Фотометрическое определение. 
Хроматометрическое и фотометрическое определение железа в железной руде

Теоретические основы метода

Методы анализа, основанные на поглощении электромагнитного излучения анализируемыми веществами, представляют обширную группу абсорбционных оптических методов. При поглощении света атомы и молекулы поглощающих веществ переходят в новое возбужденное состояние. В зависимости от вида поглощающих частиц и способа трансформирования поглощенной энергии различают:

• 1. Атомно-абсорбционный анализ, основанный на поглощении световой энергии атомами анализируемых веществ;
• 2. Молекулярно-абсорбционный анализ, основанный на поглощении света молекулами анализируемого вещества и сложными ионами в УФ, видимой и ИК областях спектра (колориметрия, спектрофотометрия, фотоколориметрия, ИК-спектроскопия).

Наиболее широко из методов молекулярно-абсорбционного анализа применяют колориметрию, фотоколориметрию и спектрофотометрию, объединяемые общим названием фотометрия.

Фотометрия основана на пропорциональной зависимости между концентрацией однородных систем (например, растворов) и их светопоглощением в видимой и УФ областях спектра. Из ФХМА фотометрические методы наиболее распространены вследствие сравнительной простоты оборудования, высокой чувствительности и возможности использования для определения почти всех элементов как при больших концентрациях (20−30%), так и микроколичеств (10^-3 -10^-4 %).

Общая схема фотометрических исследований такова: немонохроматизированное или монохроматизированное (т.е. с одной длиной волны) излучение направляют на пробу, помещенную в кювету (т.е. стаканчик из стекла с параллельными стенками и строго определенным расстоянием между ними l) определенной толщины, в которой происходит поглощение падающего света.

Интенсивность света, прошедшего через окрашенный раствор (I), отличается от интенсивности света, прошедшего через растворитель I₀ на величину поглощения света окрашенным раствором. Потери при отражении и рассеянии будут практически одни и те же при прохождении обоих пучков, так как форма и материал обеих кювет одинаковы, и они содержат один и тот же растворитель. Величину называют пропусканием (коэффициентом пропускания) или прозрачностью раствора. Взятый с обратным знаком десятичный логарифм T называют оптической плотностью.

A = -lgT = lg.

Уменьшение интенсивности света при прохождении через окрашенный раствор подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера:

I=I₀*10^-??lc A=??_лCl.

Связь интенсивности светопоглощения (A) с концентрацией © определяемого компонента называют также основным законом фотометрии.

Молярный коэффициент поглощения — светопоглощение при C=1 моль/л и l=1 см зависит от падающего света, природы растворенного вещества, температуры раствора и не зависит от объема раствора, толщины поглощающего слоя l, концентрации вещества C и интенсивности освещения. Поэтому является мерой поглощательной способности вещества при данной длине волны л и характеристикой чувствительности фотометрического анализа.

Если раствор подчиняется основному закону фотометрии, что является необходимым условием для ряда фотометрических методов, то зависимость A=f (C) — линейная, характеризующаяся прямой, исходящей из начала координат, если нет, то прямолинейность нарушается. Поэтому перед фотометрическим определением выявляют пределы концентраций, для которых применим закон Бугера-Ламберта-Бера.

Спектр поглощения каждого вещества графически представляет собой сложную кривую ??_л=f (л). Каждая полоса поглощения (пик на кривой) имеет в максимуме определенное значение. Измерения следует проводить в участках спектра, отвечающих максимальному значению величины ??_л. Измерения при максимальном значении достигается монохроматизацией падающего светового потока, т. е. выделением из сплошного спектра узкого участка. Чем больше монохроматизация, тем точнее можно измерить и, следовательно, тем точнее можно определить концентрацию вещества. Выбор в качестве монохроматора светофильтра основан на следующей зависимости спектров пропускания и поглощения: минимум спектра пропускания (максимум спектра поглощения) определяемого вещества должен совпадать с максимумом пропускания (минимумом поглощения) светофильтра.

Степень поглощения света фотометрируемым раствором измеряют с помощью фотоколориметров и спектрофотометров. Измерение оптической плотности стандартного и исследуемого окрашенных растворов всегда производят по отношению к раствору сравнения (нулевому раствору). В качестве раствора сравнения можно использовать аликвотную часть исследуемого раствора, содержащего все добавленные компоненты, кроме реагента, образующего с определяемым веществом окрашенное соединение. Если добавляемый реагент и все остальные компоненты раствора сравнения бесцветны и, следовательно, не поглощают лучей в видимой области спектра, то в качестве раствора сравнения можно использовать дистиллированную воду.

Одним из самых широкоиспользуемых методов в фотометрии — метод градуировочного графика: готовят серию стандартных растворов с различным содержанием определяемого компонента и измеряют их оптическую плотность при выбранной длине волны и толщине слоя. Необходимо, чтобы выбранный интервал концентраций соответствовал области возможных изменений концентраций анализируемых растворов. Строят градуировочный график в координатах АчC. В случае подчинения закону Бугера — Ламберта — Бера и при измерении оптической плотности относительно растворителя, график A=f© представляет собой прямую, проходящую через начало координат. Измеряют оптическую плотность исследуемого раствора А_х и по графику находят концентрацию С_х вещества в растворе. Также график можно построить в координатах A = f (V стандартного раствора), и по нему найти V_x — объём стандартного раствора, соответствующий анализируемому раствору.

Приборы, применяемые для измерения поглощения растворов, можно классифицировать следующим образом:

• 1. По способу монохроматизации лучевого потока: приборы с призменным или решетчатым монохроматорами, которые позволяют достигнуть высокой степени монохроматизации рабочего излучения называют спектрофотометрами; приборы, в которых монохроматизация достигается с помощью светофильтров, называют фотоэлектроколориметрами.
• 2. По способу измерения: однолучевые с прямой схемой измерения и двулучевые с компенсационной схемой измерения.
• 3. По способу регистрации измерений: регистрирующие и нерегистрирующие.