Спектрофотометрия сущность метода

Сущность спектрофотометрии

СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ

Спектрофотометрия – метод исследования и анализа, основанный на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения.

Спектрофотометрия широко применяется для исследования органических и неорганических веществ, для качественного и количественного определения различных веществ, для контроля технологических процессов и окружающей среды.

По типам изучаемых систем спектрофотометрию обычно делят на атомную и молекулярную. Спектры возникают при переходе системы из одного стационарного состояния в другое. При этом система поглощает или испускает энергию в виде кванта, величина которого равна разности энергии двух состояний:

где h – постоянная Планка ; ν – частота кванта света.

Вместо частоты ν используют волновое число ω = ν/с = 1/λ, где с – скорость света; λ – длина волны. Волновое число ω также называют частотой. Тогда частота спектральных линий определяется по формуле:

В свою очередь, энергетическое состояние определяется свойствами электронных оболочек атомов и молекул, колебаниями атомных ядер в молекулах и вращением молекул. Различают спектроскопию в инфракрасной (ИК), видимой и ультрафиолетовой (УФ) областях спектра.

Съёмка молекулярных спектров основывается на следующем законе: молекула поглощает электромагнитное излучение только таких длин волн, какие она может излучать. При пропускании пучка лучей, имеющего сплошной спектр, сквозь слой определяемого вещества последнее поглощает лучи определённых длин волн.

По спектральному составу света, поглощаемого молекулами данного вещества, можно судить о природе этих молекул. На этом основаны качественная и структурная спектроскопия. Применение спектроскопии в УФ и видимой областях спектра основано на поглощении электромагнитного излучения соединениями, содержащими хромофорные и ауксохромные группы.

Количественный спектральный анализ основана на том, что количество поглощаемой энергии зависит от числа молекул, принимающих участие в этих процессах. Основным законом, на котором основан количественный спектрофотометрических анализ, является закон Бугера-Ламберта-Бера.

Закон Бугера-Ламберта-Бера. каждая молекула (ион) растворённого вещества поглощает одинаковую часть монохроматического излучения; интенсивность излучения после прохождения слоя раствора уменьшается экспоненциально с увеличением концентрации растворённого вещества, а оптическая плотность линейно увеличивается с ростом концентрации. Этот закон объединяет два более простых закона: закон Бугера-Ламберта и закон Бера.

Закон Бугера-Ламберта: говорит о том, что каждый слой однородного вещества поглощает равную долю падающего на него монохроматического излучения.

Закон Бера: устанавливает связь между поглощением и концентрацией: поглощение монохроматического излучения прямо пропорционально концентрации поглощающего вещества.

Вывод закона Бугера-Ламберта-Бера: В толще раствора мысленно выделим элементарный слой сечением 1 см 2 и толщиной dx см. Объём этого слоя равен dx см 3. Если концентрацию раствора выразить через число молекул (ионов) растворённого вещества в 1 см 3. то их количество в элементарном слое равно Ndx. Направим на элементарный слой, перпендикулярно к нему поток излучения с длиной волны лямбда и интенсивностью I (интенсивность равна энергии излучения, падающего на единицу поверхности в единицу времени).

Предположим, что монохроматическое излучение с длиной волны лямбда поглощается только молекулами растворённого вещества и притом в равных количествах. Тогда уменьшение интенсивности излучения при прохождении через элементарный слой будет пропорционально числу поглощающих молекул и интенсивности падающего излучения:

Принимая во внимание, что представим полученное выражение в виде:

d ln I = -εNdx (1)

Проинтегрируем уравнение (1) от начальной интенсивности I0 (х=0) до его конечного значения I (х=l):

Коэффициент пропорциональности ε-молекулярный коэффициент поглощения. Он равен поглощению излучения с данной длиной волны лямбда, приходящемуся на одну поглощающую частицу (молекулу или ион).

Выразим концентрацию числом грамм-молекул растворённого вещества в 1 л раствора, т.е. через молярность — с.

Подставив полученную величину в уравнение (3) и перейдя к десятичным логарифмам, получим:

Объединим постоянные, обозначив их символом К:

Коэффициент К получил название молярного коэффициента поглощения.

Перепишем уравнение (3) с учётом зависимости (4)

Величину D назовём оптической плотностью. Оптическая плотность является мерой измерения интенсивности монохроматического излучения в результате взаимодействия излучения с растворённым веществом.

