Фотоколориметрический метод Иванцова Е. А.

Фотоколориметрический метод
Иванцова Е. А.
Иванцова Е. А. Фотоколориметрический метод
Иванцова Евгения Александровна / Ivancova Evgenya Aleksandrovna – студент,
группа химии высокомолекулярных соединений,
естественнонаучный факультет,
Башкирский государственный университет (Стерлитамакский филиал), г. Стерлитамак
Аннотация: в статье анализируются фотоколориметрический метод и его методы нахождения
концетрации анализируемых веществ. Нахождение оптической плотности по закону Ламберта-Беера.
Рассматриваются аналитические задачи, решаемые фотоколориметрическим методом.
Ключевые слова: анализ, методы фотоколориметрии, фотометрические методы, определение
концетраци, аналитические задачи.
Фотоколориметрический метод основан на определении содержания веществ в растворах по
поглощению немонохроматического излучения света в видимой области спектра.
Этим методом можно по интенсивности окраски раствора установить концентрацию определяемого
вещества в растворе. В основу метода положено свойство окрашенных растворов поглощать проходящий
через него свет определенной длины волны. Снижение интенсивности света при прохождении его через
раствор тем больше, чем интенсивнее окрашен раствор и чем больше слой жидкости, через который он
проходит.
Это измерение и проводят с помощью специального оптического прибора – фотоколориметра.
Большинство металлов и металлоидов способно к образованию различных окрашенных комплексных
соединений, поэтому область применения фотометрических методов анализа практически не имеет
ограничения. Для фотометрических методов важнейшее значение имеют правильно выбранные условия
выполнения химической реакции по переведению определяемого элемента в окрашенное соединение и
знание условий поглощения света окрашенными растворами.
Фотометрические
методы
получили
распространение:
простота
оборудования,
высокая
чувствительность, возможность определения почти всех элементов [1, с. 27].
Фотоколориметрический метод широко используют в практике анализа на металлургических заводах с
использованием фотокалориметров. При измерениях вычисляют среднее значение оптической плотности.
Зная оптическую плотность, по градуировочной кривой (построенной по серии стандартных растворов)
определяют концентрацию анализируемого вещества. Преимущества – объективность анализа, повышенная
точность и меньшая трудоемкость. Оптическую плотность можно найти по закону Ламберта-Беера:
A = lg =k*l*с
А – оптическая плотность.
I0 – интенсивность входящего светового потока.
It – интенсивность прошедшего светового потока.
l – толщина светового слоя.
k – коэффициент пропорциональности.
с – концентрация вещества.
Физический смысл: оптическая плотность 1 моль/литр раствора, измеренная в кювете длинной 1 см.
Для определения концентрации анализируемых веществ в фотоколориметрии применяют:
- метод сравнения оптических плотностей стандартного и исследуемого окрашенных растворов;
- метод определения по среднему значению молярного коэффициента светопоглощения;
- метод градуировочного графика;
- метод добавок.
Метод сравнения оптических плотностей стандартного и исследуемого окрашенных растворов.
Для определения готовят эталонный раствор определяемого вещества известной концентрации, которая
приближается к концентрации исследуемого раствора. Определяют оптическую плотность этого раствора
при определенной длине волны. Затем определяют оптическую плотность исследуемого раствора при той
же длине волны и при той же толщине слоя. Сравнивая значения оптических плотностей исследуемого и
эталонного растворов, находят неизвестную концентрацию определяемого вещества.
Метод сравнения применим при однократных анализах, и требует обязательного соблюдения основного
закона светопоглощения.
Метод градуировочного графика. Для определения концентрации вещества этим методом готовят серию
из 5-8 стандартных растворов различной концентрации. При выборе интервала концентраций стандартных
растворов руководствуются следующими положениями:
-·он должен охватывать область возможных измерений концентрации исследуемого раствора;
-·оптическая плотность исследуемого раствора должна соответствовать примерно середине
градуировочной кривой;
-·желательно, чтобы в этом интервале концентраций соблюдался основной закон светопоглощения, то
есть график зависимости был прямолинейным;
-·величина оптической плотности должна находиться в пределах 0, 14-1,3.
Этот метод позволяет определить концентрацию вещества даже в тех случаях, когда основной закон
светопоглощения не соблюдается. В таком случае готовят большое количество стандартных растворов,
отличающихся по концентрации не более чем на 10 %.
Разновидность метода сравнения – метод добавок – основан на сравнении оптической плотности
исследуемого раствора и того же раствора с добавкой известно количества определяемого вещества.
Применяют его для устранения мешающего влияния посторонних примесей, определения малых
количеств анализируемого вещества в присутствии больших количеств посторонних веществ. Метод
требует обязательного соблюдения основного закона светопоглощения.
Аналитические задачи, решаемые фотоколориметрическим методом:
1. Определения, основанные на собственном светопоглощении веществ (определение кофеина в чае).
2. Определения, связанные с образованием интенсивно окрашенных продуктов при добавлении
бесцветного реактива к бесцветному раствору определяемого вещества (определение белков, нитритов).
3. Определения, основанные на измерении интенсивности окраски избытка окрашенного реактива
(определение сахаров по избытку дихромата калия) [2, с. 59].
Для повышения чувствительности и точности колориметрических измерений необходимо через
исследуемый раствор пропустить свет с возможно узкой областью спектра, длинами волн, которые
соответствуют максимуму поглощения света исследуемым окрашенным раствором.
Различают прямые и косвенные фотоколориметрические измерения. Широкое применение прямых
измерений в концентрационном анализе основано на прямой зависимости количества поглощенной энергии
от концентрации поглощающего вещества в растворе.
Косвенные методы основаны на образовании в системе комплексных или внутрикомплексных
(хелатных) соединений достаточно высокой устойчивости в результате реакции определяемого иона М с
реактивом Р. Повышенная устойчивость комплекса способствует более полному связыванию определяемого
иона М реактивом Р, увеличению точности и чувствительности измерений, снижению влияния посторонних
ионов, присутствующих в растворе. Важнейшим требованием является постоянство состава окрашенных
соединений, обусловливающее стабильность интенсивности окраски раствора и, как следствие,
оказывающее влияние на точность измерений.
Изменение состава окрашенного комплекса может быть обусловлено ступенчатым характером его
образования и диссоциации, разложением во времени, присутствием посторонних веществ,
взаимодействующих с определяемым ионом М или реактивом Р, влиянием рН среды. Существенным
фактором является качество реактива, используемого для проведения цветной реакции. Если комплекс
высокопрочный, и отсутствуют компоненты, реагирующие с ионом М, то избыток реактива по сравнению со
стехиометрическим рассчитанным должен составлять 30-50 %. Если прочность окрашенного соединения
невысока, или из-за его диссоциации определяемый ион связывается не полностью, количество
используемого реагента должно превышать стехиометрическое примерно на один порядок [3, с. 16].
Наибольшее распространение метод фотоколориметрии нашел для проведения качественного и
сортового анализа исходных ингредиентов, применяемых в производстве, и переработке латексов и
коллоидно-химических свойств последних.
Литература
1. Чакчир Б. А., Алексеева Г. М. Фотометрические методы анализа: Методические указания. – СПб; Изд-во
СПХФА 2002.-44 с.
2. Золотов Ю. А. Некоторые аспекты истории аналитической химии.— Вест. Моск. Ун-та. Сер. 2. ХИМИЯ.
— 2002. — Т. 43. — № 2. С. 116-118.
3. Кузнецов В. В. Определение рН. — Соросовский образовательный журнал. — 2001. — № 4. — С. 44 —
51.