Теорія фотометричного методу
Метод аналізу, заснований на переведенні визначуваного компонента в те, що поглинає світло з'єднання з подальшим визначенням кількості цього компонента шляхом виміру светопоглощения розчину отриманого з'єднання, називається фотометричним.
По забарвленню розчинів забарвлених речовин можна визначати концентрацію того або іншого компонента або візуально, або за допомогою фотоелементів - приладів, що перетворюють світлову енергію на електричну. Відповідно до цього розрізняють фотометричний візуальний метод аналізу, що називається часто колориметричним, і метод аналізу із застосуванням фотоелементів - власне фотометричний метод аналізу. Фотометричний метод є об'єктивним методом, оскільки результати його не залежать від здібностей спостерігача, на відміну від результатів колориметричного - суб'єктивного методу.
Фотометричний метод аналізу - один з найстаріших і поширеніших методів фізико-хімічного аналізу. Його поширенню сприяли порівняльна простота необхідного устаткування, особливо для візуальних методів, висока чутливість і можливість застосування для визначення майже усіх елементів періодичної системи і великої кількості органічних речовин. Відкриття усе нових і нових реагентів, що утворюють забарвлені з'єднання з неорганічними іонами і органічними речовинами, робить нині застосування цього методу майже необмеженим.
Фотометричний метод аналізу може застосовуватися для великого діапазону визначуваних концентрацій. Його використовують як для визначення основних компонентів різних складних технічних об'єктів зі змістом до 20 -30% визначуваного компонента, так і для визначення мікродомішок в цих об'єктах при утримуванні їх до 10-3 - 10-4 %. Комбінування фотометричних методів з деякими методами розділення - хромотографическим, екстракційним дозволяє на 1-2 порядки підвищити чутливість визначення, довівши його до 10-5 .
В деяких випадках фотометричний метод може бути застосований для одночасного визначення в розчині в розчині декількох іонів, хоча його можливості обмежені.
Дуже цінне використання фотометричних методів для вирішення багатьох теоретичних питань аналітичної і фізичної хімії.
Здатність хімічної сполуки, неорганічного іона і органічного угрупування поглинати променисту енергію певних довжин хвиль використовується у фотометричному аналізі. Серед неорганічних речовин порівняльні трохи з'єднань, що мають власне забарвлення: це з'єднання марганцю (VII), хрому (VI), міді (II) та ін.
Кожна речовина має здатність поглинати променисту енергію у вигляді квантів енергії, хвиль, що відповідають певним довжинам. Лінії або смуги поглинання розташовуються в ультрафіолетовій, видимій або інфрачервоній областях спектру. Ці смуги і лінії можуть бути використані для якісного і кількісного фотометричного аналізу.
Основний закон фотометрії
Якщо світловий потік інтенсивності I0 падає на кювету, що містить досліджуваний розчин, то частина цього потоку Iк відбивається від стінок кювети і поверхні розчину, частина його Iа поглинається молекулами речовини, що міститься в розчині, і витрачається на зміну електронної, обертальної і коливальної енергії цих молекул, частина Iа1 поглинається молекулами самого розчинника.
Якщо в розчині є присутніми тверді частки у вигляді мутей або суспензій, то частина світлової енергії Ir відбивається і від цих часток і, нарешті, частина енергії It проходить через кювету. На підставі закону збереження енергії можна написати рівняння:
I0 = Iк + Iа + Iа1 + Ir + It (1)
При аналізі прозорих розчинів в рівнянні (1) член Ir дорівнює 0. при роботі упродовж усього дослідження з одним розчинником член Iа1 можна вважати постійним. Крім того, розчинники завжди підбирають так, щоб вони самі в досліджуваній області спектру мали мінімальне поглинання, яким можна нехтувати. При використанні однієї і тієї ж кювети значення відбитого світлового потоку Iк дуже мало і їм можна нехтувати. Тому рівняння (1) можна спростити:
I0 = Iа + It (2)
Безпосередніми вимірами можна визначити інтенсивність світлового потоку (I0), що падає, і що пройшло через аналізований розчин (It). Значення Iа може бути знайдене по різниці між I0 і It ; безпосередньому ж виміру ця величина не піддається.
На підставі численних експериментів П. Бугером, а потім і І.Ламбертом був сформульований закон, що встановлює, що шари речовини однакової товщини, за інших рівних умов, завжди поглинають одну і ту ж частину світлового потоку, що падає на них.