Уравнения (5) и (6) являются математическими формулировками двух законов поглощения монохроматического излучения. Уравнение (5) — закон Бугера-Ламберта, а уравнение (6) — закон Бера.

В обобщенном виде: закон Бугера-Ламберта-Бера.

Закон Ламберта справедлив при любой толщине слоя, если свет является монохроматичным, т.е. характеризуется только одной определённом частотой колебаний. Несоблюдение условия монохроматичиности света приводит к нарушению этого закона, так как коэффициент поглощения зависит от длины волны.

Область применения закона Бера является значительно более узкой, так как он предполагает независимость коэффициента поглощения от концентрации. Однако в растворах небольших концентрации коэффициент поглощения изменяется с ростом концентрации, так как при этом изменяется состояние вещества в растворе (вследствие ассоциации, диссоциации, полимеризации и т.д.).

Отношение называется пропусканием, изменяется от 0 до 1 (или от 0 до 100%).

Чаще пользуются величиной оптической плотности D:

Величина оптической плотности может принимать любые значения — от 0 до бесконечности. Однако при количественных измерениях точные результаты получаются при величине оптической плотности от 0,2 до 0,8.

Если поглощение излучения раствором подчиняется закону Бугера-Ламберта-Беера, то зависимость оптической плотности раствора от его концентрации прямолинейна, при отклонении от этого закона прямолинейная зависимость D = f(c) нарушается.

Спектр поглощения любого вещества представляет собой график, где на оси абсцисс отложены длины волн, а на оси ординат – оптические плотности D или пропускание T.

5.189.137.82 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Спектрофотометрический метод — анализ

Спектрофотометрический метод анализа основан на спектрально-избирательном поглощении монохроматического потока световой энергии при прохождении его через исследуемый раствор.  [1]

Спектрофотометрический метод анализа в ряде случаев имеет существенное преимущество перед другими методами. В частности, Спектрофотометрический метод обеспечивает высокую чувствительность измерений концентрации инертных газов, в то время как для анализа смеси инертных газов химический метод вообще неприменим, а другие физические методы либо также неприменимы, либо имеют ограниченную чувствительность.  [2]

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.  [3]

Спектрофотометрический метод анализа основан на измерении светопоглощения монохроматических ( со строго определенной длиной волны) излучений однородной, нерассеивающей системой в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях или на определении спектропоглощения анализируемого вещества.  [4]

Спектрофотометрический метод анализа по своей природе занял пограничную область между чисто химическими и чисто инструментальными методами. С одной стороны, анализируемые этим методом объекты в большинстве случаев представляют собой сложные химические системы, подготовка которых требует от аналитика выполнения надежных и детально разработанных операций. С другой стороны, выполнение измерений требует ( за исключением некоторых вариантов визуальной колориметрии) применения фотометрической аппаратуры.  [5]

Спектрофотометрический метод анализа с применением дифениламина имеет некоторые ограничения при анализе токсафена. Во-первых, при анализе препаратов вследствие большого фактора разбавления при небольших ошибках в спектрофотометри-ческих определениях получаются большие ошибки в результатах анализа. Во-вторых, при анализе остаточных количеств следы некоторых, экстрагированных из растительной или животной ткани веществ могут создавать значительную фоновую окраску раствора, уменьшая тем самым чувствительность и специфичность метода.  [6]

Спектрофотометрический метод анализа в ряде случаев имеет существенное преимущество перед другими методами. В частности, Спектрофотометрический метод обеспечивает высокую чувствительность измерений концентрации инертных газов, в то время как для анализа смеси инертных газов химический метод вообще неприменим, а другие физические методы либо также неприменимы, либо имеют ограниченную чувствительность.  [7]

Спектрофотометрический метод анализа всегда использует монохроматический свет, который может быть получен при применении различных источников излучения ( ртутная лампа, водородная лампа, лампа накаливания) и спектрального прибора, который выделяет ту или иную длину волны.  [8]

Спектрофотометрический метод анализа сульфидов основан на образовании комплексов с иодом состава R2S — J2 [38] ( см. главу III), обладающих максимумом поглощения при 308 — 310 лшк. К сожалению, для нефтепродуктов этот коэффициент, по заключению тех же авторов, надежно еще не установлен.  [9]

Спектрофотометрический метод анализа растворов имеет то преимущество перед колориметрическим, что он не требует сравнительных растворов. Этот метод позволяет непосредственно определять коэфициент пропускания If lo, а следовательно, при известных концентрации и толщине слоя, находить коэфициент погашения е исследуемого раствора. Если коэфициент г заранее известен, можно непосредственным измерением определить концентрацию раствора.  [10]

