III. Спектрофотометричний і колориметричний методи аналізу Розділ 26. Загальні положення

§ 154. Суть методів

Основою фотометричного аналізу є реакція утворення або руйнування сполук, які поглинають світло. При утворенні сполуки, що поглинає світло, кількість продукту реакції пропорційна оптичній густині розчину. Навпаки, руйнування сполуки, яка поглинає світло, характеризується зменшенням оптичної густини розчину, пропорційним кількості продукту реакції. Отже, вимірювання оптичної густини розчину продукту реакції дає змогу знайти кількість речовини, яка вступила в реакцію з реактивом.

Таким чином, фотометричне визначення складається з двох стадій: утво­рення (руйнування) сполуки, що поглинає світло, і вимірювання оптичної густини (інтенсивності забарвлення) розчину.

Оптичну густину розчину можна виміряти в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній частині спектра (рис. 45). Назва фотометричний аналіз є загальною назвою всіх методів, що грунтується на світлопоглинанні. Ви­ник цей метод спочатку як колориметричний аналіз, тобто коли одержували забарвлену сполуку і вимірювали інтенсивність забарвлення. Людське око відчуває світло в межах від 400 до 750 нм. Отже, за допомогою колоримет-

¹ 20 г NH₄C1 розчиняють у воді, добавляють 100 мл 25%-го розчину NH₄OH і доливають води до 1 л.

477

ричного аналізу можна визначати компоненти, які утворюють забарвлені сполуки, що поглинають видиме для людського ока світло (рис. 45).

Пізніше, з появою фотоелементів, стало можливим вимірювати інтенсив­ність поглинання світла як у видимій частині спектра, так і в ультрафіоле­товій та інфрачервоній частинах спектра. Крім того, більш точні результати одержують тоді, коли використовують монохроматичний пучок світла. Та­кий метод, при якому використовується монохроматичне світло, називають спектрофотометричним. Проте всі закономірності, які виведені для спектро­фотометричного аналізу, справедливі і для колориметричного.

Рис. 45. Схема довжини хвиль, які використовуються для колориметричного і спектрофотометричного аналізу.

Колориметричний метод аналізу. За цим методом візуально порівнюють інтенсивність забарвлення досліджуваного розчину з інтенсивністю забарв­лення стандартного розчину. Око дуже добре розрізняє відтінки,кольорів, гірше — інтенсивність забарвлення. Проте з допомогою ока неможливо кількісно встановити, у скільки разів забарвлення одного розчину інтен­сивніше від другого. При візуальному визначенні можна лише встановити, коли два розчини будуть однаково забарвлені. Тому для визначення інтен­сивності забарвлення завжди треба брати стандартні розчини. Але це пов'я­зано з затратою часу і реактивів. Перевагою колориметричного методу є те, що він дає можливість застосовувати нескладну апаратуру і при потребі визначати інтенсивність забарвлення в дуже малих об'ємах досліджуваного розчину.

Фотометричний і фотоелектричний методи. Існують прилади, за допомо­гою яких можна кількісно визначити інтенсивність поглинання світла. Для цього з двох однакових світлових потоків один пропускають через до­сліджуваний розчин, а другий — через вимірювальну діафрагму (фотометр Пульфрідха), яка дає можливість визначити ступінь поглинання світла. З цієї групи найбільше поширені фотоелектричні прилади, в яких прийма­чем обох світлових потоків є фотоелементи, а вимірювальним приладом для компенсації може бути діафрагма, реостат, потенціометр тощо.

Перевагою таких фотометрів чи фотоколориметрів є те, що немає потреби при кожному визначенні приготовляти стандартні розчини. Як правило, їх готують один раз і за їхніми даними будують калібрувальний графік; вміст визначуваного компонента знаходять за його світлопоглинанням за калібрувальним графіком. Це зменшує витрату часу і реактивів порівняно з колориметричним методом. Крім того, у приладах встановлені набори світ­лофільтрів для вимірювання світлопоглинання на окремих ділянках спектра.

478

Це підвищує чутливість, а іноді дає змогу усувати шкідливий вплив забарв­леного реактиву і сторонніх іонів.

Найдосконалішими, хоч і найбільш складними приладами, є спектро­фотометри, за допомогою яких вимірюють інтенсивність поглинання світла (оптична густина розчину) на певних ділянках спектра. Це збільшує чутли­вість і точність визначення, тому що калібрувальний графік залишається прямолінійним на більш широкій ділянці концентрацій порівняно з визна­ченням на ФЕК. Крім того, усувається вплив сторонніх іонів ще в більшій мірі, ніж на ФЕК- Спектрофотометрами можна вимірювати інтенсивність поглинання світла в ультрафіолетовій та інфрачервоній частинах спектра (рис. 45).

З якісного аналізу відомо, що реакції, які відбуваються з утворенням інтенсивно забарвлених сполук, значно чутливіші порівняно з реакціями, внаслідок яких утворюється білий осад. Тому фотометричні методи можна застосовувати для визначення вмісту малих кількостей різних речовин — порядку 1СГ¹ — 10^-5 г в об'ємі 50—100 мл; такі кількості практично не можна визначити гравіметричним і титриметричним методами. Висока чут­ливість фотометричного аналізу не перешкоджає його застосуванню для визначення порівняно великого вмісту речовин; правда, у цьому випадку використовують спеціальну методику роботи, відмінну від методики визна­чення малих кількостей.

Для біохімічних процесів, для росту рослин і тварин, а також для нор­мального розвитку організму людини дуже велике значення мають малі кількості різних елементів, так званих мікроелементів, бо недостатність або великий надлишок одного з мікроелементів може призвести до захворю­вання живих організмів, припинення росту рослин чи тварин. Велике зна­чення має визначення малого вмісту різних речовин при аналізі мінералів, гірських порід, у контролі виробництва тощо.

У цих випадках і в інших при аналізі різних матеріалів широко корис­туються фотометричними методами.