Фотоколориметрический метод анализа

Введение.

Фотоколориметрический метод исследования проводят с помощью прибора - фотоколориметр — оптический прибор для измерения концентрации веществ в растворах. Действие колориметра основано на свойстве окрашенных растворов поглощать проходящий через них свет тем сильнее, чем выше в них концентрация окрашивающего вещества. В отличие от спектрофотометра, измерения ведутся в луче не монохроматического, а полихроматического узко спектрального света, формируемого светофильтром. Применение различных светофильтров с узкими спектральными диапазонами пропускаемого света позволяет определять по отдельности концентрации разных компонентов одного и того же раствора. В отличие от спектрофотометров, фотоколориметры просты, недороги и при этом обеспечивают точность, достаточную для многих применений.

Колориметры разделяются на визуальные и объективные (фотоэлектрические) — фотоколориметры. В визуальных колориметрах свет, проходящий через измеряемый раствор, освещает одну часть поля зрения, в то время как на другую часть падает свет, прошедший через раствор того же вещества, концентрация которого известна. Изменяя толщину l слоя одного из сравниваемых растворов или интенсивность I светового потока, наблюдатель добивается, чтобы цветовые тона двух частей поля зрения были неотличимы на глаз, после чего по известным соотношениям между l, I и с может быть определена концентрация исследуемого раствора.

Фотоэлектрические колориметры (фотоколориметры) обеспечивают большую точность измерений, чем визуальные; в качестве приёмников излучения в них используются фотоэлементы (селеновые и вакуумные), фотоэлектронные умножители, фоторезисторы (фотосопротивления) и фотодиоды. Сила фототока приемников определяется интенсивностью падающего на них света и, следовательно, степенью его поглощения в растворе (тем большей, чем выше концентрация). Помимо фотоэлектрического колориметра (фотоколориметра) с непосредственным отсчетом силы тока, распространены компенсационные колориметры, в которых разность сигналов, соответствующих стандартному и измеряемому растворам, сводится к нулю (компенсируется) электрическим или оптическим компенсатором (например, клином фотометрическим); отсчет в этом случае снимается со шкалы компенсатора. Компенсация позволяет свести к минимуму влияние условий измерений (температуры, нестабильности свойств элементов колориметра) на их точность. Показания колориметра не дают сразу значений концентрации исследуемого вещества в растворе — для перехода к ним используют градуировочные графики, полученные при измерении растворов с известными концентрациями.

Измерения с помощью колориметра отличаются простотой и быстротой проведения. Точность их во многих случаях не уступает точности других, более сложных методов химического анализа. Нижние границы определяемых концентраций в зависимости от метода составляют от 10−3 до 10−8 моль/л.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Фотоколориметрический  метод анализа.

Фотоколориметрический метод анализа обладает высокой чувствительностью и избирательностью. Высокая чувствительность метода объясняется наличием возможности накапливать анализируемый компонент в растворе или на индикаторной ленте. Высокая избирательность метода характеризуется специфичностью химической реакции между анализируемым компонентом и реактивом-индикатором.

Фотоколориметрический метод анализа, подобно колориметрическому, может быть использован как косвенный физико-хмический метод. При этом величина фототока используется для определения точки эквивалентности титрования. Титруемый раствор в этом случае помещают перед фотоэлементом и к нему при перемешивании добавляют рабочий раствор; в процессе титрования отмечают величины фототоков. По полученным данным строят график титрования, откладывая по одной оси объем рабочего раствора, а по другой - величину фототока. Если за точкой эквивалентности происходит изменение окраски титруемого раствора, то это скажется на величине фототока и на графике будет обнаружен резкий перегиб.

Фотоколориметрический метод анализа может быть применен не только для окрашенных, но и для бесцветных соединений. Многие соединения, особенно органические, обнаруживают характерные полосы поглощения в ультрафиолетовой части спектра, что можно использовать для фотоколориметрии в этой области спектра.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Фотоколориметрический  метод анализа основан.

