1.2.2 Метод селективного поглинання

Кількісний аналіз зі світлопоглинанням поділяють на фотометрію і спектрофотометрію.

Фотометрія - метод аналізу, в основі якого лежить вимірювання поглинання поліхроматичного випромінювання видимої частини спектру

Спектрофотометрія - аналіз з використанням монохроматичного випромінювання видимої, ультрафіолетової та інфрачервоної ділянок спектру.

Спектрофотометричний метод є точнішим у порівнянні з фотометрич­ним у зв'язку з використанням монохроматичного пучка світла.

Фотометричний метод аналізу базується на зміні якісних і кількісних характеристик світлового потоку при проходженні його через робочі і стандартні розчини.

Стандартні розчини ─ це розчини, по відношенню до яких визначаєть­ся оптична густина досліджуваного розчину.

Робочі розчини ─досліджувані розчини.

Фотометрія заснована на поглинанні світла розчинами зафарбованих з'єднань.

При цьому методі необхідно вибрати реагент, який створює з речовиною-визначником зафарбовані з'єднання, які визначаються на фотометрі.

При цьому необхідно [10]:

• задання правильної хімічної реакції при визначенні реагента;

• якісно визначити інтенсивність зафарбування розчину.

Теоретичні положення фотометрії полягають в наступному .

При проходженні світла через шар зафарбованої речовини (рис. 9.2) частина його відбивається, частина поглинається, частина проходить через шар речовини. Інтенсивність падаючо­го світлового потоку при проходженні через поглинальний розчин розкладається на складові:

Рис. 1.2. Проходження світла через шар зафарбованої речовини

І₀=І+І_відб+І_погл (1.2)

де І₀ ─ інтенсивність подаючого світлового потоку;

І ─ інтенсивність світлового потоку , що пройшов через поглинаючий розчин;

І_відб ─ інтенсивність відбитої частини світлового потоку;

Іпогл ─ інтенсивність поглинутого світла. При порівняльних вимірах поглинання світла розчинами користуються однаковими кюветами,

для яких І відбитої (І_відб) частини світлового потоку постійна і мала (І_відб=0). Послаблення світла відбувається за рахунок поглинання (абсорбції) світлової енергії і І_погл зафарбованим розчином. Зв'язок між концент­рацією поглинаючого розчину і оптичною густиною видно з закона Бера:

D = lg (І₀/І) , (1.3)

де D─ оптична густина.

Згідно закону оптична густина розчину пропорційна концентрації розчиненої речовини при постійній величині шару:

lg (І₀/І)=K₁ C , (1.4)

де K₁─ коефіцієнт пропорційності;

С─ концентрація розчиненої речовини.

Залежність інтенсивності монохроматичного світлового потоку, який пройшов через шар зафарбованого розчину, від інтенсивності па­даючого потока світла, концентрації зафарбованої речовини і товщини шару розчину визначається законом Бугера-Ламберта-Бера :

І=І₀ •10^-εlc

(1.5)

де ε ─ коефіцієнт світлопоглинання, який залежить від природи розчи­неної речовини, температури, розчинника, довжини хвилі світла;

l ─ товщина поглинаючого шару, см;

с ─ концентрація зафарбованої речовини, моль/л.

При виконанні основного закону світлопоглинання оптична густина розчина прямо пропорційна молярному коефіцієнту світлопоглинання ε, кон­центрації поглинаючої речовини С і товщині шару розчина l (рис. 1.3).

А= εlC (1.6)

Молярний коефіцієнт світлопоглинання ε

Концентрація розчину С

Товщина шару розчину l

Рис. 1.3. Залежність оптичної густини розчину від молярного коефіцієнта світопоглининня ε , концентрації розчину С, товщина шару розчину l.

Молярний коефіцієнт поглинання є мірою поглинальної здатності речовини при даній довжині хвилі. Величина його залежить від її природи. Для різних забарвлених сполук значення ε коливається в межах від одиниць до сотень тисяч. Чим більша величина молярного коефіцієнта поглинання, тим вища чутливість фотометричної реакції.

Для одержання спектральної характеристики забарвленого розчину користуються спектром поглинання /кривою світлопоглинання/, що графічною залежністюε або А від довжини хвилі. (рис.1.4)

Рис.1.4. Електронний спектр поглинання забарвленої сполуки в розчині

Спектри поглинання дозволяють .вибрати оптимальну довжину хвилі для аналітичного визначення. Найбільша чутливість визчення завжди буде відповідати максимальному світло поглинанню.

Для підвищення чутливості вимірювання оптичної густини застосовують світлофільтри, які вибирають, виходячи із спектру поглинання речовини так, щоб спектральна ділянка максимального поглинання променів забарвленим розчином і спектральна ділянка максимального пропускання світлофільтром співпадали. (рис. 1.5)

Рис. 1.5 Крива поглинання забарвленим розчином і відповідного йому світлофільтру

Якщо невідома спектральна характеристика аналізуючого розчину, тоді світлофільтр вибирають за додатковим кольором до забарвленого розчину / табл. 1.2/.

Світлофільтр можна підібрати також дослідним шляхом. Для цього вимірюють оптичну густину забарвленого розчину з усіма наявними світлофільтрами у приладі. Світлофільтр, при якому досягнута максимальна величина оптичної густини, є найкращим для фотометрування даного розчину. Використовуючи лінійну залежність оптичної густини розчину від концентрації, фотометричний метод аналізу можна використовувати для кількісного, визначення багатьох неорганічних та - органічних речовин.

Таблиця 1.2.