Описан спектрофотометрический метод анализа микроколичеств фенольных соединений в промышленных сточных водах. Он основан на батахромном сдвиге полос поглощения в УФ-области спектра, наблюдаемых при переходе фенолов из кислой среды в щелочную.  [11]

Сочетание спектрофотометрического метода анализа с расчетами Ящахна основе модели свободного электрона позволяет изучить механизм взаимодействия органического реагента с ионами металлов и установить структуру образующегося соединения. В настоящей работе на примере взаимодействия стильбазо с солями галлия практически показана эффективность совместного применения этих методов.  [13]

При спектрофотометрическом методе анализа измеряют поглощение монохроматического света. Это усложняет конструкцию приборов, но дает большие аналитические возможнсти по сравнению с колориметрическим методом. Спектрофотометрический метод используется не только для видимой, но и для ультрафиолетовой и инфракрасной областей спектра.  [14]

При спектрофотометрическом методе анализа измеряют поглощение монохроматического света. Это усложняет конструкцию приборов, но дает большие аналитические возможности по сравнению с колориметрическим методом. Спектрофотометрический метод используется не только для видимой, но и для ультрафиолетовой и инфракрасной областей спектра.  [15]

Страницы:    9ensp;9ensp;1  9ensp;9ensp;2  9ensp;9ensp;3

Поделиться ссылкой:

Сущность спектрофотометрии

Спектрофотометрия – метод исследования и анализа, основанный на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения.

Спектрофотометрия широко применяется для исследования органических и неорганических веществ, для качественного и количественного определения различных веществ, для контроля технологических процессов и окружающей среды.

По типам изучаемых систем спектрофотометрию обычно делят на атомную и молекулярную. Спектры возникают при переходе системы из одного стационарного состояния в другое. При этом система поглощает или испускает энергию в виде кванта, величина которого равна разности энергии двух состояний:

где h – постоянная Планка; &#&57; – частота кванта света.

Вместо частоты &#&57; используют волновое число &#&69; = &#&57;/с = 1/&#&55;, где с – скорость света; &#&55; – длина волны. Волновое число &#&69; также называют частотой. Тогда частота спектральных линий определяется по формуле:

В свою очередь, энергетическое состояние определяется свойствами электронных оболочек атомов и молекул, колебаниями атомных ядер в молекулах и вращением молекул. Различают спектроскопию в инфракрасной (ИК), видимой и ультрафиолетовой (УФ) областях спектра.

Съёмка молекулярных спектров основывается на следующем законе: молекула поглощает электромагнитное излучение только таких длин волн, какие она может излучать. При пропускании пучка лучей, имеющего сплошной спектр, сквозь слой определяемого вещества последнее поглощает лучи определённых длин волн. По спектральному составу света, поглощаемого молекулами данного вещества, можно судить о природе этих молекул. На этом основаны качественная и структурная спектроскопия. Применение спектроскопии в УФ и видимой областях спектра основано на поглощении электромагнитного излучения соединениями, содержащими хромофорные и ауксохромные группы.

Количественный спектральный анализ основана на том, что количество поглощаемой энергии зависит от числа молекул, принимающих участие в этих процессах. Основным законом, на котором основан количественный спектрофотометрических анализ, является закон Бугера-Ламберта-Бера.

Закон Бугера-Ламберта-Бера: каждая молекула (ион) растворённого вещества поглощает одинаковую часть монохроматического излучения; интенсивность излучения после прохождения слоя раствора уменьшается экспоненциально с увеличением концентрации растворённого вещества, а оптическая плотность линейно увеличивается с ростом концентрации. Этот закон объединяет два более простых закона: закон Бугера-Ламберта и закон Бера.

Закон Бугера-Ламберта: говорит о том, что каждый слой однородного вещества поглощает равную долю падающего на него монохроматического излучения.

Закон Бера: устанавливает связь между поглощением и концентрацией: поглощение монохроматического излучения прямо пропорционально концентрации поглощающего вещества.

