2.2. Фізико - хімічні методи

Ця група методів відноситься до інструментальних. Вона ґрунтується, як і хімічні, на хімічних реакціях, однак визначають фізичну характеристику (оптичну густину, електропровідність, окисно - відновний потенціал тощо ), що залежить від вмісту речовини. Взагалі, фізико - хімічні методи аналізу класифікують за типом фізико - хімічних явищ, що лежать в їх основі, а тому розрізняють оптичні, електрохімічні і хроматографічні методи аналізу.

Оптичні методи ґрунтуються на вимірюванні оптичних властивостей розчинів речовин, до них відносяться рефрактометрія, поляриметрія, фотометрія, спектрофотометрія, колориметрія, нефелометрія, турбідіметрія та інші.

Фотометричні методи ґрунтуються на вимірюванні інтенсивності світлового потоку, який пройшов через речовину, його розчин, а також пропущеного або відбитого суспензією речовини.

Фотометричний аналіз охоплює всі методи, які ґрунтуються на поглинанні світла в ультрафіолетовій (УФ, λ 10 - 400 нм), видимій (В, λ 400 - 800 нм) та інфрачервоній (ІЧ, λ 800 нм - 1000 мкм) областях електромагнітного спектра визначуваною речовиною чи продуктом реакції. Речовини в залежності від складу можуть поглинати промені в УФ-, В- або ІЧ - областях спектру.

Поглинання світла у розчинах характеризується двома параметрами - інтенсивністю поглинання світлового потоку і довжиною хвилі поглинутого світла. Інтенсивність поглинання визначається специфічними властивостями речовини, його концентрацією і товщиною шару. При збільшенні концентрації і товщини шару збільшується кількість молекул речовини, які поглинають світло, а тому поглинання зростає. Залежність поглинання від концентрації і товщини шару речовини виражається основним законом фотометрії – законом Бугера (законом Бугера - Ламберта - Бера):

I = I₀ ∙е^-к∙с∙h; Д = lg І₀ / І = К ∙С ∙h; Д = К ∙ С ∙h

де І₀ - інтенсивність падаючого світла; І - інтенсивність світла, яке пройшло через речовину; К - специфічна константа речовини; С - концентрація розчину; h - товщина шару розчину.

Величина lg І₀ / І називається оптичним поглинанням і позначається А (або Д). Ці величини ще називають оптичною густиною розчину. Коефіцієнт К являє собою показник поглинання розчину з концентрацією, що дорівнює одиниці. При С = 1 моль/дм³ і товщині шару h = 1см він називається молярним поглинанням (або екстинцією) і позначається ε, при С = 1 %, h = 1 см - питомою поглинання, позначається Е₁^1%. Величина оптичної густини розчину (Д) пропорційна концентрації ( С ) і товщині шару ( h ) цього розчину. Закон Бугера лежить в основі всіх розрахунків у методах фотометричного аналізу.

Потрібно мати на увазі, що фотометричному визначенню піддають речовини, які мають забарвлення або можуть поглинати в тій чи іншій області спектра. Якщо ці речовини не мають забарвлення, то проводять хімічну реакцію, за допомогою чого отримують забарвлений продукт, який піддають фотометричному визначенню. Такі реакції називаються фотометричними.

К л а с и ф і к а ц і я ф о т о м е т р и ч н и х м е т о д і в

В залежності від довжини хвилі, способу вимірювань, ширини смуги вимірюваного випромінювання, розрізняють (рис. 2.8): колориметрію і фотоколориметрію – вимірювання світлового потоку, який пройшов через речовини візуальними і фотоелектричними способами; нефелонометрію, фотонефелонометрію – вимірювання світлового потоку, розсіяного суспензією речовини візуальними і фотоелектричними способами; турбідіметрію і фототурбідіметрію – вимірювання світлового потоку, пройденого через суспензію речовини візуальними і фотоелектричними способами;

спектрофотометрію – вимірювання монохроматичного (певної довжини хвилі) світлового потоку, пройденого через розчин речовини. В залежності від довжини хвилі розрізняють спектрофотометрію в УФ, В і ІЧ - області спектра.

Рис. 2.8. Методи фотометричних визначень

1 – колориметрія;

2 – фотоколориметрія;

3 – турбідіметрія, фототурбідіметрія;

4 – нефелонометрія, фотонефелонометрія;

5 – спектрофотометрія;

А – поглинання;

С – концентрація;

λ – довжина хвилі.