Основы фотометрического метода анализа

(молекулярная адсорбционная спектроскопия)

Фотометрический метод анализа основан на поглощении видимого и ультрафиолетового света молекулами растворённого вещества.

Поглощение света обусловлено присутствием в этих молекулах хромофорных групп, т.е. группировок атомов с различными связями.

Вещества, поглощающие видимый свет окрашены.

I₀ - интенсивность падающего на

раствор светового потока

- - - - - - - - - - - -

I₀ I I - интенсивность прошедшего

через раствор света

Световой поток при прохождении через раствор ослабляется из-за поглощённого света: I₀ > I

Аналитическим сигналом в фотометрии является оптическая плотность:

D = lg I₀ / I

Чем сильнее поглощает раствор, (чем интенсивнее его окраска), тем больше величина оптической плотности.

Основное уравнение называется закон Бугера-Ламберта-Бера:

D = E L Cx, где

D- оптическая плотность при данной длине волны света;

Е – молярный коэффициент поглощения;

L – толщина поглощающего слоя;

Сх – молярная концентрация поглощающих свет веществ.

Условия, при которых соблюдается закон Б-Л-Б:

1. Свет должен быть монохроматическим, т.е. с одной определённой длиной волны.

Источник света даёт полихроматический свет, дающий различные длины волн. В приборах для анализа используют:

-призма- спектрофотометр;

-светофильтр-фотоэлектроколориметр (ФЭК)

Спектрофотометр дает более точные результаты, но фотоэлектроколориметр более дешевый, массовый прибор.

2. Сх<10^-2 моль/л;

3. В растворе должны отсутствовать другие вещества, поглощающие свет с данной длиной волны.

Выбор длины волны для фотометрии:

1. С помощью спектрофотометра записывают спектры поглощения определяемого вещества:

D

l _max l

Выбирают длину волны соответственно максимуму, при этом важно, чтобы при выбранной длине волны другие компоненты раствора давали минимальную оптическую плотность.

2. При данной работе на ФЭКе выбирают светофильтр, цвет которого дополнительный к цвету анализируемого раствора.

Например: K₂CrO₄ – синий светофильтр, т.к. хромат калия имеет жёлтую окраску - в нём поглощаются длины волн, соответствующий синему цвету: жёлтый + синий = белый.

3. При работе на ФЭКе измеряют оптическую плотность исследуемого раствора, с несколькими светофильтрами выбирают тот, с которым значение оптической плотности максимально.

Не все вещества способны поглощать видимый и ультрафиолетовый свет, т.о. перед измерениями проводят фотометрическую реакцию: определяемое вещество, с помощью подходящего реагента переводят в окрашенное соединение:

Например: Fe³⁺ + 3SCN^- = Fe(SCN)₃

Св. жёлт. Красный

Cu²⁺ + 4NH₃ = [Cu(NH₃ )₄]²⁺

Св. гол. Ярко синий

Практическое применение фотометрии:

1. С использованием фотометрических реакций созданы методики фотометрического определения практически всех элементов периодической системы Д.И. Менделеева и органических веществ.

Фотометрия - наиболее распространённый из инструментальных методов анализа.

5. ХРОМАТОГРАФИЯ

Хроматография- группа методов разделения смеси, а также качественного и количественного анализа, основанных на распределении вещества между подвижной и неподвижной фазами.

При контакте с поверхностью неподвижной фазы компоненты смеси распределяются между подвижной и неподвижной фазами в соответствии с их свойствами (адсорбируемость, растворимость и др.). Вдоль хроматографической системы движутся только те молекулы, которые находятся в подвижной фазе.

Хроматографию впервые предложил в 1903 году русский ботаник М.С.Цвет.

Классификация хроматографических методов анализа:

1. По агрегатному состоянию подвижной фазы:

1.1 Газовая;

1.2 Жидкостная.

2. По агрегатному состоянию подвижной фазы:

2.1 Твёрдая;

2.2 Жидкая.

Таким образом, возможны следующие сочетания:

ГЖХ (газожидкостная хроматография); ГТХ; ЖЖХ; ЖТХ;

3. По механизму распределения веществ:

3.1 Адсорбционная х-я. (когда неподвижной фазой является твёрдое вещество способное адсорбировать определяемое вещество)

3.2 Распределительная х-я. (если неподвижной фазой является жидкость и анализируемое вещество способно в ней растворяться, то оно распределяется между подвижной и неподвижной фазой);

3.3 Ионно-обменная х-я. (в основе лежит процесс ионного обмена);

3.4 Реакционная х-я. (идёт химическая реакция между компонентами смеси и неподвижной фазой).

3.5 Молекулярно-ситовая или гельпроникающая х-я. (разделение происходит по размерам молекул)

4. По способу размещения неподвижной фазы:

1.1 Колоночная (при этом неподвижная фаза помещается в трубку из стекла или металла, т.е. в колонку): набивные колонки, капиллярные колонки;

1.2 Плоскостная (неподвижная фаза наносится тонким слоем на стеклянную пластинку): тонкослойная (ТСХ), бумажная (неподвижной фазой удерживается на специально-обработанной хроматографической бумаге, которая служит носителем).

5. По способу проведения анализа:

1.1 Фронтальная (анализируемую смесь непрерывно вводят в хроматографическую колонку);

5.2 Вытеснительная (после введения пробы и предварительного разделения слабоактивным элюэнтом состав элюэнта меняется. Новый элюэнт вытесняет компоненты, которые выходят из колонки в порядке их взаимодействия с неподвижной фазой);

5.3 Элюэнтная (пробу вводят в поток подвижной фазы.) Состав подвижной фазы постоянен. В процессе движения по колонке компоненты смеси разделяются на зоны, которые поочерёдноно выходят из колонки).

Требования к неподвижной фазе:

1. Физически сорбировать вещество, находящееся в подвижной фазе.

2. Химически сорбировать вещество, находящееся в подвижной фазе.

3. Растворять разделяемые вещества.

4. Иметь пористую структуру и поэтому удерживать одни вещества и не удерживать другие, в зависимости от их размера и формы.

Различными хроматографическими методами с помощью современных приборов хроматографов анализируют смеси разной природы, в том числе органических и биологически-активных веществ.

Например, жидкостной хроматограф определяет аминокислотный состав белков.

Практически любую смесь, даже веществ с очень близкими свойствами, можно разделить при соответствующем выборе хроматографического метода.