- •3.3 Молекулярный анализ органических веществ
- •3.3.1 Общие представления
- •3.3.1 Спектрофотометрия и фотоколориметрия
- •Спектрофотометр
- •Внутренние влияющие факторы
- •Оранжевый желтый
- •Модификации способа определения концентрации одного светопоглощающего компонента в области длин волн λ1 – λ2
- •1. Способ сравнения оптических плотностей, измеренных для определяемого компонента в веществе сравнения и в пробе анализируемого вещества.
- •2. Способ с использованием значения молярного коэффициента поглощения ε.
- •Дифференциальная фотометрия
- •Определение концентрации нескольких светопоглощающих компонентов в области длин волн λ1 – λ2. Закон аддитивности
- •Модели спектрофотометров и фотоколориметров
- •Возможности методов спектрофотометрии и фотоколориметрии в анализе вещества объектов окружающей среды
- •Примеры утверждённых в России методик определения загрязняющих компонентов в веществе объектов окружающей среды методом фотоколориметрии
- •Пнд ф 13.1.61-2007 (издание 2012 г.)
- •Методика измерений массовой концентрации сероуглерода в промышленных выбросах в атмосферу фотометрическим методом. Пнд ф 13.1.60-2007 (издание 2012 г.)
- •3.3.2 Методы нефелометрии и турбидиметрии
- •Применение методов нефелориметрии и турбидиметрии в анализе вещества в охране окружающей среды
- •Примеры утверждённых в России методик определения загрязняющих компонентов в веществе объектов окружающей среды методом фотоколориметрии Турбидиметрия
- •Нефелометрия
- •Средства измерения
- •Модели спектрофлюориметров и флюориметрических анализаторов
- •Примеры утверждённых в России методик определения загрязняющих компонентов в веществе объектов окружающей среды методом флюориметрии
Внутренние влияющие факторы
1. Фундаментальные факторы
Закон Бугера-Ламберта-Бера справедлив только для монохроматического света. Немонохроматичность светового потока связана с несовершенством оптических приборов. Отклонение от закона Бера менее заметно, если длина волны не приходится на часть спектра с резким изменением оптической плотности. На практике измерение А стремятся проводить в максимуме светопоглощения.
В фотоколориметрах из-за освещения пробы вещества пучком света с диапазоном длин волн измеряется интегральное поглощение. При повышении концентрации контур полосы поглощения может измениться, поэтому закон нарушается. Это наблюдается для растворов желтого цвета.
Закон Бугера-Ламберта-Бера справедлив для разбавленных растворов. Для концентрированных растворов изменяется показатель преломления, ход лучей исказится, на фотоэлемент попадёт меньше света, результат анализа будет занижен. Пучок света должен быть параллельным. Кроме того, при высоких концентрациях поглощающих частиц (≥ 0.01 моль/дм3) среднее расстояние между частицами уменьшается до такой степени, что каждая частица влияет на распределение заряда соседних частиц, что, в свою очередь, может изменить способность частиц поглощать излучение данной длины волны.
Чем больше толщина светопоглощающего слоя, тем чувствительнее метод. Однако, тем больше потери на рассеяние света. Обычно длина поглощающего слоя должна быть меньше 50 мм.
2. Способ измерения оптической плотности
Температура раствора изменяет спектр вещества, она должна быть постоянной и приведена в отчетах и протоколах испытаний для межлабораторных сличений.
Не должен меняться состав примесей. Поэтому необходимо строго соблюдать изложенные в методике операции.
Форма нахождения определяемого компонента в фотометрируемом растворе.
Не должна изменяться природа поглощающих частиц во время измерения, т.е. должны отсутствовать кислотно-основные, окислительно-восстановительные взаимодействия, полимеризация, диссоциация, коагуляция. Если при изменении концентрации будет меняться природа этих частиц, то зависимость А = f (C) не будет линейной, т. к. молярный коэффициент поглощения вновь образующихся и исходных частиц будет различным. Например, при разбавлении К2Cr2O7 устанавливается следующее равновесие:
Cr2O7 2- + H2O ↔ 2HCrO4- ↔ 2CrO42- + 2H+
Оранжевый желтый
450 нм 350 нм
Молярные коэффициенты дихромата Cr2O7 2-, гидрохромата HCrO4- и хромата CrO42- довольно сильно различаются, цвет раствора меняется и зависимость оптической плотности от общей концентрации хрома перестаёт быть линейной.
В фотоколориметрии важно добавлять одно и то же количество фотометрического реагента, так как для малопрочных комплексных соединений при разбавлении раствора характерно явление диссоциации комплекса.
Необходимо контролировать значение рН раствора, так как скорости, состав продуктов взаимодействия могут зависеть от кислотности среды, особенно это важно для многоступенчатых реакций. Например,
рН 2 рН 2 рН 4 рН 9
Fe3+, Sal 2- [Fe Sal]+ [Fe Sal2]- [Fe Sal3]3-
Бесцветный фиолетовый красный желтый
Эти соединения характеризуются различными по величине значениями λmax и λmax.
Если реагент – кислотно-основной индикатор, например, органическая кислота, то в кислой среде он находится в молекулярной форме, а в щелочной – в солевой анионной форме. Часто окраска солевой формы реагента такая же, как и комплекса, то есть измерительный сигнал есть, а элемента в пробе нет. Например,
- при рН 4,5 комплексное соединение алюминия с ализарином [Al Als] – красного цвета; сам ализарин Als, который находится в избытке, – желтого цвета, следовательно в кювете раствор будет красно-желтого цвета;
- при рН 5 , что трудно отличить с помощью универсальной индикаторной бумаги, ализарин Als – красножелтого цвета, оператор может принять эту окраску как продукт реакции с алюминием и записать значение оптической плотности в лабораторный журнал. Это ошибка второго рода.