§ 39. Фотометрические методы исследования
Количественный анализ светопоглощения основан на использовании объединенного закона Бугера-Ламберта-Бера, который гласит:
Интенсивность прошедшего через вещество (раствор) света (J) прямопропорциональна интенсивности падающего света (J0) и находится в экспоненциальной зависимости от концентрации (с), молярного коэффициента поглощения (экстинкци ) ε и толщины поглощающего слоя (l).
Математически эта зависимость выражается уравнением:
J = J0е –έсl |
3.05 |
где е – основание натурального логарифма;
При логарифмирования уравнения (3.05) получаем:
lg JO / J = Cl = D |
3.06 |
где D - абсорбция света (оптическая плотность).
При С = 1 кмоль/м3 и l = 1 м, и D = , следовательно, экстинкция раствора (абсорбция света одномолярным раствором при толщине слоя 1 см) зависит от природы исследуемого вещества.
Уравнение (3.06) графически представляет собой прямую, выходящую из начала координат (рис. 3.1). Угол наклона этой прямой к оси абсцисс, при толщине слоя раствора 1см, характеризуется . Прямолинейная зависимость D = f(с) соблюдается в ограниченной области концентрации растворов, поэтому, использовать закон Бугера-Ламберта-Бера можно только в области прямолинейного участка на графике. Светопоглощение обуславливает цвет растворов. Метод исследования, основанный на сравнении интенсивности окраски растворов, называется визуальной колориметрией.
Абсорбция
света ,Dλ
б
в
Концентрация,
1 2 3 4 5
С·10-х, г/см3
Рис. 3.1. Вид прямой зависимости абсорбции света от концентрации.
В основе лежит следствие из закона Бугера-Ламберта-Бера.
слои вещества одинаковой толщины при прочих равных условиях всегда поглощают одну и ту же часть падающего на них светового потока или С1l1=C2l2. Этот метод достаточно часто используется при приближенных определениях концентраций например, рН при сравнении с окраской индикатора или с цветовой шкалой.
Точность колориметрического метода возрастает с использованием фотоэлемента для регистрации светового потока. Фотометрические методы анализа подразделяются на фотоколориметрию и спектрофотоколориметрию.
Фотоколориметрия – анализ, основанный на измерении светопоглощения D в монохроматическом свете. Применяется для количественного анализа объектов.Существует несколько приемов фотометрического анализа. Наиболее распространен метод калибровочной кривой, в основе которого лежит зависимость D=Cl. см. методику колориметрического метода. Измерение абсорбции света производится на универсальных фотоэлектроколориметрах типа ФЭК, КФК и др.
Спектрофотоколориметрический метод рассматривает зависимость оптической плотности D от длины волны . Такая зависимость называется спектром поглощения. Спектр поглощения, свойственный тому или иному веществу, показывает, какой природы кванты поглощаются или испускаются молекулами этого вещества, т. е. свет с какой длиной волны поглощается или испускается этим веществом. Следовательно, метод спектрофотометрического анализа служит не только для определения количества вещества, но и для его идентификации, то есть для качественного анализа. Измерение абсорбции света при различных длинах волн осуществляется с помощью приборов спектрофотометров марки СФ, Specord.
При помощи фотометрии возможно решение различных задач почвоведения и агрохимии: определение в почвах, растениях и удобрениях содержания фосфора, аммиака, нитратов и др. элементов.