Фотометрические методы анализа

 

Молекулярно-абсорбционный анализ

Фотоколориметрия и спектрофотометрия основаны на взаимодействии излучения с однородными системами, их объединяют в одну группу фотометрических методов анализа.

В фотометрических методах используют избирательное поглощение света молекулами анализируемого вещества. Природа полос поглощения в УФ (10 - 400 нм) и видимой (400 – 760 нм) областях спектра одинакова и связана главным образом с числом и расположением электронов в поглощаемых молекулах и ионах. В ИК-области (0,8 – 1000 мкм) она в большей степени связана с колебаниями атомов в молекулах поглощающего вещества. В зависимости от используемой аппаратуры в фотометрическом анализе различают:

- спектрофотометрический метод – это анализ по поглощению монохроматического света;

-фотоколориметрический метод – это анализ по поглощению полихроматического света в видимой области света.

В прямых методах , определяемый ион M с помощью реагента R переводят в светопоглощающее соединение МR, а затем измеряют интенсивность светопоглощения раствора этого соединения M + R MR.

При косвенных определениях используют вспомогательные соединения, которые при взаимодействии с определяемым ионом либо разрушаются сами, либо образуют новое светопоглощающее соединение.

Основные закономерности светопоглощения.

При прохождении через слой вещества светового потока с интенсивностью J₀, его интенсивность вследствие поглощения в слое отражения и рассеяния уменьшается до значения J. Связь между интенсивностью световых потоков J₀ и J устанавливается законом Бугера-Ламберта, согласно которому однородные слои одного и того же вещества одинаковой толщины поглощают одну и туже долю падающей на них световой энергии при постоянной концентрации растворенного вещества.

J = J₀ · e ^{– a l} (1)

где а- коэффициент поглощения;

l – толщина поглощающего слоя.

 

Отношение называется пропусканием. Его значения могут изменяться от 0 до 1. Если величина Т отнесена к толщине слоя в 1 см, то ее называют коэффициентом пропускания. Поглощение излучения характеризуется оптической плотностью или поглощением:

 

Связь между концентрацией поглощающего раствора и его оптической плотностью выражается закономБера: оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации растворенного вещества при постоянной толщине слоя.

(2),

где К₁ – коэффициент пропорциональности;

С – концентрация растворенного вещества.

 

Зависимость интенсивности монохроматического светового потока прошедшего через слой окрашенного раствора от интенсивности падающего потока света, концентрации вещества и толщины слоя раствора определяется объединенным законом Бугера- Ламберта- Бера, который является основным законом светопоглощения и лежит в основе большинства фотометрических методов анализа.

J = J₀ · 10 ^{– к·с·l} (3),

где к – коэффициент светопоглощения, который зависит от природы растворенного вещества, температуры растворителя и длины волны света.

Если С выражено в моль/л, l - в см, то К представляет собой молярный коэффициент светопоглощения и обозначается ε_λ, тогда уравнение (3) имеет вид:

J = J₀ · 10 ^{– ε_λ· с·l} (4),

При соблюдении основного закона светопоглощения оптическая плотность раствора прямопропорциональна молярному коэффициенту светопоглощения, концентрации поглощающего вещества и толщине слоя раствора.

 

А = ε_λ · С · l (5)

 

При графическом изображении зависимости оптической плотности от концентрации при постоянном значении l, представляет собой прямую линию, при отсутствии светорастворителя и системы погрешностей.

 

 

Уравнения (3), (4) и (5) выведены для монохроматического света, т.е. света определенной длины волны, которая может быть выделена с помощью специального оптического устройства монохроматора.

В фотоколориметрии измерение интенсивности световых потоков производят в монохроматическом свете, т.е. на довольно широком участке света (от 20 до 100 нм). В этом случае в уравнении (5) вместо ε_λ используется среднее значение молярного коэффициента светопоглощения ε, зависящее от ширины полосы пропускания светофильтра.