Фотоколориметрія

У фотоколориметрії вимірювання інтенсивності світлових потоків проводять за допомогою фотоелементів. Фотоелементи – прилади, що перетворюють світлову енергію в електричний струм. Зміна інтенсивності світлового потоку викликає зміну електричного струму виробленого фотоелементом.

Фотоколориметричні методи – це кількісне визначення концентрації речовини з поглинання світла у видимій та ближній ультрафіолетовій області спектра. Поглинання світла вимірюють на фотоелектричних колориметрах (КФК-2, КФК-3, ФЕК – 56М та інших)

Розчини для фотоколориметрії повинні відповідати таким вимогам: мати інтенсивне забарвлення, бути розведеними і прозорими, щоб виключити розсіювання світла; стійкими (не розшаровуватися), в них не повинні протікати фотохімічні та інші реакції, що впливають на хід аналізу.

Аналітичну довжину хвилі (λ) вибирають шляхом фотоколориметрування одного і того ж розчину при різних світлофільтрах. Оптимальне значення λ відповідає найбільшому світло поглинанню аналізованого розчину, при цьому колір світлофільтра повинен доповнювати забарвлення аналізованого розчину до білого. При правильному підборі умов аналізу градуювальний графік являє собою пряму лінію в координатах A - C, де C - молярна концентрація розчину. Замість концентрації C по осі абсцис можна відкладати значення об’єму аліквоти (V) стандартного розчину або ж маси речовини в ньому. Вид графіка при цьому має зберігатися.

Товщину шару аналізованого розчину при фотоколориметруванні можна варіювати від 0,2 до 5 см. Відносна похибка вимірювань мінімальна і становить 0,5 -1,0%. Найбільш часто використовуються кювети з товщиною шару 1 см.

Розрізняють дві основні групи фотоколориметрів: однопроменеві з

одним фотоелементом і двопроменеві з двома.

Великого поширення набули фотоколориметри, що працюють за диференційною схемою, тобто двопроменеві (КФК).

Кювети, що використовують у фотоколориметрії, виготовляють з кварцу або спеціальних сортів скла. Вони мають певну товщину, яка враховується при розрахунках. При роботі використовуються абсолютно чисті кювети, так як навіть незначне забруднення змінює показники приладів. На шляху світлового потоку у фотоколориметрах ставляться світлофільтри, які пропускають певну частину спектра, що поглинається речовиною. Фотоколориметри забезпечуються набором світлофільтрів (5-11 шт.). Смуги пропускання світлофільтрів охоплюють увесь діапазон світлових променів. Світлофільтри підбирають експериментально або керуючись табличними даними:

Видимий колір розчину	Частина спектру, що поглинається, нм	Колір поглинутої частини світлового потоку
Жовто - зелений Жовтий Помаранчевий Червоний Пурпуровий Фіолетовий Синій Зелено - синій Синьо - зелений	400 - 450 450 - 480 480 - 490 450 - 500 500 - 560 560 - 575 575 - 590 590 - 625 625 - 750	Фіолетовий Синій Зелено - синій Синьо - зелений Зелений Жовто - зелений Жовтий Помаранчевий Червоний

В аналітичній практиці використовують декілька марок двопроменевих фотоколориметрів – ФЕК - М; ФЕК - Н - 57; ФЕК- 60 та інші.

Все частіше в аналітичній практиці застосовують однопроменеві фотоколориметри, які значно зручніші в експлуатації і вважаються більш сучасними (КФК-2, КФК-3М та інші). Оптична схема цих приладів нагадує одне плече двопроменевих фотоколориметрів. Під час роботи такого приладу у світловий пучок вводиться почергово розчин порівняння і досліджуваний розчин. Величини пропускання або поглинання фіксуються приладом. Детальна будова фотоколориметрів і порядок роботи з ними розглядаються в даному посібнику в наступних розділах.

Крім фотоколориметрії, використовують фотонефелонометрію і фототурбідіметрію, принципи яких аналогічні описаному.

Метод диференційної фотометрії застосовують для розширення діапазону фотометричних вимірювань, яких не можна проводити при поглинанні А >1,2. Розчином порівняння в методі служить стандартний розчин речовини з більш низькою, ніж в аналізованому розчину концентрацією. На фотоколориметрі при цьому фіксується різниця поглинання аналізованого і стандартного розчину. Наприклад, якщо поглинання стандартного розчину 1,2, а аналізованого – 1,8, прилад покаже різницю поглинань А = 1,8 – 1,2 = 0,6. Концентрацію розчину визначають за калібрувальним графіком, побудованому за значеннями поглинання серії стандартних розчинів.

У фотометричному титруванні використовують фотометричну індикацію точки еквівалентності. Для застосування фотометричного титрування необхідно, щоб досліджувана речовина, або титрант, або продукт реакції володіли поглинанням в оптичному спектрі. При титруванні проходять зміни концентрації речовин і спостерігаються лінійні зміни поглинання. В момент еквівалентності реакція закінчується і змінюється характер змін оптичного поглинання розчину. Побудувавши графік залежності поглинання - об’єм титранту у вигляді у вигляді кривої титрування, графічним шляхом знаходять точку перетину кривої титрування, яка є точкою еквівалентності.

В е к с т р а ц і й н о - ф о т о м е т р и ч н о м у м е т о д і одну або частину речовин екстрагують відповідним органічним розчинником, розділяючи суміш, і потім фотометричним способом визначають концентрацію проекстрагованої речовини в органічній фазі або залишеної у водній фазі. Для проведення екстракційно - фотометричного аналізу часто використовують одержані забарвлені комплексні сполуки, добре розчинні в органічних розчинниках.

Фотометричні методи високочутливі, розроблені для визначення практично всіх хімічних елементів, крім інертних газів; з їх допомогою визначають як макро-, так і мікрокількості (до 10^-8 %) аналізованого компонента. Методи фотометрії широко застосовують в аналізі природних об'єктів: повітря, поверхневих вод, ґрунту, донних мулів, рослин, а також стічних вод, газоподібних викидів, відходів промисловості. Наприклад, катіони купруму визначають у вигляді діетилдитіокарбамату купруму жовтого кольору, чи аміачного комплексу [Сu(NН₃)₄]SО₄ волошково-синього кольору; ферум (III) - у вигляді роданідного комплексу Fe(SСN)₃ криваво - червоного кольору чи сульфосаліцилату (залежно від рН середовища окремо можна визначити вміст Fe (ІІ) і Fe (ІІІ)); А1³⁺ утворює рожеві комплекси з алюміноном в ацетатному буфері.