Глава 8. Оптичні методи аналізу

8.1. Абсорбційні методи аналізу

8.1.1. Теоретичні основи

Оптичний діапазон електромагнітних (світлових) хвиль поділяють на три області:

1. ультрафіолетову (УФ) – 100…380 нм;

2. видиму – 380…760 нм;

3. інфрачервону (ІЧ) – 760…..10000 нм.

Абсорбційні методи аналізу основані на вимірюванні поглинання речовиною світлового випромінювання. До них відносяться:

• атомно-абсорбційний аналіз (спектрофотометрія полум'я);

• молекулярно-абсорбційний аналіз ( фотометрія, спектрофотометрія);

При проходженні крізь кювету з розчином (рис 5.) монохроматичного світла (монохроматичне світло — електромагнітне випромінювання певної довжини хвилі) інтенсивністю І₀ виникає її послаблення: частина світлового пучка відбивається на межі скло-повітря і скло-розчин (І_від); частина розсіюється зваженими частками, що присутні в розчині (І_p); головним же чином, світло послаблюється за рахунок поглинання (абсорбції) світлової енергії (І_a) розчином.

Інтенсивність світлового пучка, що виходить з кювети І < І₀. Таким чином, справедливий вираз:

І₀ = І_a + І_від + І_p + І

Рис. 5.

При певних умовах аналізу інтенсивність відбитої частини світлового потоку постійна і мала, тому можна знехтувати нею. Тоді, можна вважати, що

І₀ = І_a + І

Інтенсивність падаючого світлового потоку (І₀) та потоку, що пройшов крізь розчин (І) можна виміряти.

Відношення (І/І₀) називають пропусканням (Т). Воно показує, яка частина світла поглинається. Пропускання часто виражають у відсотках. Для абсолютно прозорих розчинів Т=100%, для абсолютно непрозорих розчинів Т=0.

Величину (lg І₀ /І) називають оптичною густиною розчину (А або D):

А = lg І₀/І

Цю ж величину також називають абсорбційністю або екстінкцією (Е)

Для абсолютно прозорого розчину А=0, для абсолютно непрозорого розчину А → ∞ .

Оптична густина та пропускання зв'язані між собою співвідношеннями:

Основний закон світлопоглинання (закон Бугера - Ламберта-Бера)

Чим більше частинок зустрінеться на шляху світлового потоку, тим більше світла поглинається.

Оптична густина розчину прямо пропорційна концентрації розчину і товщині поглинаючого шару розчину:

А=εbс

с – концентрація розчину, моль/дм³

b– довжина оптичного шляху (товщина шару розчину) , см;

ε- молярний показник світлопоглинання, дм³/ моль  см

Дану залежність називають основним законом світлопоглинання, або законом Бугера-Ламберта-Бера .

У випадку, коли с- масооб'ємна концентрація, формула набуває вигляду:

А= b с

- питомий показник світлопоглинання, тобто оптична густина розчину речовини з концентрацією 10 г/дм³ у кюветі з товщиною шару 1 см

Закон Бугера- Ламберта-Бера часто представляють в експоненціальній формі:

I=I₀10^-bC

Закон справедливий для всіх областей електромагнітних випромінювань від рентгенівського до радіохвиль.

Молекулярно-абсорбційні методи аналізу

В залежності від діапазону електромагнітного випромінювання молекулярно-абсорбційні методи аналізу поділяють на 2 групи:

Колориметрія

(візуальний аналіз)

Фотометрія,

спектрофотометрія

Аналіз оснований на поглинанні немонохроматичного світла у видимій частині спектру (об'єкт аналізу: речовини, що мають власне забарвлення або їх переводять у забарвлений стан за допомогою хімічних реакцій)

Аналіз, оснований на вибірковому поглинанні монохроматичного світла у ділянках спектру:

УФ- спектрометрія

Видимій – фотометрія

ІЧ - спектрометрія