4. Фотоколориметрия

 

 

В фотоколориметрии измерение интенсивности световых пото­ков проводят с помощью фотоэлементов. Применение фотоэлемен­тов позволило повысить чувствительность и точность фотометрического анализа. В фотоколориметрии для работы используют специальные приборы – фотоколориметры.

Схема фотоколориметра составлена таким образом, что при измерении на приборе фиксируются единицы поглощения анали­зируемого раствора. Наибольшее распространение получили фото­колориметры, работающие по двухлучевой (дифференциальной) схеме.

 

Спектральные приборы предназначены для качественного и количественного анализа веществ на основании измерения и исследования их спектров в оптическом диапазоне длин волн (10^-3 – 10³ мкм) (рисунок 1).

Рисунок 1- Схема электрофотокалориметра

Определение концентрации растворов на фотоколориметрах производят обычно с помощью калибровочного графика, методом добавок или методом сравнения. При построении калибровочного графика предварительно выясняют подчинение изменений погло­щения закону Бугера.

Фотометрические определения

Фотометрический метод имеет большое количество различных модификаций, использование которых зависит от типа решаемых задач. Чаще всего его применяют для определения концентрации веществ и их смесей в растворах, идентификации веществ, установ­ления их аналитических констант и исследования состава.

Определение концентрации веществ в растворах проводят с помощью молярных и удельных показателей поглощения, кали­бровочного графика, добавок, сравнения, дифференциальной фото­метрии и фотометрического титрования.

Удельные и молярные показатели поглощения позволяют рас­считать концентрацию растворов по поглощению, определенному спектрофотометрическим путем при длине волны, соответствующей максимуму поглощения. При этом расчеты ведут по уравнению Бугера-Ламберта-Бера.

Калибровочные графики в основном применяют в фотоколори­метрии, используя для их построения поглощение серии стандарт­ных растворов вещества с известной концентрацией. Затем измеряют поглощение анализируемого раствора и по кали­бровочному графику определяют его концентрацию. Для повыше­ния точности анализа используют уравнения калибровочного гра­фика.

Добавка стандарта определяемого вещества к анализируемому раствору упрощает и ускоряет проведение анализа. Отвешивают точное количество стандарта определяемого вещества, вводят его в анализируемый раствор, затем измеряют поглощение раствора без добавки и раствора с добавкой . Увеличение поглощения в растворах с добавкой – пропорционально разности кон­центраций раствора с добавкой и раствора без добавки вещества – . Если при этом закон Бугера-Ламберта-Бера не искажается, то справедлива пропорция:

откуда

(7)

Сравнение со стандартом используют в том случае, если имеется стандартный раствор вещества с известной концентрацией . На приборе замеряют поглощение анализируемого и стандарт­ного раствора , затем по пропорции:

(8)

рассчитывают концентрацию анализируемого раствора.

Дифференциальная фотометрия позволяет расширить диапазон фотометрических определений. В качестве раствора сравнения в этом методе используют не растворитель, а раствор определяе­мого вещества с известной концентрацией (раствор сравнения). Результат анализа в дифферен­циальной фотометрии рассчиты­вают по калибровочному графику, который строят, измеряя погло­щение серии стандартных растворов вещества относительно раствора сравнения (рисунок 2). На графике нулевому поглощению отве­чает концентрация раствора сравнения . Поглощение анализируемого раствора ( – прирост поглощения) соот­ветствует его концентрации ( – прирост концен­трации).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Калибровочный график дифференциальной фотометрии

 

Для расчета концентрации также используют аналитический фактор :

(9)

где – поглощение анализируемого раствора, измеренное по отно­шению к раствору сравнения; – аналитический фактор; – концентрация вещества в растворе сравнения.

Аналитический фактор F, соответствующий единице концентрации вещества, получают измерением поглощения – ряда растворов с известной концентрацией по отношению к раствору сравнения с концентрацией . Расчет фактора производят по фор­муле:

. (10)

Обычно используют среднее значение фактора , полученное при измерениях растворов с различной концентрацией.

Фотометрическое и спектрофотометрическое титрование осно­вано на фотометрическом способе индикации точки эквивалент­ности в титриметрическом анализе. Для применения фотометри­ческого титрования необходимо, чтобы один из компонентов реак­ции – либо определяемое вещество, либо титрант, либо продукт – обладал оптическим поглощением. Так как при титровании про­исходят изменения концентрации определяемого вещества, титранта и продуктов реакции, в титруемом растворе будут наблю­даться изменения поглощения.

Зная объем титранта, рассчитывают концентрацию раствора. В зависимости от типа применяемого прибора различают фото­метрическое титрование (проводится на фото колориметре), спек­трофотометрическое титрование (проводится на спектрофотометре).