2.2. Фотометрические методы анализа

Фотометрические методы анализа основаны на избирательном поглощении света анализируемым веществом. При взаимодействии со световой энергией в атомах поглощающего вещества происходит переход электронов на более удаленные от ядра орбиты. Электронные переходы, вызванные поглощением строго определенных квантов световой энергии, характеризуются наличием строго определенных полос поглощения в электронных спектрах поглощающих атомов или молекул. Причем поглощение света происходит только в том случае, когда энергия поглощаемого кванта совпадает с разностью энергий ΔЕ между квантовыми энергетическими уровнями в конечном (Е₂) и начальном (Е₁) состояниях поглощающего атома:

hν = ΔЕ = Е₂ –Е₁,

где h – постоянная Планка (h =6,625 · 10^-27 эрг. · сек);

ν – частота поглощаемого излучения, которая определяется энергией поглощенного кванта и выражается отношением скорости распространения излучения с (скорости световой волны) к длине волны: λ : ν = с/λ.

Энергия излучения обычно характеризуется электромагнитным спектром, охватывающим область от километровых радиоволн до десятых долей ангстрема γ – излучения и космических лучей. Для характеристики участка спектра часто используют волновое число , которое в отличие от длины волны λ не зависит от рефракции среды. Волновое число показывает, какое число длин волн приходится на 1 см пути излучения в вакууме и определяется соотношением = 1 / λ. Следовательно, с частотой ν поглощаемого излучения волновое число связано соотношением = ν / с.

Природа полос поглощения в ультрафиолетовой (185-400 нм) и видимой (400-760 нм) областях спектра одинакова и связана, главным образом, с числом и расположением электронов в поглощающих молекулах и ионах. В инфракрасной области (0,8-1000 мкм) она в большей степени связана с колебаниями атомов в молекулах поглощающего вещества.

В зависимости от используемой аппаратуры в фотометрическом анализе различают спектрофотометрические и фотоколориметрические методы. Оба метода основаны на общем принципе – существовании пропорциональной зависимости между светопоглощением и концентрацией поглощающего вещества.

Фотометрические методы, в которых измеряется светопоглощение окрашенных растворов, иногда называют колориметрическими. Однако это название, применяемое к оценке цветности, справедливо лишь для немногих визуальных определений по интенсивности окраски растворов. Колориметрический анализ используется редко, главным образом, в неприспособленных для аналитических определений условиях. Точность такого анализа невысокая ± 10%.

Фотоколориметрические методы, использующие сравнительно несложную аппаратуру, обеспечивают хорошую точность (± 1-2%) и широко применяются в количественном анализе (определение концентрации растворов).

В спектрофотометрических методах применяют более сложные приборы – спектрофотометры, позволяющие проводить анализ как окрашенных, так и бесцветных соединений по избирательному поглощению монохроматического света в видимой, ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра. В отличие от фотоколориметрических эти методы, кроме концентрации светопоглощающих соединений, позволяют определять их состав, прочность и оптические характеристики.