Фотоколориметрический метод анализа основан на измерении поглощения света растворами с помощью фотоколориметра.

Фотоколориметрический метод анализа основан на измерении интенсивности света, прошедшего через окрашенный раствор. Это измерение и проводят с помощью специального оптического прибора - фотоколориметра. Часть светового потока, проходя через раствор, поглощается прошедший через раствор световой поток, попадая на фотоэлемент, вызывает в нем электрический ток ( фототек), сила которого измеряется гальванометром. Сила тока прямо пропорциональна интенсивности падающего на фотоэлемент света. Пользуясь предварительно построенным графиком, определяют концентрацию окрашенного соединения в растворе.

Фотоколориметрический метод анализа обладает высокими чувствительностью и избирательностью. Высокая чувствительность метода объясняется возможностью накапливания анализируемого компонента в растворе или на индикаторной ленте. Благодаря указанным преимуществам фотоколометрический метод широко применяют для анализа чистоты воздуха производственных помещений.

Фотоколориметрический метод анализа основан на определении концентрации вещества по светопоглощению полихроматического излучения видимой части спектра.

Фотоколориметрический метод анализа основан на измерении интенсивности света, прошедшего через окрашенный раствор. Это измерение проводят с помощью специальных оптических приборов-фотоколориметров. Часть светового потока, проходя через раствор, поглощается; прошедший через раствор световой поток, попадая а фотоэлемент, вызывает в ем электрический ток ( фототек), сила которого измеряется гальванометром. Сила тока прямо пропорциональна интенсивности падающего на фотоэлемент света. Пользуясь предварительно построенным градуировоч-ным графиком, определяют концентрацию окрашенного соединения в растворе. Поэтому фотоколориметрический метод анализа остается одним из основных инструментальных средств определения микроконцентрации газов.

 

3. Преимущества фотоколориметрического метода анализа.

 

Преимущества фотоколориметрического метода анализа - высокая чувствительность, избирательность и универсальность. Высокая чувствительность метода обусловлена возможностью накапливать окрашенный продукт химического взаимодействия в растворе или на ленте. Чувствительность метода резко падает при измерении концентраций в несколько объемных процентов и выше. 

 

При фотоколориметрическом методе анализа измеряют поглощение световых лучей широких участков видимого спектра. При спектрофотометрическом анализе измеряют поглощение монохроматического света. Спектрофотометрический анализ используется для видимой, ультрафиолетовой и ближней инфракрасной областей спектра. 

Аппаратура для фотоколориметрических методов анализа более проста, что и обусловило их преимущественное использование в производственных автоматических и лабораторных приборах. 

Вторым преимуществом фотоколориметрических методов анализа является их высокая избирательность, которая определяется специфичностью подобранной химической реакции между определяемым компонентом газовой смеси и индикаторным раствором. Третьим преимуществом фотоколориметрических методов анализа является возможность создания универсальных конструкций фотоколориметрических газоанализаторов, так как один и тот же прибор с различными индикаторными растворами может быть использован для определения различных газов. 

В основе фотоколориметрического метода анализа лежит закон Ламберта - Веера и вытекающие из этого закона выводы

В основе фотоколориметрического метода анализа лежит закон Ламберта - Беера и вытекающие из этого закона выводы

Вторым преимуществом фотоколориметрических методов анализа является их высокая избирательность, которая определяется специфичностью подобранной химической реакции между определяемым компонентом газовой смеси и индикаторным раствором. Третьим преимуществом фотоколориметрических методов анализа является возможность создания универсальных конструкций фотоколориметрических газоанализаторов, так как один и тот же прибор с различными индикаторными растворами может быть использован для определения различных газов. 

Обсуждены особенности ленточного фотоколориметрического метода анализа; рассмотрены разработанные и перспективные виды индикаторных лент. Даны сведения о зарубежных и отечественных фотоколориметрических ленточных газоанализаторах. 