Вывод закона Бугера-Ламберта-Бера: В толще раствора мысленно выделим элементарный слой сечением 1 см 2 и толщиной dx см. Объём этого слоя равен dx см 3. Если концентрацию раствора выразить через число молекул (ионов) растворённого вещества в 1 см 3. то их количество в элементарном слое равно Ndx. Направим на элементарный слой, перпендикулярно к нему поток излучения с длиной волны лямбда и интенсивностью I (интенсивность равна энергии излучения, падающего на единицу поверхности в единицу времени). Предположим, что монохроматическое излучение с длиной волны лямбда поглощается только молекулами растворённого вещества и притом в равных количествах. Тогда уменьшение интенсивности излучения при прохождении через элементарный слой будет пропорционально числу поглощающих молекул и интенсивности падающего излучения:

Закон Ламберта справедлив при любой толщине слоя, если свет является монохроматичным, т.е. характеризуется только одной определённом частотой колебаний. Несоблюдение условия монохроматичиности света приводит к нарушению этого закона, так как коэффициент поглощения зависит от длины волны.

Область применения закона Бера является значительно более узкой, так как он предполагает независимость коэффициента поглощения от концентрации. Однако в растворах небольших концентрации коэффициент поглощения изменяется с ростом концентрации, так как при этом изменяется состояние вещества в растворе (вследствие ассоциации, диссоциации, полимеризации и т.д.).

Спектры излучения и поглощения. Как правило, анализируемая проба излучает и поглощает полихроматический свет, включающий кванты разной энергии и разной длины волны. Однако для аналитика предпочтительнее измерять испускание или поглощение света, в котором все кванты примерно одинаковы по энергии, соответствуют одной длине волны. Чтобы выделить ее из полихроматического излучения, нужно особое устройство – монохроматор. На рис.1. показана схема спектрального прибора с призменным монохроматором.

Спектральные приборы, снабженные монохроматорами, называют спектрометрами, спектрографами или стилоскопами, в зависимости от используемого в них приемника излучения, то есть от того, какой способ регистрации спектра (фотоэлектрический, фотографический или визуальный)применяется в этих приборах. С помощью таких приборов можно зарегистрировать спектр излучения или спектр поглощения исследуемой пробы.

Особенности спектров разного типа и их аналитическое применение. Атомные спектры поглощения и излучения, наблюдаемые во всем оптическом диапазоне, определяются переходами электронов, относящихся к наружным слоям («валентные электроны»). Таким образом, атомные спектры по своей природе являются электронными , а по внешнему виду — линейчатыми. .Положение спектральных линий в шкале длин волн и их относительную интенсивность используют как идентификационные признаки в качественном элементном анализе.

Молекулярные спектры излучения или поглощения обычно не являются линейчатыми. Вид молекулярных спектров в разных диапазонах длин волн различен,поскольку различно происхождение соответствующих спектров. Спектры поглощения молекул в видимой или УФ-области являются широкополосными .Они дают сравнительно мало информации для выяснения состава и структуры поглощающих молекул. Это мешает проведению качественного анализа по спектрам в УФ- или видимой области.

Изучение молекулярных спектров –это важнейший способ количественного химического анализа. Заметим, что количественное определение какого-либо вещества по известной методике вовсе не требует регистрации полного спектра излучения (или поглощения) пробы. Достаточно было бы измерить аналитический сигнал на заранее выбранной длине волны. Спектры нужны для решения гораздо более сложных задач. А именно:

Ø По спектру индивидуального вещества выбирают ту длину волны, на которой в дальнейшем, в ходе количественного анализа, будут измерять аналитический сигнал этого вещества (I или А). Если для определения какого-либо элемента в атомно-эмиссионном спектральном анализе используют наиболее интенсивные линии эталонного спектра, то в молекулярно-абсорбционном (спектрофотометрическом)анализе аналитический сигнал обычно измеряют на длине волны, соответствующей максимуму на спектральной кривой.

Ø Сопоставляя спектры предполагаемых компонентов пробы,выясняют возможность определения одних веществ в присутствии других. Если спектры компонентов пробы накладываются друг на друга, результаты анализа смеси будут завышенными. Для снижения систематических погрешностей, связанных с наложением спектров, созданы особые приемы измерений и расчета результатов. Другие выходы из положения — маскирование или предварительное отделение мешающих компонентов.

Аппаратура. Для измерения оптической плотности растворов и регистрации спектров поглощения используют спектрофотометры (рис.3).Важнейшая их часть — монохроматор. Другие узлы — источник света, приемник излучения и регистрирующее устройство.

Источники света. В зависимости от оптической области, в которой работает прибор,источниками света служат: в УФ-области – водородная или дейтериевая газоразрядные лампы, дающие сплошной спектр излучения; в видимой области – обычная лампа накаливания с вольфрамовой нитью, в ИК-области – глобар. Это керамический стержень,нагреваемый до температур порядка 1600 0 С.

