Дифференциальная (разностная) фотометрия

На воспроизводимость результатов фотометрических измерений влияют:

• погрешности приготовления раствора;

• мутность, флуоресценция раствора;

• кюветные погрешности (использование кювет разной толщины, невоспроизводимость положения кювет в кюветодержателе),

• сигнал фона;

• погрешности установки аналитической длины волны;

• погрешность спектрофотометрического измерения, включающая погрешности настройки прибора на 0 и 100% пропускания, нестабильность работы электронной схемы, погрешность отсчёта показаний прибора.

Не любые значения A и T можно измерить с одинаковой воспроизводимостью. Если принять, что Т (но не А) является постоянной величиной во всём интервале значений Т, то зависимость C/C от A при этом будет иметь вид, показанный на рис. 20.13. Математически можно показать, что минимум зависимости C/C от A находится при А = 0,434 (T = 0,368).

Рис. 20.13. Зависимость относительной погрешности фотометрических определений от А (T = 0,5%)

Оптимальный интервал измерения А и Т выбирают с таким расчётом, чтобы на всём его протяжении относительная погрешность измерения оптической плотности не превышала удвоенной минимальной относительной погрешности. Для условий, описанных выше, оптимальный интервал оптической плотности равен примерно 0,1-1,0. На самом деле погрешность отсчёта, например, у приборов с цифровой индикацией обычно не является основным фактором, вносящим вклад в общую воспроизводимость измерения A и Т. Значение A_опт зависит от условий измерения и для большинства используемых спектрофотометров составляет 0,5-0,8, а рабочий интервал измерения распространяется от 0,2 до 1,7. При работе на фотоэлектроколориметре диапазон рабочих значений оптической плотности сужается до 0,1-0,7.

При измерении слишком малых или слишком больших значений оптической плотности или пропускания погрешность измерения значительно увеличивается. В спектрофотометрическом методе анализа существует целый ряд приёмов, которые были разработаны специально для того, чтобы расширить диапазон определяемых концентраций и уменьшить погрешности измерения слишком малых или слишком больших величин Т и А. Эти приёмы спектрофотометрического анализа получили название дифференциальной («разностной») спектрофотометрии. Известно 3 разновидности дифференциальной фотометрии:

Зависимость между концентрацией вещества в анализируемом растворе и наблюдаемой оптической плотностью в методе отношения пропусканий описывается формулой

В методе анализа следов и методе предельной точности наблюдаемая величина оптической плотности нелинейно зависит от концентрации определяемого вещества, поэтому определение концентрации проводится только методом градуировочного графика.

Многоволновая спектрофотометрия (метод Фирордта)

Данный приём спектрофотометрического анализа используется в том случае, если в растворе присутствуют несколько поглощающих веществ. В основе метода Фирордта лежит закон аддитивности оптических плотностей. Пусть в растворе присутствуют два компонента. Оптическая плотность этого раствора при длине волны ₁ равна , а при длине волны ₂ - . Составим систему из двух уравнений:

где  - молярные коэффициенты поглощения данных веществ при данных длинах волн (которые определяются заранее для растворов индивидуальных веществ).

Если решить данную систему уравнений, то можно найти неизвестные концентрации C₁ и С₂.

Если в растворе присутствуют не два, а n поглощающих веществ, то для расчёта их концентраций необходимо иметь не менее n-уравнений, для чего требуется измерять оптическую плотность не менее, чем при n-длинах волн. Для обработки полученных сложных систем уравнений существуют специальные математические приёмы.

Метод Фирордта может быть использован лишь в том случае, если поглощение всех веществ, входящих в состав смеси, а также смеси в целом подчиняется основному закону светопоглощения.