В приборах, основанных на фотоколориметрическом методе анализа, используется цветная избирательная реакция между индикатором в растворе или на ленте и компонентом газовоздушной смеси, концентрация которого определяется. Причем мерой концентрации определяемого компонента является интенсивность окраски образующихся в результате реакции комплексов. 

Для построения калибровочного графика при фотоколориметрическом методе анализа необходимо подготовить большую серию рабочих образцовых растворов. 

Эта операция требует много времени и в ряде случаев препятствует широкому внедрениюфотоколориметрических методов анализа. 

Вторым преимуществом фотоколориметрических методов анализа является их высокая избирательность, которая определяется специфичностью подобранной химической реакции между определяемым компонентом газовой смеси и индикаторным раствором. Третьим преимуществом фотоколориметрических методов анализа является возможность создания универсальных конструкций фотоколориметрических газоанализаторов, так как один и тот же прибор с различными индикаторными растворами может быть использован для определения различных газов. 

Спектрофотометрический метод анализа основан на спектрально-избирательном поглощении монохроматического потока световой энергии при прохождении его через исследуемый раствор. Метод позволяет определять концентрации отдельных компонентов смесей окрашенных веществ, имеющих максимум поглощения при различных длинах волн, он более чувствителен и точен, чем фотоэлектроколориметрический метод. Известно, что фотоколориметрический метод анализа применим только для анализа окрашенных растворов, бесцветные растворы в видимой области спектра обладают незначительным коэффициентом поглощения. Однако многие бесцветные и слабо окрашенные соединения ( особенно органические) обладают Характерными полосами поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, что используют для их количественного определения. Спектрофотометрический метод анализа применим для измерения светопоглощения в различных областях видимого спектра, в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, что значительно расширяет аналитические возможности метода. 

 

 

 

 

 

 

 

4. Различия.

Различают спектрофото-метрический и фотоколориметрический методы. Спектрофотометри-ческий метод анализа основан на измерении поглощения света ( монохроматического излучения) определенной длины волны, которая соответствует максимуму кривой поглощения вещества. Фотоколориметрический метод анализа основан на измерении свето-поглощения или определении спектра поглощения в приборах - фотоколориметрах в видимом участке спектра. 

Абсорбционный спектральный анализ в ультрафиолетово видимой и инфракрасной областях спектра. Различают спектр фотометрический и фотоколориметрический методы. Спектроф тометрический метод анализа основан на измерении поглощен. Фотоколориметрический метод анализа основан на измерею светопоглощения или определения спектра поглощения в приборах-фотоколориметрах в видимом участке спектра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Качественный анализ методом фотометрии

Молекулы различных веществ характеризуются своей системой энергетических уровней, поэтому спектры поглощения их будут различаться по числу полос поглощения, их положению в шкале длин волн и интенсивности. Этот факт используют для идентификации и проведения качественного анализа веществ, используя для этого значения λmax и εmax, которые зависят от природы вещества.  Ультрафиолетовые спектры поглощения обычно имеют две-три и более полос поглощения. Для идентификации исследуемого вещества записывают его спектр поглощения в различных растворителях и сравнивают полученные данные с соответствующими спектрами исходных веществ известного состава. Если спектры поглощения исследуемого вещества в разных растворителях совпадают со спектром известного вещества, то делают заключение об идентичности химического состава этих соединений. При идентификации вещества следует также обратить внимание на интенсивность поглощения. Очень многие органические вещества имеют полосы поглощения, максимумы которых расположены при одинаковой длине волны, но интенсивности их различны.

Например, в спектре фенола наблюдается полоса поглощения при λ = 255 нм, для которой ε = 1450. При той же длине волны ацетон имеет полосу поглощения, для которой ε = 17.

Появление полос поглощения в электронных спектрах обусловлено переходами электронов в молекуле вещества между электронными уровнями из основного —  в возбужденное состояние.