Ограничения и условия применимости

закона Бугера – Ламберта – Бера:

1. Закон справедлив для монохроматического света. Чтобы подчеркнуть это ограничение, в выражение закона вводят индексы:

.

2. Коэффициент ε зависит от показателя преломления среды. Изменение показателя преломления в высококонцентрированных растворах может явиться причиной отклонений от основного закона светопоглощения.

3. Температура при измерениях должна оставаться постоянной хотя бы в пределах нескольких градусов.

4. Пучок света должен быть параллельным.

5. Прямолинейная зависимость оптической плотности от концентрации соблюдается только для систем, в которых светопоглощающими центрами являются частицы лишь одного сорта. Например, при разбавлении раствора дихромата калия происходит не просто уменьшение концентрации иона дихромата, а протекают процессы химического взаимодействия:

Cr₂O₇^2– + H₂O = 2HCrO₄^– = 2CrO₄^2– + 2H⁺.

Вместо дихромат-ионов в растворе появляются гидрохромат- и хромат-ионы. Так как  и различны, зависимость оптической плотности от общей концентрации хрома в растворе не будет линейной.

6. Интенсивность рассеянного света, возникающего в оптической системе прибора, должна быть сведена до минимума за счет ограничений при изменении ширины щели в разных участках спектра.

 

5. Аппаратура для спектрофотометрического метода

Рис. 4. Блок-схема прибора для спектрофотометрического метода анализа

 

Приведенные на рис.4 основные узлы и блоки типичны и обязательны для приборов, используемых для измерения поглощения света; в зависимости от исследуемой области спектра используют разные источники, монохроматоры и детекторы. Материал, из которого изготовлены оптические детали, не должен поглощать излучение в исследуемой области спектра, т.е. должен быть прозрачным.

Источники излучения

Источником является вольфрамовая лампа накаливания. Светящаяся вольфрамовая спираль испускает свет в широком спектральном интервале 350 – 1000 нм. В УФ области интенсивность лампы накаливания мала, поэтому здесь применяют водородные, дейтериевые, ксеноновые лампы. Это газоразрядные трубки, представляющие собой баллоны из кварца, заполненные газом под высоким (несколько атмосфер) давлением. В результате электроразряда молекулы газа возбуждаются (частично диссоциируют) и возвращаются в исходное состояние, испуская непрерывный спектр.

Для калибровки спектрофотометров и при определении однотипных органических соединений, поглощающих в УФ-области, используют ртутную лампу (кварцевый баллон с парами ртути). Возбужденные атомы ртути испускают линейчатый спектр, в котором преобладает излучение с λ = 254, 302, 334 нм.

Монохроматоры

В фотоэлектроколориметрах для выделения нужной длины волны из непрерывного спектра источника используют светофильтры, а в спектрофотометрах – призмы и дифракционные решетки.

Кюветы

В спектрофотометрии измеряют не абсолютное значение оптической плотности, а разность оптических плотностей исследуемого раствора и раствора сравнения, оптическая плотность которого принята за нуль. Кювету с исследуемым раствором называют рабочей, а с раствором сравнения – кюветой сравнения. Основное требование к кюветам – прозрачность. Для работы в видимой области кюветы изготавливают из стекла, а в ультрафиолетовой – из кварца.

Детекторы

Для приема сигнала в видимой и УФ-областях применяют сурьмяно-цезиевый (180-650 нм) и кислородно-цезиевый (600-1100 нм) фотоэлементы, а также фотоэлектроумножители.