1.2 Фотометричний метод аналізу

Метод ґрунтується на переводі компоненту, що визначається, в забарвлену сполуку з подальшим вимірюванням інтенсивності світлопоглинання. Працюють в діапазоні довжин хвиль 400–760 нм і тільки з забарвленими речовинами.

Для переводу речовин в забарвлені сполуки використовують реакції комплексоутворення. Наприклад:

Fe³⁺ + 6SCN^– → [Fe(SCN)₆]^3– – комплекс червоного кольору;

Cu²⁺ + 4NH₄OH → [Cu (NH₃)₄]²⁺ + 4H₂O – комплекс синього кольору;

С₆H₄(OH)₂ + Fe³⁺ → [С₆H₄O₂Fe]⁺ + 2H⁺ – комплекс червоно-рожевого кольору.

Рідше використовуються окисно-відновні реакції. Наприклад:

Mn²⁺→MnO₄^– (з безбарвного внаслідок окиснення стає червоно-фіолетовим);

Cr³⁺ → Cr₂O₇^2– (стає жовтим).

Вимоги до реакцій утворення забарвлених сполук:

1. Висока міцність комплексних сполук, що утворюються. Константа нестійкості повинна бути якомога менше, тоді комплексна сполука міцніше і реакція специфічніше.

2. Постійний склад комплексної сполуки, оскільки інтенсивність забарвлення може бути різною при ступінчастому комплексоутворенні.

Fe³⁺ + SCN^– → [Fe(SCN)]²⁺

Fe³⁺ + 2SCN^– → [Fe(SCN)₂]⁺ …

Fe³⁺ + 6SCN^– → [Fe(SCN)₆]^3– (для стійкості додають надлишок ліганду та нітратну кислоту).

3. Забарвлення повинно бути інтенсивним. Чим інтенсивніше забарвлення, тим вище чутливість визначення речовини.

Умови проведення реакцій:

1. Реагент беруть у надлишку:

а) для стримання дисоціації комплексної сполуки з невеликою стійкістю;

б) для отримання комплексу постійного складу;

в) для отримання координаційно насиченої комплексної сполуки.

2. Треба створити певне значення рН, бо при зміні рН може йти гідроліз і утворюватись комплекси різного складу.

3. Усунути вплив домішок, які можуть реагувати з речовиною, що визначається чи реагентом, або теж поглинати світло в вимірюваному діапазоні довжин хвиль.

Вплив домішок усувають, зв’язуючи їх в малорозчинну сполуку або безбарвний комплекс, видаляючи за допомогою екстракції. Або обирають робочу довжину хвиль, де домішка не поглинає світло.

4. Враховують час проведення вимірювань оптичної густини, так як забарвлення може розвиватись у часі, або комплекс може з часом руйнуватись.

1.3 Методи визначення концентрації

1) Метод градуювального графіка (графічний метод) Готують серію стандартних розчинів з відомою концентрацією визначуваної речовини і вимірюють їх оптичну густину при певній довжині хвилі. За отриманими даними будують градуювальний графік в координатах А–С(m) (рис. 1.4). До досліджуваного розчину додають таку ж кількість реактивів що і до стандартних і вимірюють його оптичну густину і за градуювальним графіком знаходять вміст визначуваної речовини.

Рис. 1.4 Градуювальний графік в прямій фотометрії

Підпорядкування закону Бера не є строго необхідною умовою для цього методу. Якщо для досліджуваних у визначених умовах речовин, установлені відповідна залежність А від С, що представляє криву, а не пряму, то вона може служити калібрувальним графіком, але для її побудови необхідно більше еталонних розчинів.

2) Метод молярного коефіцієнта світлопоглинання – полягає в вимірюванні оптичної густини декількох стандартних розчинів. Для кожного розраховують ε: ε=і знаходять середнє значення ε_ср. Визначивши A_х, знаходять його концентрацію:

с_x = .

В цьому методі необхідно знати точні значення молярного коефіцієнта поглинання в реальних умовах, тому метод використовується рідко.

3) Метод стандартів. Готують один стандартний розчин і вимірюють оптичну густину стандартного А_ст та досліджуваного A_х розчинів. с_х знаходять за пропорцією:

A_ст = εс_стl A_х = εс_хl,

A_ст/A_х = с_ст/с_х звідки .

(Необхідне підпорядкування закону Бугера-Ламберта-Бера).

4) Метод добавок. У дві мірні колби відбирають певний об'єм розчину досліджуваної речовини. В одну з цих колб додають стандартний розчин. Після переведення компонента в забарвлену сполуку, об'єми розчинів в колбах доводять до мітки фоном і вимірюють оптичну густину цих розчинів. Метод дозволяє аналізувати складні суміші.

A_х = εс_хl,

A_х+ст = ε(с_х + с_ст)l,

.

5) Диференційний метод полягає у вимірюванні оптичної густини розчину, що аналізують, не по відношенню до води (розчинника), а відносно до стандартного розчину визначуваної речовини з відомою концентрацією. При цьому вимірюють відносну оптичну густину ∆А.

Рис. 1.5 Градуювальний графік в диференційній фотометрії

A_х = εс_хl,

A_ст = εс_стl,

∆А = A_х – A_ст = l(c_x–c_ст),

де A_ст – оптична густина стандартного розчину відомої концентрації.

Використовуючи набір еталонних розчинів, будують калібрувальний графік в координатах ∆А–с (концентрація). Вимірюють ∆А розчину, що аналізується і по графіку знаходять його концентрацію (рис. 1.5).

Цей метод застосовують:

а) при визначенні більш високих концентрацій речовини;

б) для усунення впливу сторонніх компонентів, які заважають визначенню та які вводять у розчин порівняння;

в) для виключення помилки за рахунок поглинання світла самим реактивом.

6) Метод фотометричного титрування. В цьому методі, розчин, який містить визначувану речовину, в прозорій посудині поміщують на шляху світлового потоку, додають титрант порціями при перемішуванні і вимірюють оптичну густину при обраній довжині хвилі після кожного додавання титранта. За отриманими даними будують графік в координатах А–V_R (мл) (рис. 1.6). Графічно знаходять точку еквівалентності як точку перетину двох лінійних ділянок і визначають об’єм титранта, що пішов на титрування, та розраховують вміст речовини X, що визначається.

Рис. 1.6 Крива фотометричного титрування

Х + R ↔ ХR .

Форма кривих фотометричного титрування залежить від того які речовини поглинають електромагнітне випромінювання з обраною довжиною хвилі: визначувана речовина, продукт реакції чи титрант.