8.2. Фотоэлектрический метод

В фотоэлектрических колориметрах регистрация световых потоков производится фотоэлементами различных типов. Чаще всего они используются в дифференциальной схеме. Наиболее широко распространены фотоколориметры ФЭК-М, ФЭК-Н-54, ФЭК-Н-57, ФЭК-56.

Принципиальная схема фотоэлектрокалориметра изображена на рис. 8.1. Для измерения оптической плотности (коэффициента пропускания) в фотоэлектрокалориметре премниками световой энергии служат два фотоэлемента 3, а в качестве нуль-прибора используется индикаторная лампа 1.

Р ис. 8.1. Схема фотоэлектрокалориметра ФЭК-56:

1– источник света; 2 – измерительная диафрагма; 3 – фотоэлементы; 4 – компенсационная диафрагма; 5 – кюветы; 6 – призма; 7 – светофильтр

При работе на фотоэлектрокалориметрах используют три кюветы: в две из них наливают раствор сравнения, в третью – анализируемый раствор. Сначала на пути световых потоков ставят кюветы с растворами сравнения, уравнивают интенсивность световых потоков (по нулю измерительного прибора), затем в правый поток вводят кювету с анализируемым раствором. Вследствие поглощения части светового потока исследуемым раствором на фотоэлемент будет падать световой поток меньшей интенсивности, чем на фотоэлемент, на который падает световой поток, проходящий через раствор сравнения. Уравнивание световых потоков достигается использованием компенсационной диафрагмы, связанной со шкалой прибора, по которой и производят отсчет величины поглощения (оптической плотности или коэффициента пропускания).

На пути светового потока в фотоэлектрокалориметрах ставят светофильтры, которые пропускают часть спектра. Светофильтры имеют определенную полосу пропускания и применяются для выделения области спектра, максимально поглощаемой веществом. Этим достигается большая точность определений. Светофильтр подбирают экспериментально на основании измерения величины поглощения света исследуемого раствора при разных светофильтрах или по данным табл. 8.1. Например, при фотометрировании растворов с желтой окраской используют синий светофильтр, поскольку растворы желтого цвета поглощают синюю часть спектра.

Таблица 8.1

Характеристика светофильтров спектрофотометров фэк-56

Окраска раствора	Окраска светофильтра	Длина волны, нм
Фиолетовая	Желто-зеленая	400…450
Синяя	Желтая	450…480
Зелено-синяя	Оранжевая	480…490
Сине-зеленая	Красная	490…500
Зеленая	Пурпурная	500…560
Желто-зеленая	Фиолетовая	560…575
Желтая	Синяя	575…590
Оранжевая	Зелено-синяя	590…625
Красная	Сине-зеленая	625…750

Точность фотометрических определений зависит от правильно выбранных светофильтров и кюветы. Это сочетание должно быть таким, чтобы ошибка была минимальной. Если анализируется интенсивно окрашенный раствор, то следует пользоваться кюветой с малой рабочей длиной (10 мм), при работе со слабоокрашенным раствором необходимо применять кюветы с большой рабочей длиной (30...50 мм).

Наибольшая точность фотометрических измерений достигается при значении D = 0,435 (соответственно Т = 36,8 %). Поэтому при фотометрических измерениях необходимо стремиться к тому, чтобы величина оптической плотности исследуемого раствора была близка к значению 0,4 или, во всяком случае, лежала в интервале 0,12…1,0, что позволяет определять концентрацию вещества в растворе с воспроизводимостью не ниже 5 %.

При определении цветности продуктов пищевых производств с помощью фотоэлектрокалориметров ее выражают в единицах оптической плотности. В этом случае за единицу цветности условно принимают цветность такого раствора, который при массовой доле 1 г/см³ (соответственно 100 г/100 см³) в кювете длиной 1 см имеет величину оптической плотности, равную единице, т. е.

Ц₀ = , (8.3)

где с – массовая доля раствора, %; l – длина кюветы, см.

Поскольку в этом случае получились бы малые значения, было предложено значение Ц₀ увеличить в 1000 раз, соответственно Ц = 1000 D/сl. Выражая массовую долю раствора через содержание в нем сухих веществ (СВ), получаем

с = или Ц = 100 , (8.4)

которая выражается в единицах оптической плотности на 100 г сухих веществ.

Для перевода величины цветности в единицах оптической плотности в условные единицы ее необходимо разделить на переводной коэффициент, который для различных веществ может быть разным. Так, согласно П.М. Силину, переводной коэффициент для растворов сахара-песка ра- вен 115.

Фотоколориметрический анализ обладает высокой чувствительностью (до 10^–7 моль/дм³), воспроизводимостью, избирательностью, простотой выполнения, дешевизной аппаратуры, благодаря чему он находит все более широкое применение для контроля пищевых продуктов, не только их цветности, но и концентрации разных соединений.