Фотоколориметрические методы исследования жидкостей

1. Основные понятия фотоколориметрии

Метод анализа, основанный на сравнении интенсивностей окрасок или оптических плотностей жидкостей и газов, называется колориметрическим, а мутных сред - нефелометрическим.

Фото­электрические методы сравнения плотностей сред предусматривают: прямое поочередное измерение оптической плотности двух сред; дифференциальное измерение с двумя фото­элементами или дифферен­циальное измерение с од­ним фотоэлементом.

Известно, что фотоколориметрические методы определения концентрации ве­щества основаны на сравнении поглощения или пропуска­ния света стандартным и исследуемым окрашенными растворами.

Под колориметрией имеют в виду методы определения концен­трации окрашенных веществ в растворе по поглощению света. Если определяемый компонент бесцветен, то при помощи химической реакции переводят его в окрашенное соединение, после чего ин­струментальным или визуальным способом измеряют интенсив­ность окраски.

В визуальных методах используют несложные приборы непос­редственного сравнения интенсивности окрасок испытуемого рас­твора с серией" стандартных растворов, полученных путем последо­вательного разбавления раствора известной концентрации, содер­жащего одно и то же окрашенное вещество. Визуально сравнивае­мые растворы должны быть налиты в пробирки или цилиндры одинакового размера и освещены от источника с рассеянным све­том. В другом варианте визуального метода изменяют толщину слоя жидкости, через который проходит свет, и этим добиваются оди­наковой интенсивности окраски испытуемого и стандартного раство­ров. Для этого используют цилиндры Генера — стеклянные градуированные цилиндры одинакового диаметра, снабженные у ос­нования кранами для сливания жидкости.

Для раствора вещества, через который проходит световой поток, имеем:

ε_λ* C* L=lg(I₀/I), (1)

где Iо и I— соответственно начальная интенсивность светового по­тока и интенсивность его после прохождения через раствор; С — концентрация поглощающего раствора; ε_λ — коэффициент погло­щения при длине волны λ; L — толщина слоя раствора.

Если, концентрация раствора выражена в молях на литр, а толщина поглощающего слоя — в сантиметрах, то постоянную ε_λ называют молярным коэффициентом поглощения (экстинкции). Он зависит от длины волны падающего света, природы растворенного вещества и температуры раствора. Моляр­ный коэффициент поглощения отражает индивидуальные свойства окрашенных соединений и является их важной характеристикой. Для разных веществ молярный коэффициент поглощения имеет раз­личное значение.

Величину lg(I₀/I) —- называют оптической плотностью по­глощающего вещества и обозначают буквой D. Оптическая плот­ность может иметь любые положительные значения, однако со­временные приборы позволяют определять оптическую плотность, не превышающую 2-3.

Отношение (I₀/I)= T характеризует пропускание или про­зрачность раствора. Величина пропускания Т может изменять­ся от 0 до 1 или от 0 до 100%. Величину пропускания Т, отнесен­ную к толщине поглощающего слоя L= 1 см, называют коэффициентом пропускания.

Оптическая плотность и пропускание связаны между собой соотношением D = 2 — lg Т (если Т выражено в процентах). При соблюдении основного закона светопоглощения оптическая плот­ность раствора прямо пропорциональна молярному коэффициенту поглощения, концентрации поглощающего вещества и толщине слоя раствора:

D = ε_λ * C * L (2)

При графическом изображении зависимости оптической плот­ности от концентрации (при постоянной толщине слоя L) получает­ся прямая линия, которая проходит через начало координат при отсутствии поглощения света растворителем.