Монохроматоры. В спектрофотометрах применяют призменные монохроматоры или дифракционные решетки. Материал, из которого изготавливают оптическую систему прибора, должен хорошо пропускать свет в рабочем диапазоне длин волн. В УФ-области используют кварц, в видимой области –стекло, в ИК-области – кристаллические соли, галогениды щелочных и щелочноземельных металлов (NaCl, KBr, CaF2 ).

Спектр поглощения — зависимость показателя поглощения вещества от длины волны (или частоты, волнового числа, энергии кванта и т. п.) излучения. Он связан с энергетическими переходами в веществе. Для различных веществ спектры поглощения различны [1] .

Исторически первые наблюдения линейчатых оптических спектров поглощения в спектре Солнца проделал в 1802 году Волластон, но не придал открытию значения, поэтому эти линии были названы «фраунгоферовыми» в честь другого учёного Фраунгофера, который детально изучил их в 1814—1815 гг

Измерения спектров поглощения могут проводиться как с источником белого света, так и с источниками монохроматического излучения.

Для почти свободных атомов и молекул в разрежённых газах, оптический спектр поглощения состоит из отдельных спектральных линий и называется линейчатым.

Разным веществам соответствуют разные спектры поглощения, что позволяет использовать спектроскопические методы для определения состава вещества. Для твёрдых веществ спектры поглощения непрерывны, но встречаются и отдельные линии.

Спектрофотометрия сущность метода

Спектр поглощения F -центров в кристалле NaCl

Спектр поглощения — зависимость показателя поглощения вещества от длины волны (или частоты, волнового)

С помощью спектров поглощения можно определить по краю оптического поглощения ширину запрещённой зоны полупроводника.

В полупроводниках можно наблюдать следующие типы поглощения света, которые играют наиболее важную роль в исследовании свойств твёрдого тела (его зонной структуры и плотности состояний) и квазичастиц:

  • оптические переходы зона-зона;
  • оптические переходы зона-примесь;
  • оптические переходы между примесями;
  • поглощение на свободных носителях (для металлов это тоже верно);
  • экситонные линии поглощения;
  • поглощение с привлечением фононов и других квазичастиц.

Спектрофотометрия. Сущность метода, используемые приборы, достоинства и недостатки, применение.

IV. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ (ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ) МЕТОДЫ АНАЛИЗА

82Общая характеристика инструментальных (физико-химических) методов анализа, их классификация, достоинства и недостатки.

Физико-химические илиинструментальные методы анализа основаны на измерении с помощью приборов (инструментов) физических параметров анализируемой системы, которые возникают или изменяются в ходе выпол­нения аналитической реакции и функционально связаны с ее качественным и количественным составом.

· Оптические методы, основанные на исследовании оптических свойств анализируемых систем:

· Электрохимические методы, основанные на исследовании электрохимических свойств анализируемых систем:

· .Методы анализа, основанные на исследовании других свойств анализируемых систем:

Метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР)

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР)

Анализ по теплопроводности.

· Низкий предел обнаружения (1-10-9 мкг) и малая предельная концентрация (до

10-12) определяемого вещества.

· Высокая селективность метода (возможность определять составные компоненты непосредственно в смесях, без их разделения).

· Экспрессность (быстрота) проведения анализа, возможность автоматизации и компьютеризации.

· Иногда воспроизводимость результатов бывает хуже, чем в классических химических методах – гравиметрии и титриметрии.

· Высокие погрешности (ошибки) — ±5%, а в некоторых случаях – до ±20% по сравнению с классическими методами, где они не превышают ±(0,1-0,5%).

· Сложность применяемой аппаратуры, ее высокая стоимость.

· Необходимость применения эталонов.

Оптические методы анализа. Классификация оптических методов анализа (по изучаемым объектам, по характеру взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, по используемой области электромагнитного спектра, по природе энергетических переходов).

К оптическим методам анализа относят физико-химические методы, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом.

1) по изучаемым объектам – атомный и молекулярный спектральный анализ;

2) по характеру взаимодействия электромагнитного излучения с веществом на:

б) эмиссионный спектральный,

в) пламенная фотометрия,

г) молекулярный абсорбционный,

е) спектральный анализ с эффектом комбинационного рассеяния света,

3) по области используемого электромагнитного спектра: а) спектроскопия в УФ области в интервале длин волн 200-400 нм и в видимой области в интервале длин волн 400-760 нм,

б) ИК- спектроскопия, изучающая участок электромагнитного спектра в интервале 0,76-1000 мкм (1 мкм=10-6м).

