Фотометрические методы исследования

Количественный анализ светопоглощения основан на использовании объединенного закона Бугера-Ламберта-Бера, который гласит:

Интенсивность прошедшего через вещество (раствор) света (J) прямопропорциональна интенсивности падающего света (J₀) и находится в экспоненциальной зависимости от концентрации (с), молярного коэффициента поглощения (экстинкци ) ε и толщины поглощающего слоя (l).

Математически эта зависимость выражается уравнением:

где е – основание натурального логарифма;

При логарифмирования уравнения (3.05) получаем:

lg JO / J = Cl = Dl

3.06

где D_l - абсорбция света (оптическая плотность).

При С = 1 кмоль/м³ и l = 1 м, и D_l = , следовательно, экстинкция раствора (абсорбция света одномолярным раствором при толщине слоя 1 см) зависит от природы исследуемого вещества.

Уравнение (3.06) графически представляет собой прямую, выходящую из начала координат (рис. 3.1). Угол наклона этой прямой к оси абсцисс, при толщине слоя раствора 1см, характеризуется . Прямолинейная зависимость D_l = f(с) соблюдается в ограниченной области концентрации растворов, поэтому, использовать закон Бугера-Ламберта-Бера можно только в области прямолинейного участка на графике. Светопоглощение обуславливает цвет растворов. Метод исследования, основанный на сравнении интенсивности окраски растворов, называется визуальной колориметрией.

Абсорбция света ,D_{λ б}

в

Концентрация,

1 2 3 4 5

С·10^-х, г/см³

Рис. 3.1. Вид прямой зависимости абсорбции света от концентрации.

В основе лежит следствие из закона Бугера-Ламберта-Бера.

слои вещества одинаковой толщины при прочих равных условиях всегда поглощают одну и ту же часть падающего на них светового потока или С₁l₁=C₂l₂. Этот метод достаточно часто используется при приближенных определениях концентраций (например, рН при сравнении с окраской индикатора или с цветовой шкалой).

Точность колориметрического метода возрастает с использованием фотоэлемента для регистрации светового потока. Фотометрические методы анализа подразделяются на фотоколориметрию и спектрофотоколориметрию.

Фотоколориметрия – анализ, основанный на измерении светопоглощения ( D_l) в монохроматическом свете. Применяется для количественного анализа объектов.Существует несколько приемов фотометрического анализа. Наиболее распространен метод калибровочной кривой, в основе которого лежит зависимость D_l=eCl.( см. методику колориметрического метода). Измерение абсорбции света производится на универсальных фотоэлектроколориметрах типа ФЭК, КФК и др.

Спектрофотоколориметрический метод рассматривает зависимость оптической плотности (D_l) от длины волны (l). Такая зависимость называется спектром поглощения. Спектр поглощения, свойственный тому или иному веществу, показывает, какой природы кванты поглощаются или испускаются молекулами этого вещества, т. е. свет с какой длиной волны поглощается или испускается этим веществом. Следовательно, метод спектрофотометрического анализа служит не только для определения количества вещества, но и для его идентификации, то есть для качественного анализа. Измерение абсорбции света при различных длинах волн осуществляется с помощью приборов спектрофотометров (марки СФ, Specord).

При помощи фотометрии возможно решение различных задач почвоведения и агрохимии: определение в почвах, растениях и удобрениях содержания фосфора, аммиака, нитратов и др. элементов.

Вопросы для самоподготовки

1. Предмет и задачи фотохимии, понятие о фотохимических процессах, их классификация.

2. Сформулируйте и поясните основные законы фотохимии.

3. Приведите примеры фотохимических реакций и укажите факторы, влияющие на скорость этих реакций, покажите схему процесса фотосинтеза.

4. Объясните сущность понятия «оптическая плотность» (абсорбция света) и выведите уравнение зависимости абсорбции света от концентрации. Возможно ли графическое изображение такой зависимости?

5. Расскажите об основных принципах определения содержания веществ в растворах по величине светопоглощения. В чем сущность фотометрических методов исследования? Их применение.

ЗАДАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 3

ЗАДАНИЕ 1,2. Определение содержания ионов в растворе фотоколориметрическим методом.

Цель работы.

1. Освоить методику фотоколориметрического метода определения концентрации растворов (стр. 156-158).

2. Определить содержание ионов меди или железа (Ш) в заданном растворе методом калибровочной кривой .

3. Рассчитать относительную ошибку работы и сделать выводы.

ЗАДАНИЕ 3, 4. Подбор длины волны по максимальному светопоглощению для растворов содержащих ионы Fe³⁺ или Сu²⁺ .

Цель работы.

1. Освоить методику измерения абсорбции света (стр.158-159).

2. Определить абсорбцию (оптическую плотность) в растворе Cu SO₄ или Fe₂ (SO₄ )₃ при различных длинах волн.

3. Построить графическую зависимость абсорбции света от длины волны ( спектр поглощения ).

4. Сделать вывод, при какой длине волны наблюдается максимальное светопоглощение.