивность потока света, падающего на раствор,

ε - коэффициент поглощения света – постоянная величина, зависящая

от природы растворенного вещества (молярный коэффициент поглощения),

С – молярная концентрация окрашенного вещества в растворе,

h - толщина слоя светопоглощающего раствора.

Если прологарифмировать уравнение (1) и изменить знаки на обратные,

то оно примет вид: lg I₀ = ε Ch (2)

I

Эту величину называют оптической плотностью раствора (D).

Оптическая плотность прямо пропорциональна концентрации окрашенного вещества и толщине слоя раствора.

Фотометрические методы анализа – наиболее простые методы абсорбционного анализа, основаны на измерении количества поглощенного света окрашенными растворами в видимой, УФ и ИК части спектра, что, в свою

очередь, обуславливается различной концентрацией. С помощью этого метода

изучают содержание большинства примесей в различных продуктах органического синтеза, так как он отличается высокой чувствительностью. При этом используют зависимость оптической плотности от концентрации раствора.

Определяемый компонент переводят в окрашенное соединение и по интенсивности окраски раствора судят о количестве компонента. В одних случаях достаточно интенсивная окраска может возникать при растворении анализируемого вещества. В других же, что бывает чаще, определяемый ион не имеет окраски, но при взаимодействии с другими ионами (реактивами) может образовывать окрашенное соединение.

Чтобы определить количественное содержание элемента (железа, марганца, меди) в исследуемом растворе, сравнивают его окраску с окраской «стандартного» раствора, концентрация определяемого элемента в котором точно известна. В зависимости от окраски анализируемого раствора подбирают светофильтры согласно таблицы 15.

Таблица 15 – Подбор светофильтров

Характеристика анализируемого вещества	Цвет светофильтра	Длина волны про- пускаемого света, нм
Окраска раствора	Длина волны поглощаемого света, нм
Зеленовато-желтая		Фиолетовый	400-430
Желтая		Сине-фиолетовый	420-450
Оранжевая		Синий	430-460
Красная		Зеленый	460-500
Пурпурная		Зеленый	490-530
Фиолетовая		Зеленовато-желтый	520-550
Синяя		Оранжевый
Сине-зеленая		Красный	600-650

 

Стандартный раствор готовят аналогично испытуемому раствору, то

есть к нему добавляют те же реактивы, в том же количестве и в той же после-

довательности, что и к испытуемому раствору. Так как окраска растворов со

временем может изменяться, то окрашивание испытуемого и стандартного

раствора следует проводить одновременно, добавляя на единицу объема рас-

твора одинаковое количество реактива, который вызывает окраску.