4) по природе энергетических переходов различают следующие спектры:

а) электронные (в УВИ-области) – возникают при изменении энергии электронных состояний частиц (атомов, ионов, радикалов, молекул),

б) колебательные спектры — спектры ИК области и спектры комбинационного рассеяния света, которые возникают при изменении энергии колебательных состояний частиц (двух- и многоатомных ионов, радикалов, молекул, а также жидких и твердых фаз),

в) вращательные спектры охватывают дальнюю ИК и микроволновую область электромагнитного излучения, возникают при изменении энергии вращательных состояний молекул, двух- и многоатомных ионов, радикалов.

!84Молекулярный спектральный анализ в ультрафиолетовой и видимой области спектра Сущность метода. Основные законы светопоглощения. Оптическая плотность (А) и светопропускание (Т), связь между ними. Коэффициент поглощения света (k) и коэффициент погашения — молярный (Е) и удельный.

Основной закон светопоглощения – закон Бугера (1729), Ламберта (1760) и Бера (1852).

· Первый закон (Бугера-Ламберта) фотометрии гласит: доля светового потока, поглощенного однородной средой, прямо пропорциональна толщине поглощающего слоя

&#&16;I – поглощенная часть падающего светового потока I,

k1 – коэффициент пропорциональности,

l – толщина поглощающего слоя.

· Второй закон (Бугера-Бера) гласит:

доля светового потока, поглощенного данным тонким слоем внутри однородной среды, пропорциональна числу светопоглощающих частиц в единице объема, т.е. концентрации

k2 — коэффициент пропорциональности,

85Сущность методов абсорбционного анализа. Колориметрия и фотоэлектроколориметрия, их применение (метод стандартных серий, метод уравнивания окрасок, метод разбавления).

Фотометрический анализ включает следующие методы абсорбционного анализа: колориметрию, фотоэлектроколориметрию, спектрофотометрию.

• Интенсивность окраски растворов можно измерять различными методами. Среди них выделяют субъективные (визуальные) методы колориметрии и объективные, то есть фотоколориметрические.

• Визуальными называют такие методы, при которых оценку интенсивности окраски испытуемого раствора делают невооруженным глазом.

• При объективных методах колориметрического определения для измерения интенсивности окраски испытуемого раствора вместо непосредственного наблюдения пользуются фотоэлементами. Определение в этом случае проводят в специальных приборах — фотоколориметрах, поэтому метод получил название фотоколориметрического.

К визуальным методам относятся:

— метод стандартных серий;

— метод колориметрического титрования, или дублирования;

Метод стандартных серий. При выполнении анализа методом стандартных серий интенсивность окраски анализируемого окрашенного раствора сравнивают с окрасками серии специально приготовленных стандартных растворов (при одинаковой толщине слоя).

Метод колориметрического титрования (дублирования ) основан на сравнении окраски анализируемого раствора с окраской другого раствора — контрольного.

Метод уравнивания отличается от описанных выше визуальных колориметрических методов, в которых подобие окрасок стандартного и испытуемого растворов достигается изменением их концентрации.

Фотоэлектроколориметрия применяется для измерения поглощения света или пропускания окрашенными растворами. Приборы, используемые для этой цели, называются фотоэлектроколориметрами (ФЭК).

Фотоэлектрические методы измерения интенсивности окраски связаны с использованием фотоэлементов. В отличие от приборов, в которых сравнение окрасок производится визуально, в фотоэлектроколориметрах приемником световой энергии является прибор — фотоэлемент.

Спектрофотометрия. Сущность метода, используемые приборы, достоинства и недостатки, применение.

СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ.Это метод фотометрического анализа, в котором определение содержания вещества производят по поглощению им монохроматического света в види­мой, УФ- и ИК-областях спектра. В спектрофотометрии, в отличие от фото­метрии, монохроматизация обеспечивается не светофильтрами, а монохроматорами, позволяющими непрерывно изменять длину волны. В качестве монохроматоров используют призмы или дифракционные решетки, которые обеспечивают значительно более высокую монохроматичность света, чем светофильтры, поэтому точность спектрофотометрических определений выше.

