Основи фотометричних методів аналізу

У фотометричних методах використовують явище вибіркового поглинання світла молекулами досліджуваної речовини. В результаті поглинання світла молекула переходить із основного стану з мінімальною енерґією (Е₁) в більш високий енерґетичний стан (Е₂). Енерґія збудження розподіляється по окремих енерґетичних коливних рівнях молекули, перетворюючись в теплову. Електронні переходи, викликані поглинанням строго певних квантів світлової енерґії, характеризуються появою строго певних смуг поглинання в електронних спектрах поглинаючих молекул. Причому поглинання світла відбувається тільки в тих випадках, коли енерґія кванта співпадає з різницею енерґій (ΔЕ) між квантованими енерґетичними рівнями в кінцевому (Е₂) і початковому (Е₁) станах поглинаючої молекули:

hν = ΔЕ = Е₂ – Е₁ (1)

де h — постійна Планка (h = 6.625×10^–34 Дж×с); ν — частота випромінювання, що поглинається, яка визначається енерґією поглиненого кванта і виражається відношенням швидкості світла у вакуумі с = 3×10¹⁰ см/с до довжини хвилі (λ)

ν = с/λ

Енерґія випромінювання характеризується електромагнітним спектром. Для характеристики спектра часто, крім довжини хвилі, використовують хвильове число , яке показує число довжин хвиль, що припадає на 1 см шляху випромінювання в вакуумі. Визначають його за співвідношенням:

= 1/λ

Спектри поглинання молекул складаються із сукупності більш або менш розмитих смуг поглинання. Причина появи спектрів поглинання полягає в тому, що електронні та коливні рівні розщеплюються на підрівні і поглинання електромагнітного випромінювання супроводжується появою в спектрі великої кількості близько розташованих ліній, які зливаються в смугу поглинання. Природа смуг поглинання в ультрафіолетовій (10–400 нм) і видимій (400–760 нм) областях спектра однакова і пов’язана з числом і положенням електронів в молекулах та йонах, а в інфрачервоній області (760–10⁶ нм) — з коливанням атомів в молекулах.

Спектр поглинання зображають у вигляді графічної залежності оптичної густини (А) або молярного коефіцієнта поглинання (ε_λ), чи пропускання (Т) від частоти (ν) або довжини хвилі (λ) (рис. 1, 2).

Рис. 1. Залежність А від λ Рис. 2. Залежність Т від ν

Частота при мінімумі пропускання (ν₁, ν₂) або довжина хвилі при максимумі поглинання (λ₁, λ₂) є параметрами для якісного аналізу, а залежність інтенсивності смуг поглинання або оптичної густини від концентрації використовують для кількісного аналізу.