Фотометрические методы анализа

Все вещества, поглощающие электромагнитное излучение, вещества поглощающие излучение видимого спектра характеризуются собственной окраской. Фотометрический метод основан на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через вещество или его раствор. В зависимости от длинны волны, ширина полосы излучения и способы измерения интенсивности светового потока, различают следующие фотометрические методы:

1) Колорометрия – основан на визуальном сравнении интенсивности окраски анализируемого раствора и интенсивности окраски раствора того же вещества известной концентрации (стандартный раствор). Субъективность визуальных восприятий световых оттенков или интенсивность окраски является недостатком.

2) Фотоэлектроколоримететрия – основан на измерении интенсивности света в видимой части спектра. Для монохромотизации света применяют светофильтры.

3) Спектрофотометрия – основан на применении монохроматического света как в видимой так и в ультрафиолетовыми инфра красной областях света. Для монохроматизации света применяют дифракционные решётки и призмы.

2 и 3 методы являются объективными, для оценки интенсивности световых потоков применяются фотоэлементы.

Светопоглощение (оптическую плотность, абсорбцию) Вычисляют по формуле:

A=lg I₀/I_t

I₀ – интенсивность входящего светового потока.

I_t – интенсивность прошедшего светового потока.

Оптическая плотность зависит от толщины светопоглощающего слоя, от концентрации растворённого светопоглощающего вещества.

Закон Бера справедлив, если при изменении концентрации вещества не происходит его диссоциация, гидролиз комплексообразование и другие реакции.

При концентрации раствора выраженной в моль на литр и длинна в см коэффициент пропускания К называют молярным коэффициентом светопоглощения e.

Физический смысл e: оптическая плотность 1 моль\литр раствора измеренная в кювете длинной 1 см.

Закон Бугера-Ламберта-Бера: оптическая плотность раствора прямопропорцианальна концентрации светопоглощающего вещества, толщине слоя раствора и молярному коэффициенту светопоглощения.

E – постоянная величина для конкретного вещества не зависит от концентрации длинны и интенсивности входящего светового потока, но зависит от длинны волны. Графическая зависимость оптической плотности A раствора от длинны волны света называют спектром поглащения.

Оптическую плотность раствора измеряют фотоэлектроколориметрами (ФЭК). И спектрофотометрами.

Принцип работы ФЭК заключается в том, что световой поток прошедший через кювету с раствором попадает на фотоэлемент который преобразует энергию света в электрическую энергию измеряемую микроамперметром.

Работа ФЭК: диафрагму регулируют так, чтобы стрелка микроамперметра отклонялась на всю шкалу до деления 100 (кювета с чистым растворителем). Не изменяя отверстия диафрагмы помещают кювету с анализируемым окрашенным раствором, при этом стрелка микроамперметра показывает светопропускание (Т, %), который перещитывают на оптическую плотность.

A=-lg T

Для измерения светопоглощения выбирают такую длину волны, при которой возможен минимальный предел обнаружения.

ФЭКи снабжены специальной кассетой со светофильтрами, применяемый светофильтр должен пропускать лучи такой длинны, которая поглащается анализируемым раствором.

Оптическая плотность А анализируемого вещества можно измерить последовательно при всех светофильтрах и выбрать тот, при котором оптическая плотность наибольшая.

Аналитические задачи решаемые фотометрическими методами:

1) Определения, основанные на собственном светопоглощении веществ (определение кофеина в чае).

2) Определение связанные с образованием интенсивно окрашенных продуктов при добавлении бесцветного реактива к бесцветному раствору определяемого вещества (определение белков, нитритов).

3) Определения основанные на измерении интенсивности окраски избытка окрашенного реактива (определение сахаров по избытку дихромата калия).

Рисунок….

Спектрофотометрия основана на тех же законах светопоглащения, что и фотоэлектроколярометрия. Возможность проводить измерения оптической плотности как видимой так и ближней УФ и ИК света. Точные результаты получаются когда оптическая плотность примерно равна 0.4, а если ОП 0.8 и больше то применяют кюветы с меньшей длинной, если ОП 0.1 то используют кюветы с большей длинной.

Фотонефелометрический анализ и турбодиметрия. Основаны на иследовании свойств мутных растворов. В них применяются одни и теже реакции различие состоит в том, что в 1 измеряют интенсивность света рассеяного твёрдыми частицами суспензий, а во 2 интенсивность света прошедшего через суспензию. При пропускании света через суспензию часть его лучей поглащается другая часть рассеивается. интенсивность рассеяного света подчиняеься уравнению Релея. Интенсивность рассеяного света пропорцианальна концентрации анализируемого раствора. Основная погрешность – трудновоспроизводимый объём взвешанных частиц и изменения этой величины во времени. Для получения вопроизводимых результатов надо строго выполнять условия эксперимента как при приготовлениии стандартных растворов так и непосредственно при количественных определениях, для стабилизации суспензий в анализируемый раствор вводят защитные колойды крахмал, желатин. 1 метод предназначен для измерения малых концентраций, при значительном содержании вещества в растворе образуются большие объёмы твёрдой фазы такие системы не устойчивы и быстро коагулируют. Для получения суспензий в разбавленных растворах применяются реакции образования малорастворимых осадков (хлориды можно определеить). Размеры частиц и свойства суспензий зависят от многих факторов: концентрация определяемого компанента, температура, время прошедшее от смешивания растворов до измерения ИР, присутствие постороних веществ, порядок смешивания растворов.

Схема фотонефилометра.

Во многом аналогичен фотоанализу, где так же измеряют интенсивность света прошедшего через кювету с анализируемым веществом.