1 Теоретическая часть

1. 1 Теоретические основы фотоколориметрического метрического метода анализа

Фотоколориметрический метод анализа является разновидностью молекулярно – абсорбционного метода анализа.

Молекулярно – абсорбционные методы основаны на измерении поглощения молекулами (или ионами) веществ электромагнитного излучения оптического диапазона.

В зависимости от области опти­ческого диапазона, способа измерений, ширины полосы измеряе­мого излучения различают следующие молекулярно-абсорбционные методы: колориметрию – сравнение окраски анализируемого и стандартного раствора вещества визуальным способом;фотоколо­риметрию– измерение интенсивности светового потока, прошед­шего через раствор вещества (или вещества в твердой или газовой фазе) фотоэлектрическим способом;спектрофотометрию– изме­рение интенсивности монохроматического (определенной длины волны) светового потока, прошедшего через раствор вещества, фотоэлектрическими способами. В зависимости от длины волны различаютспектрофотометрию вультрафиолетовой (УФ), види­мой (В) и инфракрасной (ИК) области спектра.

Фотометрическому определению подвергают вещества, кото­рые обладают функциональными группами, поглощающими в той или иной области спектра. Если же вещества не имеют хромофор­ных групп, то в этом случае проводят химическую реакцию, в ре­зультате которой получают окрашенный продукт, подвергающийся фотометрическому определению. Такие реакции называют фотометрическими. Если продукт реакции растворим в воде, фотометрируют водные растворы. В случае хорошей растворимости в воде (и для целей очистки от примесей) применяют экстракционно-фотометрический анализ. Определяемое вещество или его комплекс экстрагируют подходящим органическим растворителем и затем полученный раствор фотометрируют.

Суть фотоколориметрии заключается в том, что любое вещество способно поглощать электромагнитное излуче­ние определенной длины волны в одной из областей спектра. Ра­створы веществ, поглощающих в одном из участков видимой об­ласти спектра, окрашены. Длина волны погло­щаемого цвета у различных веществ отличается и зависит от их структуры. Это создает дополнительные возможности для их обна­ружения.

Второй важной характеристикой растворов цветных веществ является количество поглощённого светового излучения, которое зависит от количества вещества в растворе. Если, например, каж­дая молекула вещества поглощает квант света, очевидно, коли­чество поглощенных квантов зависит от количества молекул. Поглощенное световое излучение оценивают относительной вели­чиной – поглощением А (оптической плотностью), представляю­щем собой логарифм отношения интенсивностей световых потоков входящего (Io) в кювету с раствором вещества и выходящего (Ib) из нее. Употребляют и другую величину – пропускание, или фак­тор пропускания (T):

; (1)

(2)

1. 2 Основной закон светопоглощения

П. Бугер (1729г.) и И. Ламберт (1760 г.) установили взаимосвязь поглощения с толщиной слоя раствора. А. Бер (1852 г.) выявил зависимость поглощения от концентрации вещества. Ука­занные зависимости легли в основу закона светопоглощения, назван­ного законом Бугера – Ламберта – Бера: «Интенсивность по­глощения света растворами вещества пропорциональна их кон­центрации и толщине поглощающего слоя_». Или «Растворы одного и того же окрашенного вещества при одинаковой концентрации вещества и толщине слоя раствора поглощают равное количество световой энергии (светопоглощение таких растворов одинаковое)». Математическое выражение этого закона следующее:

I_b = I_о ·10 ^{–ε с l}, (3)

где ε– коэффициент поглощения, л^.моль^{-1 .}см^-1;

l– толщина слоя раствора, см;

c– концентрация вещества, моль/л.

Удобнее выражать этот закон в таком виде:

А =ε ^. b^. С

Молярный коэффициент поглощения (ε) – представляет собой оптическую плотность раствора с концентрацией вещества 1 моль/л при толщине слоя 1см.

Закон Бугера – Ламберта – Бера справедлив только для строго монохроматиче­ского излучения. При графическом выражении зави­симость поглощения от концентрации (при прочих постоянных условиях) имеет вид прямой линии, выходящей из начала осей координат (рисунок 1a). В случае отклонений прямолинейная зависимость искажается. Поэтому одной из причин отклонения от линейной зависимости оптической плотности растворов от концентрации является недостаточная монохроматичность светового потока.

Другой причиной отклонения от закона Бугера – Ламберта – Бера является изменение состояния поглощающего веществав растворе.

b

a

c

Рисунок 1– Отклонения от закона Бугера –Ламберта–Бера

Некоторые окрашенные вещества при разбавлении или действия посторонних веществ разрушаются с образованием бесцветных продуктов взаимодействия. При этом может образовываться осадок и раствор обесцвечивается.

Вследствие этого наблюдается нарушение линейной зависимости между Aи С в положительную (рисунок 1b) или в отрицательную (рисунок 1с) сторону. Фотометрическое определение компонентов следует проводить при условиях, обеспечивающих полноту образования поглощающего (окрашенного) соединения в растворе, отсутствие (или минимизация) отклонения от основного закона светопоглощения, способствует наибольшей точности и чувствительности анализа.

Для измерения светопоглощения исследуемого раствора выбирают длину волны светового потока, соответствующую максимуму поглощения.

Д

A

ля этого измеряют оптическую плотность раствора при разных длинах волны и строят график зависимостиA= f () – спектр поглощения (рисунок 2).

Рисунок 2 – Зависимость оптической плотности от длины волны

Работа в области максимума поглощения обеспечивает наибольшую чувствительность и точность определения.