Фотоэлектроколориметрический метод анализа.

При прохождении монохроматического излучения через слой вещества интенсивность излучения уменьшается и тем больше, чем выше концентрация светопоглощающего раствора. Закон Бугера-Ламберта-Бера связывает уменьшение интенсивности света, прошедшего через раствор с концентрацией вещества и толщиной слоя. Чтобы учесть потери света сравнивают интенсивности света прошедшего через исследуемый раствор и растворитель. При одинаковой толщине слоя в кюветах из одинакового материала, содержащего один и тот же растворитель, уменьшение интенсивности света будет зависеть от концентрации вещества:

где I – интенсивность света, прошедшего через раствор, I₀ – интенсивность падающего света, ε– молярный коэффициент поглощения света, характерный для каждого окрашенного вещества и зависящий только от его природы, C – концентрация окрашенного раствора, l - толщина слоя светопоглощающего раствора. Уменьшение интенсивности света характеризуется коэффициентом пропускания – T:

Величину D - называют оптической плотностью, и данную величину определяют на приборе, который называется фотоэлектроколориметр - КФК.

Все фотоколориметрические методы основаны на общем принципе. Монохроматический световой поток проходит через кювету, наполненную окрашенным раствором, и воспринимается фотоэлементом, в котором световая энергия превращается в электрическую. Возникающий при этом электрический ток измеряют при помощи чувствительности гальванометра. Сила электрического тока, возникающего при действии световой энергии на фотоэлемент, прямо пропорциональна интенсивности освещения.

Основным преимуществом фотоколориметрических методов измерения является быстрота и легкость их выполнения при высокой точности. Для повышения точности определений или чувствительности фотоколориметрического метода, применяют светофильтры, поглощающие бесполезную для данного измерения часть и позволяющие производить измерения в определенной области спектра. Например, при работе с желтыми растворами применяют синие или фиолетовые светофильтры, зеленые растворы исследуют, применяя желтые или красные светофильтры, красные растворы – зеленые или синие светофильтры. Однако метод ограничен применимостью его лишь к растворам с невысокими концентрациями исследуемого вещества (единицы и доли процентов).

Выбор светофильтра

Для того, чтобы выделить лучи определенной длины волны, на пути светового потока помещают светофильтры. Светофильтры пропускают лучи лишь в определенном интервале длин волн и практически полностью поглощают лучи других длин волн. В качестве светофильтров применяют цветные стекла, пленки, окрашенные растворы.

Для каждого конкретного анализа светофильтр выбирают, исходя из спектра поглощения, таким образом, чтобы область максимального по-глощения лучей исследуемым раствором и область максимального про-пускания лучей светофильтром были одинаковы. При проведении анализа светофильтр подбирают экспериментально. Для этого приготавливают две пробы исследуемого раствора различной концентрации и измеряют их оптические плотности со всеми имеющимися светофильтрами. Затем для каждого светофильтра находят разность оптической плотности, соответствующую разности концентраций исследуемых проб. Тот светофильтр, для которого ΔD получается максимальной, выбирают для фотометрирования данного окрашенного раствора. Иногда используют менее точный, но более быстрый прием: выбирают светофильтр по цвету исследуемого раствора (табл. 2).

Таблица 2.

Цвет раствора	Область максимального поглощения лучей раствором, нм	Цвет светофильтра
Желто-зеленый	400 – 450	Фиолетовый
Желтый	450 – 480	Синий
Оранжевый	480 – 490	Зелено-синий
Красный	490 – 500	Сине-зеленый
Пурпурный	500 – 560	Зеленый
Фиолетовый	560 – 575	Желто-зеленый
Синий	575 – 590	Желтый
Зелено-синий	590 – 625	Оранжевый
Сине-зеленый	625 - 700	Красный

При массовых фотоколориметрических анализах не сравнивают каждый раз светопоглощение испытуемого раствора со светопоглощением эталонного раствора. Определение концентрации анализируемого раствора производится с помощью, так называемой калибровочной кривой, которая выражает зависимость оптической плотности раствора исследуемого вещества от концентрации. Для построения калибровочной кривой готовят серию стандартных растворов, имеющих известные концентрации определяемого вещества.

Определяя концентрацию исследуемого раствора, нужно измерить его оптическую плотность и из соответствующей точки на оси ординат восстановить перпендикуляр до пересечения с калибровочной кривой; из этой точки пересечения опустить перпендикуляр на ось абсцисс и отсчитать по этой оси концентрацию определяемого вещества.

На рис 1. Приведен пример построения калибровочного графика для определения концентрации нефти в воде.

Рис.1 Зависимость оптической плотности от концентрации нефти в воде.