7.2. Фотометрический метод анализа

Фотометрический анализ относится к абсорбционным методам, т. е. основан на измерении поглощения света веществом. Он включает спектрофотометрию, фотоколориметрию и визуальную фотометрию, которую обычно называют колориметрией.

В большинстве случаев при фотометрических определениях определяемый компонент с помощью химической реакции в растворе переводят в соединение, поглощающее электромагнитное излучение, затем измеряют его оптическую плотность (абсорбционность). Каждое вещество поглощает излучение с определенными, характерными только для него длинами волн, и на этом основан качественный анализ по светопоглощению. Основными оптическими характеристиками растворов окрашенных соединений в фотометрии являются интенсивность окраски и цвет раствора.

Основой количественного анализа в фотометрии является закон Бугера – Ламберта – Бера, заключающийся в следующем: оптическая плотность (абсорбционность) растворов при прочих разных условиях прямо пропорциональна концентрации вещества и толщине поглощающего слоя:

А = ε l c, (7.1)

где А – оптическая плотность (А = –lg (I : I₀) = –lg T);

I₀, I – интенсивность потока света, направленного на поглощающий раствор и прошедшего через него, соответственно;

с– концентрация вещества, моль/л;

l– толщина светопоглощающего слоя;

ε – молярный коэффициент светопоглощения;

T– коэффициент пропускания.

Для определения концентрации анализируемого вещества наиболее часто используют следующие методы:

·молярного коэффициента светопоглощения;

·градуировочного графика;

·добавок;

·дифференциальной фотометрии;

·фотометрического титрования.

Метод молярного коэффициента поглощения. С помощью этого метода определяют оптическую плотность нескольких стандартных растворов (А_ст). Для каждого раствора рассчитывают коэффициент поглощения (k = А_ст : (lс_ст)) и полученное значение усредняют. Затем измеряют оптическую плотность анализируемого раствора (А_х) и рассчитывают концентрацию (с_х) по формуле

с_х = А_х : (kl). (7.2)

При методе градуировочного графика готовят серию разведений стандартного раствора, измеряют их поглощение, строят график в координатах А_ст – с_ст. Затем измеряют поглощение анализируемого раствора и по графику определяют его концентрацию.

Метод добавок применяют при анализе растворов сложного состава, так как он позволяет автоматически учесть влияние «третьих» компонентов. Сначала определяют оптическую плотность анализируемого раствора (А_х), содержащего определяемый компонент неизвестной концентрации (с_х), а затем в анализируемый раствор добавляют известное количество определяемого компонента (с_ст) и вновь измеряют оптическую плотность (А_х+ст):

с_х = с_ст А_х : (А_х+ст – А_х). (7.3)

Метод дифференциальной фотометрии. В дифференциальной фотометрии второй луч света проходит не через растворитель, а через окрашенный раствор известной концентрации, так называемый раствор сравнения. Затем строят график зависимости оптической плотности раствора от длины волны падающего света.

Фотометрическим методом можно определять также компоненты смеси двух и более веществ. Эти определения основаны на свойстве аддитивности оптической плотности:

А_см = А₁ + А₂ + …+ А_n, (7.4)

где А_см – оптическая плотность смеси;

А₁, А₂, А_n – оптические плотности для различных компонентов смеси.

На образование окрашенных соединений влияют прочность комплексных соединений, посторонние комплексообразующие ионы, концентрация водородных ионов, реагенты с индикаторными свойствами, образование окрашенных комплексов с посторонними ионами.

В фотометрическом анализе широко используется экстракция из водного раствора в органический растворитель. Такие методы называются экстракционно-фотометрическими. Окрашенные соединения экстрагируют в следующих случаях:

·для уменьшения диссоциации комплексного соединения;

·для концентрирования окрашенного комплекса;

·для концентрирования окрашенного соединения с целью повышения чувствительности определения.

Фотометрические методы анализа применяются для контроля разнообразных производственных процессов. Эти методы могут быть применены для анализа больших и малых содержаний, но особенно ценной их особенностью является возможность определения примесей (до 10^–5–10^–6%). Методы абсорбционной спектроскопии используют в химической, металлургической, фармацевтической и других отраслях, а также в медицине и сельскохозяйственном производстве.

Промышленностью выпускаются приборы для абсорбционной спектроскопии (колориметры, фотометры, фотоэлектроколориметры, спектрофотометры), в которых используют различные комбинации осветителей, монохроматоров и приемников света.