Визуальная колориметрия

Классификация методов молекулярного абсорбционного анализа

Закон аддитивности светопоглощения

Если в растворе находится смесь светопоглощающих веществ, то соблюдается закон аддитивности светопоглощения:

Оптическая плотность смеси веществ равна сумме оптических плотностей компонентов (А _смеси = Σ А_i).

Это справедливо, если:

§ каждый компонент смеси подчиняется закону Бугера – Ламберта – Бера;

§ между компонентами смеси отсутствует химическое взаимодействие.

В зависимости от области оптического диапазона, способа измерения и монохроматичности используемого света различают следующие методы молекулярного абсорбционного анализа.

1. Фотометрические методы – основаны на поглощении света веществом в УФ и видимой областях и использовании электронных СП. Включают в себя три метода:

§ Визуальная колориметрия – основана на сравнении окраски анализируемых и стандартных растворов визуальным способом;

§ Фотоколориметрия – основана на измерении интенсивности света, прошедшего через окрашенный раствор, фотоэлектрическим способом;

§ Спектрофотометрия – основана на измерении интенсивности строго монохроматического света, прошедшего через раствор, фотоэлектрическим способом.

2. ИК-спектроскопия – основана на поглощении света веществом в ИК-области и использовании колебательных СП.

Общие черты и различия фотометрических методов представлены в табл.6.

Таблица 6

Фотометрические метды анализа

Метод	Визуальная колориметрия	Фотоколориметрия	Спектрофотометрия
Тип прибора	нет или визуальный колориметр	фотоколориметр	спектрофотометр
Рабочая область	vis	vis	УФ, vis, ИК (ближняя)

Окончание табл.6

Метод	Визуальная колориметрия	Фотоколориметрия	Спектрофотометрия
Монохроматизатор	нет	светофильтры, дифракционные решётки	призмы, дифракционные решётки
Приёмник света	глаз	фотоэлемент	фотоэлемент

Аналитические возможности и метрологические
характеристики фотометрических методов анализа

Метрологические характеристики:

§ Высокая чувствительность. Предел определения составляет 10^–4% или С _min = 10^–6–10^–7 моль/л. Чувствительность метода увеличивается при увеличении молярного коэффициента поглощения ε, степени монохроматичности используемого света, а также при измерениях в области λ_max.

§ Высокая точность. Составляет 3–5%, иногда до 1–2% и даже до 0,5–1%. При этом точность спектрофотометрического метода выше, чем фотоколориметрического, за счёт использования строго монохроматического света.

§ Высокая селективность.

§ Хорошая воспроизводимость результатов.

§ Простота выполнения, простота оборудования (кроме спектрофотометрии).

Аналитические возможности:

§ Для качественного анализа методы используются редко из-за большой ширины полос поглощения в УФ- и vis-областях.

§ Для количественного анализа методы используются очень широко. Можно анализировать вещества, которые поглощают свет в оптическом диапазоне или образуют продукты, способные поглощать свет в этом же диапазоне. К таким веществам относится огромное количество неорганических и органических веществ и их смесей. Например, фотометрические методы позволяют проводить анализ руд, минералов, природных объектов, используются для контроля технологических процессов в электронной и химической промышленности, для контроля загрязнений окружающей среды, решения экологических проблем.

Аналитические возможности и метрологические
характеристики ИК-спектроскопии

Метрологические характеристики.

§ Низкая чувствительность. Связана с низкими значениями молярного коэффициента поглощения ε многих веществ в ИК-области. Предел определения составляет 0,1–10 %.

§ Низкая точность.

§ Высокая селективность.

§ Сложность выполнения, сложность оборудования.

Аналитические возможности.

§ Для качественного анализа метод используется очень широко. ИК-спектроскопия – это надёжный и однозначный метод идентификации веществ («отпечатки пальцев»).

§ Для количественного анализа метод используется редко. Определение основано на законе Бугера – Ламберта – Бера, но очень часто наблюдаются отклонения от него. Применяют метод градуировочного графика. В основном анализируют органические вещества и неводные растворы. Гораздо реже проводят анализ неорганических веществ и водных растворов, поскольку вода сильно поглощает в ИК-области. Кроме того, кюветы из KBr, NaCl и т. п. материалов растворяются в воде. Примером определения неорганических веществ методом ИК-спектроскопии может служить определение кварца в угольной пыли и определение асбеста в воздухе.

Таким образом, ИК-спектроскопия как метод количественного анализа имеет множество недостатков и ограничений. В то же время как метод исследования ИК-спектроскопия является одним из основных методов установления структуры веществ.

Визуальную колориметрию в анализе впервые применил К. Гейне в 1845 г.

Метод визуальной колориметрии основан на визуальном сравнении окраски растворов. Метод применяют:

§ для проведения оценочных анализов. Например, при определении гемоглобина в крови важна не абсолютная цифра, а попадание результата в требуемый интервал значений 115–145 г/л.

§ для проведения анализа в полевых условиях.

Человеческий глаз может точно установить только равенство световых потоков. Из закона Бугера – Ламберта – Бера видно, что световые потоки можно уравнять тремя способами: изменяя I _о, С или l:

В связи с этим различают три группы методов визуальной колориметрии.

1. Методы, основанные на изменении I _освета, падающего на анализируемый и холостой растворы: метод диафрагмирования.

2. Методы, основанные на изменении С: метод стандартных серий (шкалы), метод дублирования (колориметрического титрования), метод разбавления.

3. Методы, основанные на изменении l: метод уравнивания.

Основные этапы и выбор условий фотометрического
определения

При проведении анализа с использованием фотометрических методов предварительно необходимо выбрать оптимальные условия определения.

1. Длина волны λ или светофильтр. Экспериментально находят λ_max (область наибольшего поглощения) (рис. 48).

Рис. 48. Определение λ_max.

2. Толщина кюветы l. Толщина кюветы должна быть такой, чтобы измеренное значение светопоглощения входило в оптимальный интервал или было близко к оптимальному значению светопоглощения:

Δ А _оптим = 0,1¸0,7,

А _оптим = 0,434.

При этом погрешность измерения А минимальна (рис. 49).

Рис. 49. Зависимость погрешности определения от величины светополощения.

3. Область концентраций, в которой зависимость А = f(С) линейна.

Основные этапы проведения фотометрического анализа:

§ Перевод пробы в раствор, отделение мешающих компонентов.

§ Проведение фотометрической реакции, если ε < 10³.

Фотометрическая реакция – это реакция, которая приводит к появлению или изменению окраски раствора.

Например, при фотометрическом определении неорганических веществ чаще всего используются фотометрические реакции комплексообразования с неорганическими и, особенно, органическими реагентами. При фотометрическом определении органических веществ преимущественно используются реакции синтеза интенсивно окрашенных соединений – азосоединений, полиметиновых и хинонилиновых красителей и т. д.

§ Измерение светопоглощения.

§ Расчёт результатов анализа.