Особенности молекулярных спектров поглощения и требования к степени монохроматичности излучения
Особенности молекулярных спектров поглощения (см. разд. I.4) определяют как способы получения аналитической формы в спектрофотометрии, так и условия измерения аналитического сигнала и применяемые для его измерения приборы.
Прежде всего полосатый характер электронных спектров поглощения молекул позволяет использовать для получения аналитического сигнала не строго монохроматичное излучение, а более или менее широкий интервал длин волн. Выделение этого рабочего интервала возможно из потока сплошного излучения с помощью спектральных приборов - монохроматоров с дифракционными решетками и призмами (см. разд. II.7). Ширина рабочего интервала длин волн в этом случае будет определяться величиной линейной дисперсии монохроматора и шириной щели, т.е. оптической шириной щели. При таком способе монохроматизации светового потока метод анализа называют спектрометрией. Другим способом выделения рабочего интервала длин волн является использование светофильтров (см. разд. II.7). В этом случае ширина рабочего интервала длин волн обычно составляет 10 - 25 нм, хотя в отдельных приборах может достигать 60 - 70 нм. Световой поток здесь не является монохроматическим, поэтому метод носит название колориметрии.
Таким образом, требование к степени монохроматичности светового потока в молекулярном абсорбционном спектральном анализе существенно менее жесткое по сравнению с атомным.
Эти же обстоятельства определяют и требования к источнику света. В колориметрии и спектрофотометрии источник света должен обеспечивать постоянное или плавно меняющееся по интенсивности излучение в широком интервале длин волн, перекрывая, например, весь видимый (400 - 750 нм) или ближний ультрафиолетовый (190 - 400 нм) диапазоны. Источники линейчатого спектра в отличие от атомно-абсорбционного анализа в спектрофотометрии используются редко.
Другие причины невыполнения закона Бугера-Ламберта-Бера
Немонохроматичность светового потока вызывает отрицательные отклонения от закона, которые проявляются в нарушении линейной зависимости абсорбционности от концентрации на градуировочных графиках. Другой причиной отклонения от линейности может явиться флюоресценция. В большинстве случаев после поглощения фотона частица отдает избыточную энергию в виде теплоты. Однако молекулы некоторых веществ возвращаются в невозбужденное состояние путем излучения кванта света. Это излучение Iфл накладывается на излучение, прошедшее через раствор, и увеличивает его интенсивность. Этот процесс приводит к уменьшению абсорбционности, так как
. (IV.6)
Поэтому вещества, способные флуоресцировать при облучении светом данной длины волны, нельзя использовать в колориметрии в качестве аналитической формы.
Истинные ограничения закона светопоглощения связаны с изменением коэффициента преломления среды, что свидетельствует об изменении скорости света и длины волны. При малых концентрациях такими изменениями можно пренебречь, однако в растворах с концентрацией выше 0.01 моль/л изменения становятся значительными и вызывают уменьшение А/С. Другая причина состоит в том, что с увеличением концентрации усиливается взаимодействие между молекулами растворенного вещества. Оно существенно отличается от взаимодействия молекул растворенного вещества и растворителя, которые имеют место в разбавленных растворах. Такие изменения в окружении поглощающих молекул влияют на значения и приводят к смещению полосы поглощения.