Анализ однокомпонентных систем фотометрическим методом

Метод сравнения оптических плотностей стандартного и исследуемого соединений. Для анализа вещества этим способом готовят раствор исследуемого вещества и два-три стандартных раствора, затем измеряют оптические плотности этих растворов в одинаковых условиях (длина волны, толщина поглощающего слоя). Погрешность определения будет меньше, если оптические плотности исследуемого и стандартного растворов будут иметь близкие значения. Для этого вначале фотометрируют исследуемый раствор, а затем подбирают нужную концентрацию стандартного раствора. Согласно закону Бера, оптические плотности исследуемого и стандартного растворов равны:

Разделив уравнение (1.9) на (1.10) и учитывая, что оптические плотности измеряют в одних и тех же условиях (l = const, l = const) и в растворе одни и те же светопоглощающие частицы (e_l = const), получим:

откуда

Метод сравнения используется для единичных анализов и требует обязательного соблюдения закона Бера.

Метод молярного коэффициента поглощения. При работе по этому методу определяют оптическую плотность нескольких стандартных растворов А _ст, для каждого стандартного раствора рассчитывают молярный коэффициент поглощения:

и полученное значение e усредняют. Поскольку молярный коэффициент светопоглощения не зависит от толщины поглощающего слоя, измерения можно проводить в кюветах разной длины. Затем измеряют оптическую плотность исследуемого раствора А_х и рассчитывают концентрацию С_х:

Метод требует обязательного соблюдения закона Бера хотя бы в области исследуемых концентраций; используется довольно редко.

Метод градуировочного графика. В соответствии с законом Бугера – Ламберта – Бера график зависимости оптической плотности от концентрации должен быть линейным и проходить через начало координат.

Готовят серию стандартных растворов различной концентрации и измеряют оптическую плотность в одинаковых условиях. Для повышения точности определения число точек на графике должно быть не меньше трех-четырех. Затем определяют оптическую плотность исследуемого раствора А_х и по графику находят соответствующее ей значение концентрации С_х (рис.1.7).

Интервал концентраций стандартных растворов подбирают таким образом, чтобы концентрация исследуемого раствора соответствовала примерно середине этого интервала.

Метод является наиболее распространенным в фотометрии. Основные ограничения метода связаны с трудоемким процессом приготовления эталонных растворов и необходимостью учитывать влияние посторонних компонентов в исследуемом растворе. Чаще всего метод применяется для проведения серийных анализов.

Рис.1.7. Градуировочный график зависимости оптической

плотности от концентрации

Метод добавок. Этот метод применяют для анализа сложных растворов, так как он позволяет автоматически учитывать влияние посторонних компонентов анализируемого образца. Сначала измеряют оптическую плотность исследуемого раствора с неизвестной концентрацией

затем в анализируемый раствор добавляют известное количество стандартного раствора определяемого компонента (С _ст) и измеряют оптическую плотность А _{х+ ст}:

откуда

Для повышения точности добавку стандартного раствора определяемого компонента делают дважды и полученный результат усредняют.

Рис.1.8. Градуировочный график для определения

концентрации вещества по методу добавок

Уравнение (1.16) показывает, что если строить график А_х+ст как функции С_ст, то получится прямая, экстраполяция которой до пересечения с осью абсцисс дает отрезок, равный – С_х. Действительно, при А_х+ст = 0 из уравнения (1.16) следует, что – С_ст = С_х.

Метод дифференциальной фотометрии. В этом методе оптические плотности исследуемого и стандартных растворов измеряют не по отношению к растворителю или раствору сравнения с нулевым поглощением, а, в отличие от прямых спектрофотометрических методов, по отношению к раствору с известной концентрацией определяемого вещества С_о.

В зависимости от способов измерения относительной оптической плотности различают несколько вариантов метода.

1.Метод высокого поглощения – концентрация раствора сравнения меньше концентрации исследуемого раствора (С_о < С_х). Готовят серию стандартных растворов с концентрациями С ₁, С ₂ K С_n и фотометрируют стандартные и исследуемый растворы по отношению к раствору сравнения с концентрацией С_о. Значения относительной оптической плотности А¢ представляют собой разность оптических плотностей исследуемого (стандартных) раствора и раствора сравнения:

Концентрацию исследуемого раствора определяют расчетным способом или по градуировочному графику. Отличие градуировочного графика от обычного (рис.1.7) в том, что за начало отсчета принимают концентрацию раствора сравнения С_о.

При расчетном способе учитывают, что отношение оптических плотностей исследуемого и стандартных растворов соответствует отношению разности между концентрациями этих растворов и раствора сравнения:

Отсюда:

или

где

F называют фактором пересчета. В одной серии измерений F является постоянной величиной.

Метод рекомендуется использовать в тех случаях, когда оптическая плотность растворов больше единицы.

2. Метод низкого поглощения. Концентрация раствора сравнения больше концентрации исследуемого раствора (С_о > С_х). В этом случае применяют обратный порядок измерения: анализируемый и стандартные растворы условно принимают за растворы сравнения и по отношению к ним измеряют оптическую плотность изначального раствора сравнения. При обратном порядке измерения относительная оптическая плотность А¢ равна разности оптических плотностей исследуемого раствора (стандартного) и раствора сравнения:

Концентрацию С_х рассчитывают по формуле:

где

Метод низкого поглощения применяют чаще всего к растворам с оптической плотностью < 0,1.

3. Метод двухстороннего дифференцирования (метод предельной точности) сочетает в себе оба метода с прямым и обратным порядком измерения оптической плотности растворов.

При работе этим методом готовят несколько стандартных растворов с концентрациями, меньшими, чем в растворе сравнения, и столько же стандартных растворов с концентрациями, большими, чем в растворе сравнения.

Рис.1.9. Градуировочный график в методе двухсторонней

дифференциальной фотометрии

Если С > С_о, используют прямой порядок измерения, если С < С_о, применяют обратный порядок измерения, и значения относительных оптических плотностей берут со знаком минус (для фотометрических приборов стрелочного типа со шкалой). Современные фотоэлектроколориметры позволяют фиксировать отрицательные значения оптической плотности, поэтому используют прямой порядок измерений. Градуировочный график при этом не проходит через начало координат, а пересекает ось абсцисс в точке, соответствующей концентрации раствора сравнения С_о (рис.1.9).

Концентрацию исследуемого раствора можно определить и расчетным путем:

Как видно, при концентрации раствора сравнения С_о = 0 дифференциальный метод превращается в метод прямой фотометрии.

Дифференциальные методы анализа применяют для определения больших количеств веществ, для устранения мешающего влияния посторонних примесей и исключения поглощения реактивов. Этот метод применяют еще и в тех случаях, когда из-за большой концентрации нарушается закон Бугера – Ламберта – Бера, или когда значение оптической плотности выходит за границы шкалы прибора, а дальнейшее разбавление раствора нежелательно. Точность определения при использовании дифференциального метода повышается.

Поиск по сайту: