Використання фотометрії

Фотометричні методи - найпоширеніші інструментальні методи аналізу , оскільки розроблені для багатьох неорганічних катіонів та аніонів і численних органічних сполук. Дають змогу визначати концентрацію речовини до 10^-6 моль/л.

З метою збільшення чутливості та селективності аналізу , а також визначення малих кількостей речовин в присутності домішок, використовують екстракційно – фотометричний метод, який , крім сказаного вище, дає змогу визначити і малорозчинні у воді продукти фотометричної реакції, що добре розчиняються в органічному розчиннику, йони Сu²⁺ переводять в аміачний комплекс ( чутливість - 0,08 мг/мл); визначення у вигляді комплексу з діетилдитіокарбамінатом натрію і подальшою екстракцією його ССІ₄ дозволяє підвищити чутливість до 0,02мкг/мл.

Екстракція іноді забезпечує стійкість комплексів, зокрема, [Co(SCN)₆]^4- у воді руйнується, тоді як в ізобутиловому спирті стійкий ( комплекс має волошкове забарвлення).

Фотометричний метод широко вживаний метод кількісного аналізу завдяки доступності, низькій вартості, широкому спектру фотометричних реагентів, які забезпечують достатню вибірковість.

Нефелометрія і турбідиметрія

Це методи, які ґрунтуються на вимірювання інтенсивності розсіяного світла , яка пропорційна концентрації розсіюючих часток у суспензії чи емульсії.

І₀ І_{р турбідиметрія}

І_{р нефелометрія}

Рис. 2.4. Принципова схема нефелометричних і турбідиметричних досліджень.

Для вимірювання концентрації суспензії, її вміст не повинен бути більшим 80-100мг/л; суспензія повинна бути стійкою впродовж часу вимірювання інтенсивності розсіяного світла ( в окремих випадках для забезпечення її стійкості додають крохмаль або желатин).

В турбідиметрії для вимірювання інтенсивності світла, що пройшло через шар суспензії під кутом 180⁰, використовують фотоелектроколориметри, спектрофотометри, турбідиметри. Залежність каламутності розчину Д (аналогічна оптичній густині розчину) від концентрації суспензії і довжини кювети описується законом Бугера-Ламберта-Бера

Д = klC. (2.7)

Інтенсивність світлового потоку І_р, розсіяного під кутом 90⁰ часточками суспензії, фіксують за допомогою нефелометра чи флуорометра. Вона пропорційна концентрації зависі: І_р= kC . (2.8)

Нефелометричним і турбідиметричним методами визначають:

• каламутність природних і стічних вод;

• вміст токсикантів за активністю дріжджів ( за сприятливих умов дріжджі, розмножуючись, викликають збільшення каламутності води ; в присутності токсичних речовин інтенсивність розмноження зменшується , зменшується і каламутність розчину);

• концентрацію катіонів та аніонів, які попередньо переводять у малорозчинні сполуки:

СІ^- АgCI ;

SO₄^2- ВаSO₄ ;

Ca²⁺ Ca₃(PO₄)₂ .

Люмінесцентний метод аналізу

Люмінесценція – це випромінювання світлової енергії молекулами чи йонами без нагрівання внаслідок попереднього збудження. За тривалістю світіння люмінесценцію поділяють на :

• флуоресценцію , яка триває 10^-8-10^-9с;

• фосфоресценцію, яка може тривати до декількох годин.

За типом збудження люмінесценції її поділяють на :

• фотолюмінесценцію – збудження під впливом ультрафіолетового випромінювання та видимого світла;

• катодолюмінесценцію – збудження катодними променями (потоком електронів) ;

• хемілюмінесценцію – світіння внаслідок проходження екзотермічної реакції.

Основні характеристики і закони фотолюмінесценції

• Енергетичний вихід В_е - відношення енергії люмінесценції Е_л до енергії збудження Е_з;

. (2.9)

• Квантовий вихід - відношення кількості квантів люмінесцентного випромінювання до кількості квантів збуджуючого випромінювання :

. (2.10)

Правило Стокса. Енергія квантів світла, що виділяються при люмінесценції, менша ніж енергія квантів збуджуючого випромінювання; довжина хвилі люмінесценції більша довжини хвилі збуджуючого випромінювання.

Рис. 2.5 Спектри збуджуючого випромінювання (а) і люмінесценції (б)

Спектр люмінесценції завжди зміщений в сторону більших довжин хвиль порівняно зі спектром збудження.

Правило Лєвшина. Для багатьох сполук спектр збудження і спектр люмінесценції взаємосиметричні. Відстань між максимумами називається стоксовим зміщенням. Чим воно більше, тим менше перекривання спектрів і більша точність аналізу.

Останнім часом люмінесцентний аналіз витісняє фотометричні методи , оскільки метод має більшу вибірковість, адже більше речовин поглинає світло, ніж випромінює його. Цим методом можна визначити:

• концентрацію речовин , які мають власну флуоресценцію;

• речовини, які не люмінесціюють, але зменшують люмінесценцію (інгібітори) або посилюють її ( активатори) .

I_л = k с , (2.11)

де I_л – інтенсивність люмінесценції;

k – коефіцієнт люмінесценції;

с – концентрація люмінесціюючої речовини, моль/л.

Лінійна залежність інтенсивності люмінесценції від концентрації спостерігається за I_л ≤ 10^-2 ; С = 10^-3 – 10^-4 моль/л.

і зростання концентрації спостерігається концентраційне гасіння люмінесценції, за підвищення температури – температурне гасіння. На інтенсивність люмінесценції впливають і домішки , які можуть або підвищувати інтенсивність люмінесценції або знижувати її. Для проведення люмінесцентного аналізу використовують прилади, які мають назву флуориметри.