Спектрофотометрические методы, по сравнению с фотоколориметрическими, позволяют решать более широкий круг задач:

— проводить количественное определение веществ в широком интервал длин волн (185-1100 нм);

— осуществлять количественный анализ многокомпонентных систем (одновременное определение нескольких веществ);

— определять состав и константы устойчивости светопоглощающих комплексных соединений;

— определять фотометрические характеристики светопоглощающих соединений.

Фотометрическим методом можно определять также компоненты смеси двух и более веществ.

!87Количественный фотометрический анализ. Условия фотометрического определения. Определение концентрации анализируемого раствора: метод градуировочного графика, метод одного стандарта, определение концентрации по молярному (или удельному) коэффициенту погашения, метод добавок стандарта.

Фотометрический метод анализа – это анализ, основанный на поглощении света молекулами анализируемого вещества и сложными ионами в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра.

Для проведения фотометрического анализа определяемый элемент переводят в окрашенное соединение, поглощающее свет. Через раствор с этим соединением пропускают световой поток интенсивностью Iо который, при прохождении через поглощающий раствор, разлагается на составляющие

Для определения концентрации анализируемого вещества используют следующие методы:

· молярного коэффициента светопоглощения;

· сравнения оптических плотностей стандартного и исследуемого окрашенных растворов;

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.

Измеряют оптическую плотность стандартных растворов и строят график зависимости А(С). Определив Ах исследуемого раствора, по градуировочному графику находят Сх

Метод добавок — это разновидность метода сравнения, основанный на сравнении оптической плотности исследуемого раствора и того же раствора с добавкой известного 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 свето-поглощения.

Этот метод применяют при анализе растворов сложного состава, так как он позволяет автоматически учесть влияние «третьих» компонентов.

!88Дифференциальный фотометрический анализ. Сущность метода, способы определения концентраций (расчетный метод, метод градуировочного графика). Погрешностu спектрофотометрuческого анализа, и их природа, устранение.

Дифференциальная спектрофотометрия – это метод измерения светопоглощения анализируемого раствора по отношению к среде сравнения, оптическая плотность А которой больше нуля.

Метод используется тогда, когда концентрация раствора большая (десятки %) и оптическая плотность высока.

Основным достоинством метода является уменьшение ошибки фотометрических определений.

Сущностьметода Готовят серию (5-10) эталонных растворов определяемого в-ва с различной. точно заданной концентрацией С0, С1, С2 … Сn. Вначале при выбранной &#&55; в оба канала спектрофотометра помещают одинаковые кюветы с одним и тем же эталонным раствором (С определяемого в-ва = С0), относительно которого будут проводить последующие измерения, и устанавливают шкалу оптической плотности в положении А=0. Затем при той же &#&55; измеряют Аi (i=1.2.3. …n) каждого эталонного раствора с С0 и с А0 (относительно чистого растворителя), после чего находят Сх определяемого в-ва следующими способами:

Расчетный способ .Согласно закону светопоглощения:

Если ввести фактор пересчета F = то:

F находят по результатам измерений Аi эталонных растворов относительно эталонного раствора с С0

n – число измеренных эталонных растворов

Способ градуировочного графика. Для построения градуировочного графика в дифференциально-фотометрическом методе готовят несколько стандартных растворов с концентрациями определяемого вещества меньшими, чем в растворе сравнения, и столько же стандартных растворов с концентрациями большими, чем в растворе сравнения. При измерении оптических плотностей стандартных растворов, концентрация определяемого вещества в которых больше, чем в растворе сравнения (Сср < С), полученные значения относительной оптической плотности берут со знаком плюс. Для растворов с концентрацией определяемого вещества меньшей, чем в растворе сравнения (Сср > С), полученные значения относительной оптической плотности берут со знаком минус. В последнем случае применяют обратный порядок измерений: анализируемые растворы условно принимают за растворы сравнения, их оптическая плотность А = 0, и по отношению к ним измеряют оптическую плотность раствора сравнения.По полученным данным строят градуировочный график
Затем измеряют относительную оптическую плотность исследуемого раствора, а неизвестную концентрацию определяемого вещества Сх в этом растворе находят по градуировочному графику.

mydocx.ru — 2015-2017 year. (0.099 sec.)

Спектрофотометрия. метод исследования и анализа веществ, основанный на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения. Иногда под спектрофотометрией понимают раздел физики, объединяющий спектроскопию (как науку о спектрах электромагнитного излучения), фотометрию и спектрометрию (как теорию и практику измерения соотв. интенсивности и длины волны (или частоты) электромагнитного излучения); на практике спектрофотометрию часто отождествляют с оптической спектроскопией.

