Оптические методы анализа

Из методов спектроскопического анализа наиболее часто применяется группа методов оптического анализа, оперирующих с электромагнитным излучением оптического диапазона, включающим УФ–, видимое и ИК–излучение с длинами волн от 100 до 100000 нм.

Оптические методы делятся на оптическую атомную и оптическую молекулярную спектроскопию. В первом случае аналитические сигналы (испускание или поглощение излучения) являются следствием электронных переходов в атомах, во втором – в молекулах.

Оптические методы молекулярного анализа основаны на явлениях взаимодействия электромагнитного излучения оптического диапазона с молекулами вещества или испускания ими этого излучения.

Взаимодействие электромагнитного излучения оптического диапазона с веществом может носить различный характер. По типу взаимодействия с веществом методы оптического молекулярного анализа классифицируются следующим образом:

1. Методы, связанные с явлениями поляризации молекул вещества: рефрактометрия, интерферометрия, поляриметрия.

2. Методы, основанные на измерении поглощения веществом излучения, – абсорбционные методы: колориметрия, фотоколориметрия, спектрофотометрия.

3. Методы, основанные на измерении интенсивности света, излучаемого веществом, – эмиссионные методы: флуориметрия.

4. Методы, основанные на измерении интенсивности света, пропущенного или рассеянного суспензией вещества: нефелометрия, турбидиметрия.

Фотометрические методы анализа

Молекулярный абсорбционно-спектроскопический анализ (фотометрия) основан на избирательном поглощении (абсорбции) электромагнитного излучения молекулами или сложными ионами вещества в нерассеивающей излучение однородной среде. Это один из наиболее распространенных оптических методов.

Избирательный характер поглощения тесно связан с природой вещества, что позволяет на основе спектров поглощения (зависимость величин поглощения от длины волны излучения) проводить качественный анализ вещества. Зависимость между величиной поглощения монохроматического излучения и концентрацией вещества в растворе используется для количественного анализа.

Из методов молекулярного абсорбционного анализа можно выделить: колориметрию – сравнение окраски анализируемого и стандартного растворов вещества визуальным способом; фотоколориметрию (фотоэлектроколориметрию) – измерение интенсивности светового потока, прошедшего через раствор вещества, фотоэлектрическим способом; спектрофотометрию – измерение интенсивности монохроматического (определенной длины волны) светового потока, прошедшего через раствор вещества, фотоэлектрическим способом.

Фотоэлектрическая регистрация основана на преобразовании световой энергии в электрический сигнал.

В зависимости от диапазона длин волн применяемого электромагнитного излучения различают спектрофотометрию в ультрафиолетовой (УФ), видимой и инфракрасной (ИК) области спектра.

Наибольшее распространение получили фотометрические методы анализа, основанные на поглощении в видимой области спектра, т.е. в интервале длин волн 400-780 нм. Это объясняется возможностью получения множества интенсивно окрашенных органических и неорганических соединений, пригодных для их фотометрического определения в видимой области спектра с помощью достаточно несложных и относительно недорогих приборов.

Если анализируемое вещество не поглощает или слабо поглощает излучение в исследуемой спектральной области, то дополнительно проводят химическую реакцию, в результате которой образуется соединение, интенсивно поглощающее излучение. Такую реакцию называют фотометрической.

Абсорбционно-спектроскопический анализ обладает рядом достоинств: высокой избирательностью, низким пределом обнаружения, высокой чувствительностью, простотой измерения и быстротой выполнения анализа. Методики абсорбционно-спектроскопического анализа разработаны почти для всех химических элементов и очень многих органических соединений.

Каждый прибор для измерения светопоглощения включает источник излучения, устройство для выделения нужного интервала длин волн (монохроматор или светофильтр), кюветное отделение, детектор, преобразователь сигнала, индикатор сигнала (шкалу или цифровой датчик).

Фотоколориметрические методы используют сравнительно несложную аппаратуру, в которой необходимый интервал длин волн выделяется светофильтром. Фотоэлектроколориметры (ФЭКи) пригодны для измерений в видимой и ближней (до 300 нм) УФ-областях, они обеспечивают достаточную точность (погрешность определения составляет 1-3% отн.) и широко применяются для определения концентрации растворов.

В спектрофотометрических методах применяют более сложные приборы – спектрофотометры, в которых для монохроматизации излучения используют монохроматоры и которые часто снабжены электронными устройствами. Они позволяют проводить анализ в видимой, УФ– и ИК–областях спектра. Наиболее совершенные спектрофотометрические методы анализа характеризуются высокой точностью (погрешность определения 0,5 – 1 % отн.).