8. Основные приемы фотометрических измерений

Метод гравировочного графика. В соответствии с законом Бугера — Ламберта — Бера график в координатах оптическая плотность — концентрация должен быть линеен и прямая должна проходить через начало координат. Для построения такого гра­фика достаточно, вообще говоря, одной экспериментальной точ­ки. Однако градуировочный график обычно строят не менее чем по трем точкам, что повышает точность и надежность опреде­лений

При отклонениях от закона Бугера—Ламберта — Бера, т.е. при нарушении линейной зависимости А от с, число точек на гра­фике должно быть увеличено. Применение градуировочных гра­фиков является наиболее распространенным и точным методом фотометрических измерений. Основные ограничения метода связаны с трудностями приготовления эталонных растворов и учетом влияния так называемых третьих компонентов, т е компонентов, которые находятся в пробе, сами не определяются, но на результат влияют.

Метод молярного коэффициента поглощения. При работе по этому методу определяют оптическую плотность нескольких стандартных растворов A_ст, для каждого раствора рассчитывают ε= А_ст/(lc_cт) и полученное значение ε усредняют. Затем измеряют оптическую плотность анализируемого раствора A_x и рассчитыва­ют концентрацию с_х по формуле

.

Ограничением метода является обязательное подчинение ана­лизируемой системы закону Бугера—Ламберта—Бера, по крайней мере, в области исследуемых концентраций.

Метод добавок. Этот метод применяют при анализе растворов сложного состава, так как он позволяет автоматически учесть влияние «третьих» компонентов. Сущность его заключается в следующем. Сначала определяют оптическую плотность A_x ана­лизируемого раствора, содержащего определяемый компонент неизвестной концентрации с_х, а затем в анализируемый раствор добавляют известное количество определяемого компонента (с_ст) и вновь измеряют оптическую плотность А_х+ст.

Концентрацию анализируемого вещества в методе добавок можно найти также по графику в координатах A_x+ст=f(c_ст).

К

Рис 4 Метод базовой линии

оличественный анализ по инфракрасным спектрам. Анализ по И К спектрам также основан на применении закона Бугера — Ламберта— Бера. Чаще всего здесь используется метод градуировочного графика. Существенно затрудняется применение мето­да молярного коэффициента поглощения в ИК-спектроскопии тем, что из-за рассеяния, сплошного поглощения и других эффектов часто бывает невозможно определить положение линии 100%-ного пропускания, т.е. определить интенсивность света, прошедшего через образец без анализируемого компонента (Т₀). Многие трудности количественной ИК-спектроскопии успешно преодолеваются с помощью метода базовой линии, кото­рый получил большое распространение в практике. Сущность его легко понять из рис. 4, на котором приведен участок ИК-спектра с двумя полосами поглощения (их волновые числа ν_A и ν_В) Базовая линия проводится в основании полосы поглощения (она изображена пунктиром). Коэффициент пропускания определяется в этом методе как отношение T_a=I_a/I или T_В=I_В/I_0(В). По полученным данным вычерчивают градуировочный график и производят определения.

Экстракционно-фотометрические методы. Экстракционные методы применяют в аналитической химии очень широко, причем определение анализируемого компонента в экстракте может про­водиться как фотометрическим, так и любым другим методом полярографическим, спектральным и т. д. Вместе с тем существу­ют некоторые группы экстракционных методов, в которых фото­метрическое окончание является наиболее эффективным, обеспечивая необходимую быстроту и точность определения. Эти методы обыч­но называют экстракционно-фотометрическими.

Определение смеси светопоглощающих веществ. Спектрофотометрический метод, в принципе, позволяет определить несколько светопоглощающих веществ в одном растворе без предварительного разделения. Большое практическое значение имеет частный случай такой системы — анализ смеси двух окрашенных веществ.

Фотометрическое титрование. В методе фотометрического титрования точка эквивалентности определяется с помощью фотометрических измерений. В ходе такого титрования измеряется светопоглощение раствора. Реализация этого мето­да возможна, если имеется подходящий индикатор или хотя бы один из компонентов реакции титрования поглощает свет.

Метод дифференциальной фотометрии. Фотометрирование интенсивно окрашенных растворов успешно осуществляется методом дифференциальной фотометрии. В обычной фотометрии сравниваемся интен­сивность света I_x, прошед­шего через анализируемый раствор неизвестной кон­центрации, с интенсивностью света I₀, прошедшего через растворитель. Коэффициент пропускания такого раство­ра будет равен отношению интенсивностей (рис. 5).

.

Рис 5. Схема обычной и дифференциальной фотометрии а — обычная, б – дифференциальная

В дифференциальной фотометрии второй луч света проходит не через растворитель, а через окрашенный раствор известной концентрации — так называемый раствор сравнения концентрации с_ср. Его интенсивность обозначим как I_ср. Интенсивность све­та, прошедшего через анализируемый раствор, по-прежнему пусть будет I_x. Отношение интенсивностей I_x /I_ср называется условным коэффициентом пропускания T’_x.

.

Отношение I_ср к I₀ характеризует коэффициент пропускания раствора сравнения:

.

Так как

;

,

то

или, переходя от коэффициентов пропускания к оптическим плотностям,

;

, (6)

где А'_х — относительная оптическая плотность.

У

Рис 6 Гравировочный гра­фик дифференциальной фотометрии

равнение (6) показывает, что относительная оптическая плотность, так же как и истинная, пропорциональна концентра­ции окрашенного вещества, однако прямая А'_х—с_x не проходит через начало координат (рис. 6). Пусть анализируемый раствор имеет оптическую плотность А= 4,0, что методом обычной фотометрии достаточно точно измерить нельзя. Взяв вместо рас­творителя раствор А_ср=3,0, получаем относительную оптическую плотность A’_x=A_x—A_ср=4.0 — 3,0=1,0, что можно измерить уже с необходимой точностью.

Таким образом, дифференциальная фотометрия существенно расширяет область концентраций, доступную для точных фото­метрических измерений. Кроме того, точность некоторых методик дифференциальной фотометрии пре­вышает точность методик обычной фотометрии.