2. Фотометричні методи кількісного визначення речовин

2.1. Метод порівняння

Ґрунтується на порівнянні оптичних густин стандартного та досліджуваного розчинів.

Аліквотну частину досліджуваного розчину переводять в забарвлений розчин і вимірюють оптичну густину А_х. Це ж роблять для одного або двох стандартних розчинів, концентрації яких С₁ і С₂ повинні бути близькими до концентрації досліджуваного розчину. Вимірювання проводять в тих же кюветах. Концентрацію досліджуваного розчину С_х знаходять на основі пропорційності між концентраціями і оптичними густинами:

А_х/А_ст = С_х/С_ст; С_х = С_ст А_х/А_ст

У випадку використання двох стандартних розчинів (необхідно, щоб С₁ < C_x < C₂), концентрацію досліджуваного розчину розраховують за формулою:

= ; С_х = С₁ + (С₂ – С₁)(А_х – А₁)/(А₂ – А₁)

Масу визначуваної речовини в досліджуваному розчині (m_x, мг) обчислюють за формулою:

m_x = С_хV_xV_заг/V₁

де С_х — знайдена концентрація досліджуваного розчину, мг/мл; V_заг — загальний об’єм досліджуваного розчину, мл; V₁ — об’єм досліджуваного розчину (аліквотна частина), взятого для приготування забарвленого розчину, мл; V_х — об’єм забарвленого досліджуваного розчину (місткість мірної колби), мл.

2.2. Метод калібрувального графіка

Готують серію стандартних розчинів (5–8) різних концентрацій, які переводять у забарвлену форму і фотометрують. Інтервал концентрацій вибирають такий, щоб зберігалась лінійна залежність між оптичною густиною і концентрацією (тобто не порушувався основний закон світлопоглинання). Будують графік залежності оптичної густини А від концентрації С. Для аналізу беруть такий об’єм досліджуваного розчину, щоб його оптична густина після проведення реакції з фотометричним реактивом і розбавлення в мірній колбі відповідала приблизно середині калібрувальної кривої. За виміряною величиною А_х з графіка знаходять концентрацію С_х (рис. 3).

Рис. 3. Залежність оптичної густини від концентрації розчину (калібрувальний графік)

Метод використовується переважно при проведенні серійних фотометричних аналізів розчинів, однотипних за хімічним складом.

2.3. Метод добавок

Цей метод є різновидністю методу порівняння. Визначення концентрації розчину методом добавок ґрунтується на порівнянні оптичної густини досліджуваного розчину і цього ж розчину з добавкою відомої кількості визначуваної речовини. Метод добавок переважно використовують для спрощення роботи, для усунення шкідливого впливу сторонніх домішок. Цей метод дозволяє створити однакові умови для фотометрування досліджуваного і стандартного (з добавкою) забарвлених розчинів, тому його доречно використовувати для визначення малих кількостей різноманітних елементів у присутності великих кількостей сторонніх речовин. Добавки слід брати в таких кількостях, щоб зміна оптичної густини не була меншою 0.1. Із пропорційності між концентраціями розчинів і оптичними густинами при постійній товщині шару виходить:

А_х/А_х+д = С_х/(С_х + С_д)

звідки:

С_х = С_дА_х/(А_х+д – А_х),

де А_х і А_х+д — оптичні густини досліджуваного розчину без добавки і з добавкою; С_х і С_д — концентрація досліджуваного розчину і концентрація добавки в забарвленому розчині.

Концентрація добавки в забарвленому розчині С_д зв’язана з концентрацією вихідного розчину добавки С_ст співвідношенням:

С_д = С_стV_д/V_х+д

де V_д — об’єм розчину добавки; V_х+д — об’єм забарвленого досліджуваного розчину з добавкою (місткість мірної колби).

Враховуючи розбавлення досліджуваного розчину і виражаючи концентрацію добавки в ньому С_д через С_ст, знаходять вміст (m_x, мг) визначуваної речовини в розчині:

m_x = V_хА_хС_стV_дV_заг/[(А_х+д – А_х)V₁V_х+д]

де V_х — об’єм забарвленого досліджуваного розчину без добавки, мл; V_д — об’єм розчину добавки, мл; V_заг — загальний об’єм досліджуваного розчину, мл; V₁ — об’єм аліквотної частини досліджуваного розчину, взятої для приготування забарвленого розчину, мл; V_х+д — об’єм забарвленого досліджуваного розчину з добавкою, мл.

Якщо досліджуваний забарвлений розчин і розчин з добавкою готують в однакових мірних колбах, то їх об’єми однакові і поперелнє рівняння можна спростити:

m_x = А_хС_стV_дV_заг/[(А_х+д – А_х)V₁] або m_x = m_дА_хV_заг/[(А_х+д – А_х)V₁]

де m_д — вміст в розчині добавленої речовини, мг.

Визначення невідомої концентрації можна здійснити і графічним способом, тільки в цьому випадку потрібно фотометрувати по черзі три розчини — розчин без добавки і два розчини з різними по величині добавками, через ці три точки провести пряму, продовживши її до перетину з віссю абсцис. Відрізок на осі абсцис від початку координат до точки перетину з продовженням прямої графіка буде виражати невідому концентрацію досліджуваного розчину.