Определение концентрации нескольких светопоглощающих компонентов в области длин волн λ1 – λ2. Закон аддитивности
Оптическая плотность – экстенсивное свойство вещества. Поглощение света каким-либо компонентом не зависит от присутствия в растворе других компонентов, и оптическая плотность многокомпонентного вещества равна сумме оптических плотностей каждого из них. Это справедливо при условии подчинения светопоглощения каждого компонента закону Бугера–Ламберта–Бера и отсутствия химического взаимодействия между ними.
Для смеси m компонентов при одной и той же длине волны λ прибор зафиксирует значение общей оптической плотности Асум :
Aсум = A1 + A2 + + Am (1)
или:
(2)
Определение нескольких светопоглощающих компонентов в одном растворе без предварительного их разделения методом спектрофотометрии возможно, если компоненты поглощают свет каждый в узких неперекрывающихся диапазонах длин волн, и анализ смеси компонентов сводится к определению каждого компонента в отдельности.
Если же спектры компонентов перекрываются, то для анализа используют один из методов, основанных на законе аддитивности. Например, для смеси компонентов А и В можно записать:
;
(3)
.
(4)
Решение этой системы уравнений при l = 1 см дает:
;
(5)
.
(6)
Длины волн, при которых следует проводить измерения оптической плотности, выбирают по спектрам поглощения компонентов А и В. Для этого находят области максимального поглощения одного компонента при минимальном поглощении другого. Молярные коэффициенты светопоглощения определяют заранее, поэтому анализ сводится к измерению суммарной оптической плотности при двух длинах волн.
Если число компонентов в смеси больше, чем два, число слагаемых в уравнениях типа (1) увеличивается пропорционально числу компонентов и соответственно возрастает число уравнений. Необходимое требование – подчинение поглощения компонентов законам Бугера-Ламберта-Бера и аддитивности. Так, для n компонентов будет записана система из n уравнений, значения оптических плотностей должны быть измерены при n длинах волн. Такие системы уравнений решают с использованием вычислительной техники. Погрешность результата измерений с увеличением числа компонентов повышается.
Модели спектрофотометров и фотоколориметров
Абсолютными лидерами по числу реализуемых с их помощью методик анализа веществ в объектах окружающей среды (35-50%) в настоящее время все еще остаются приборы, базирующиеся на принципах измерения возникающей в процессе химической реакции окраски анализируемых растворов в видимой области (колориметры, фотоколориметры).
Из отечественных спектрофотометров «сканирующего» типа в настоящее время наиболее хорошо известен широкополосный (спектральный диапазон 190-1100 нм) и высокоточный (погрешность измерения коэффициента пропускания ±0,25-0,5%, а сходимость – 0,01%) однолучевой автоматизированный спектрофотометр СФ-56А (ЛОМО, СПб.), управляемый персональным компьютером. По своим аналитическим возможностям, эксплуатационным и метрологическим характеристикам, а также по стоимости (примерно 5100 у.е. без компьютера) на сегодня действительно универсальным прибором для экоаналитических лабораторий может считаться СФ-56.
Другая модель подобного прибора, СФ-2000. хотя и превосходит предыдущую по быстродействию (весь спектр - за 4 с), но уступает СФ-56 по точности измерений.
Спектрофотометр ПЭ-5400УФ. Спектрофотометр ПЭ-5400УФ разработан в соответствии с требованиями, предъявляемыми в российских химико-аналитических лабораториях к спектральным приборам для экологического контроля (вода, воздух, почва), контроля качества питьевой воды, технологического контроля сырья и готовой продукции различных отраслей промышленности (пищевая, химическая, фармацевтическая, металлургия, нефтехимия) и других рутинных аналитических задач. Диапазон длин волн190...1000 нм Оптическая плотность 0,0...3,0 Б.
.
Среди более дешевых отечественных фотометрических приборов можно отметить базовую модель Загорского оптико-механического завода (г. Сергиев Посад) - фотоколориметр КФК-3 со спектральным диапазоном 315-990 нм (выделяемый спектральный интервал - не более 7 нм), позволяющий измерять оптическую плотность в интервале 0-2 А при максимальной длине кюветы до 10 см. Предел допускаемого значения основной абсолютной погрешности при измерении коэффициента пропускания составляет 0,5%.
Портативной переносной (полевой - с автономным питанием) концентрационный фотометр КФК-05 (модернизированная модель КФК-5М) Еще более дешевыми фотометрическими приборами являются микрофотоколориметры серии МКФМ: аналог КФК-3 -МКФМ-02 и более старый прибор, являющийся аналогом КФК-2 - МКФМ-01.
Фотометр ЭКСПЕРТ-003.
КФК-5М