Применение спектрофотометрии в УФ и видимой областях спектра основано на поглощении электромагн. излучения соединениями, содержащими хромофорные (напр. С = С, С=С, С=О) и ауксохромные (ОСН3, ОН, NH2 и др.) группы. Поглощение излучения в этих областях связано с возбуждением электронов s-, p-и n-орбиталей осн. состояния и переходами молекул в возбужденные состояния: s. s*, n. s*, p. p* и n. p*. Переходы s. s* находятся в далекой УФ области, напр. у парафинов при

120 нм. Переходы n. s* наблюдаются в УФ области; напр. орг. соед. содержащие n-электроны, локализованные на орбиталях атомов О, N, Hal, S, имеют Полосы поглощения при длине волны ок. 200 нм. Линии, соответствующие переходам p. p*, напр. в спектрах гетероциклич. соединений проявляются в области ок. 250-300 нм и имеют большую интенсивность. Полосы поглощения, соответствующие переходам n. p*, находятся в ближней УФ и видимой областях спектра; они характерны для соед. в молекулах к-рых имеются такие хромофорные группы, как С = О, C = S, N = N. Так, насыщ. альдегиды и кетоны имеют максимумы поглощения при длине волны ок. 285 нм. Переходы типа n. p* часто оказываются запрещенными, и соответствующие полосы поглощения обладают очень малой интенсивностью.

Переходы типа p. p* могут сопровождаться переходом электрона с орбитали, локализованной гл. обр. на одной группе (напр. С=С), на орбиталь, локализованную на др. группе (напр. С=О). Такие переходы сопровождаются переносом электрона с одного атома на другой и соответствующие спектры наз. спектрами с переносом заряда. Последние характерны для разл. комплексов (напр. ароматических соединений с галогенами), интенсивно поглощающих в видимой и УФ областях.

Таким образом, спектр поглощения объекта зависит от его молекулярного состава, что дает широкие возможности для качественного и количественного определения различных веществ.

Спектрофотометрия сущность метода Закон Бугера-Ламберта-Бера — основной закон, описывающий поглощение света средой. Он связывает между собой интенсивности Il света, прошедшего слой среды толщиной l. и исходного светового потока I0 .

Спектрофотометрия сущность метода

где Спектрофотометрия сущность метода показатель поглощения вещества. Для растворов поглощающих веществ в непоглощающих растворителях показатель поглощения может быть записан как

Спектрофотометрия сущность метода

где Спектрофотометрия сущность метода коэффициент, характеризующий взаимодействие молекулы поглощающего вещества со светом длины волны λ, C — концентрация растворённого вещества.

Следует отметить, что наблюдаются многочисленные отклонения от этого закона, особенно в случае больших концентраций. Так в случаях высокой концентрации поглощающего вещества в растворе или его неравномерного распределения по объему может наблюдаться так называемый «эффект сита», когда одна часть поглощающих частиц начинает экранировать другие. Также отклонения от закона Бугера могут наблюдаться в случае световых потоков очень высокой интенсивности. Это связано с тем, что очень большая доля поглощающих частиц, перейдя в возбуждённое состояние и оставаясь в нём сравнительно долго, меняет (или совсем теряет) способность поглощать свет, что, разумеется, заметно изменяет характер поглощения света средой.

Спектрофотометрия сущность методаСпектрофотометрия сущность метода

Устройство спектрофотометров и их характеристики могут значительно отличаться в зависимости от производителя и задач, для решения которых рассчитан прибор. Однако основные элементы конструкции у всех приборов сходны. Это источник света, монохроматор, кюветное отделение с образцом и регистрирующего детектора. В качестве источника света чаще всего используются ртутные или галогеновые лампы. Монохроматор — устройство для выделения из всего излучаемого спектра какой-то узкой его части (1-2 нм). Монохроматоры могут быть построены на основе разделяющих свет призм либо на основе дифракционной решетки. Также в некоторых приборах могут дополнительно применяться наборы светофильтров. Кюветное отделение может быть оборудовано механизмами для термостатирования, перемешивания, добавления вешеств непоспедственно в ходе процесса измерения. Для исследований малых объемов веществ может использоваться безкюветная технология, когда образец удерживается за счет сил поверхностного натяжения жидкости.

Методы и оборудование

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *