6.2. Характеристика кількісного аналізу

Кількісний аналіз – призначений для визначення кількості окремих складових частин у досліджуваній речовині. При цьому можна користуватися ваговим, об’ємним, колориметричним, потенціометричним та ін. методами аналізу.

Проте слід пам’ятати, що перш ніж приступити до кількісного аналізу досліджуваного зразка, потрібно спочатку встановити його якісний склад, тому що від нього залежить методика кількісного визначення.

7. Характеристика інструментальних методів аналізу

Кількісне визначення вмісту органічних і мінеральних речовин, визначення хімічних перетворень у рослинах і ґрунтах є обов’язковою частиною будь-якого агрохімічного, ґрунтознавчого і біологічного дослідження.

Класичні хімічні методи дослідження (гравіметрія, титриметрія) малопродуктивні, незручні при проведенні масових аналізів, найчастіше не відрізняються високою чутливістю і нерідко виявляються непридатними для аналізу складу рослин і ґрунтів. Тому в агрохімічних і ґрунтознавчих дослідженнях широко використовуються інструментальні методи концентраційного аналізу, котрі позбавлені більшості перелічених недоліків. Це, зокрема, оптичні методи – колориметрія і спектрофотометрія. Вони мають високу чутливість і зручні при проведенні масових аналізів.

7.1. Колориметричний аналіз

Колориметрія – це один з найпростіших методів фотометричного аналізу, в основі якого вимірювання близького до монохроматичного (але не монохроматичного) світла забарвленими розчинами у видимій частині спектру.

Основою спектрофотометрії є вимірювання поглинання розчином суто монохроматичного світла.

Забарвлення при колориметричних і спектрофотометричних дослідженнях, як правило, викликають шляхом додавання до розчину, що містить досліджувану речовину, реактивів, які взаємодіють з цією речовиною з утворенням забарвлених продуктів.

Вимірюючи світопоглинання досліджуваного розчину або порівнюючи одержане забарвлення із забарвленням розчину відомої концентрації, визначають вміст забарвленої речовини у розчині, що аналізується.

При колориметруванні застосовують кольоровий світловий потік, що проходить скрізь світлофільтр і має в результаті цього вузькі спектральні межі. За допомогою світлофільтрів виділяється та частина спектру, в якій розташований максимум поглинання у спектрі досліджуваної речовини.

Основними вузлами всіх фотоелектроколориметрів є

• джерело світла (лампа розжарювання та ртутно–кварцова лампа),

• приймач світла (фотоелемент),

• кювети із забарвленим та стандартним розчинами,

• реєструвальний прилад (гальванометр),

• пристрій для зміни ширини щілини перед фотоелементом (діафрагма).

Принцип роботи фотоелектроколориметрів ґрунтується на вимірюванні інтенсивності забарвлення розчинів фотоелементами. При цьому світло від лампи розжарювання направляється конденсором в щілину діафрагми, з якої вузький пучок поліхроматичного світла потрапляє через об’єктив і теплозахисний фільтри на світлофільтри, що служать для виділення вузьких ділянок спектру з суцільного спектру випромінювання лампи. В подальшому світловий потік з вузьким діапазоном довжини хвиль, проходячи захисне скло, направляється в кювету з розчином, з якої, послаблений розчином, світловий потік потрапляє через захисне скло на фіксуючий фотоелемент , який працює у межах 315 – 540 нм, або фотодіод при вимірюванні в межах спектру 590 – 980 нм. Пластина ділить світловий потік на 2 частини, з яких приблизно 90% направляється на фотоелемент і 10% – на фотодіод . Для врівноваження фототоків при роботі з різними кольоровими світлофільтрами перед фотодіодом встановлений світлофільтр, а більш рівномірне освітлення фотоприймачів (фотодіода і фотоелемента) досягається за допомогою матових стекол.

Отже, світловий потік, проходячи через кювету з розчином, що аналізується, потрапляє на фотоелемент. Останній перетворює світлову енергію на електричну. Електричний струм, що виникає при цьому, вимірюється гальванометром. Сила цього струму прямопропорційна інтенсивності освітлення.

Для запобігання потрапляння денного світла до фотоприймачів (при відкриванні кришки кюветної камери), встановлена металева заслінка, що автоматично закривається при відкриванні кришки.

Максимум пропускання світлофільтра повинне збігатися з максимумом поглинання розчину. Світлофільтри на ФЕК встановлюють з різною довжиною хвилі в області максимуму пропускання. Світлофільтри пропускають лише ту частину спектра, яка поглинається забарвленим розчином, і затримують іншу.

Кожен світлофільтр повинен мати певне забарвлення, що співвідноситься із забарвленням аналізованого розчину.

	Таблиця 1.	Характеристики і підбір світлофільтрів
Забарвлення розчину			Забарвлення світлофільтра	Область максимального пропускання, нм
Червоне			Синьо–зелене	125
Жовте			Синє	400 – 500
Синє			Жовте	550 – 650
Жовто–зелене			Голубе	400 – 500
Пурпурове			Зелене	500 – 600
Зелено–синє			Рожеве	600 – 750

Кювети мають робочу довжину 5, 10, 20, 30 та 50 мм. Для аналізу інтенсивно забарвлених розчинів беруть кювети з меншою робочою довжиною, і навпаки.

Для розчину порівняння (“нульового” розчину), відносно якого визначається оптична густина досліджуваних розчинів, як правило, використовують чистий розчинник (дистильовану воду, спирт тощо). У цьому разі оптична густина розчину визначається тільки концентрацією розчинених у ньому речовин. Правильніше використовувати як “нульовий” розчин усі “реактиви”, які добавляють до досліджуваних розчинів, за винятком тих, після добавляння яких виникає забарвлення розчину.

Чим вища оптична густина “нульового” розчину, тим вища чутливість фотометричних визначень.

Крім оптичної густини досліджуваного розчину, вимірюють оптичні густини серії стандартних розчинів. На підставі цих визначень креслять графік залежності оптичної густини від концентрації. За графіком можна знайти концентрацію досліджуваного розчину.

Побудова калібрувального графіка. При визначенні вмісту речовини у великій серії зразків найбільш зручно користуватися калібрувальним графіком.

Для його побудови у 5 – 6 мірних колб на 50 або 100 мл наливають зростаючі кількості досліджуваного компонента у вигляді стандартного розчину.

Після забарвлення розчину (згідно з технікою проведення аналізу) вимірюють його оптичну густину на фотоелектроколориметрі. Потім на міліметровому папері будують калібрувальний графік. Для цього на осі ординат (вертикальна вісь) відкладають оптичну густину D, а на осі абсцис (горизонтальна вісь) – відповідну їй концентрацію речовини. Нанесені точки з’єднують плавною лінією. Так само проводять визначення досліджуваного розчину. Знаходять його концентрацію за графіком опускаючи перпендикуляр на вісь абсцис.

Далі проводять розрахунок за формулою:

x – вміст компонента, мг/100 г ґрунту;

V – об’єм розчину, взятого для забарвлення, мл;

m – знайдена за графіком маса компонента, мг;

V₁ – загальний об’єм розчину в колбі, мл;

m₁ – маса наважки речовини, взятої для аналізу, мг.

Калібрувальний графік слід періодично перевіряти, так як з часом чутливість приладів змінюється.