Фотометрия – метод анализа, основанных на исследовании зависимости между концентрацией и поглощением электромагнитного излучения веществом, находящимся в молекулярной или ионной химической форме.
|
 |
 |
- интенсивность падающего потока электромагнитного излучения,
- интенсивность потока электромагнитного излучения после прохождения через
кювету с веществом,
- оптическая плотность,
; 
(1)
где 
- концентрация вещества (моль/л), 
- толщина поглощающего слоя (см), 
- молярный коэффициент экстинкции (поглощения).
Если поглощение электромагнитного излучения подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера, то оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации поглощающего вещества в растворе. Величина оптической плотности А зависит при прочих равных условиях от l - длины волны потока электромагнитного излучения. Зависимость 
(l) - спектр поглощения вещества (один из способов представления).
 |
 |
Спектр поглощения является индивидуальной характеристикой вещества и используется в аналитической химии в фотометрическом методе анализа для количественного определения концентраций веществ в растворах.
Фотометрический анализ, основанный на законе Бугера - Ламберта-Бера, включает фотоколориметрию и спетрофотометрию. Фотоколориметрия – метод анализа, основанный на измерении поглощения полихроматического излучения видимой части электромагнитного спектра (380 – 760 нм). Спектрофотометрия – метод анализа, основанный на измерении поглощения монохроматического излучения в видимой, УФ (200-380 нм) и ближней ИК (0,8-25 мкм)-областях электромагнитного спектра.
 |
Для аналитических определений выбирают такую область спектра, где достигается наибольшая чувствительность и точность анализа. Измерения проводят при значении длины волны падающего излучения как можно более близком к lMAX (длине волны максимума полосы поглощения в спектре поглощения вещества). В спектрофотометрии из потока электромагнитного излучения l = lMAX выделяют при помощи специального устройства – монохроматора. В фотоколориметрии область lMAX ± Dl выделяют при помощи специальных светофильтров. Светофильтры выбирают в соответствии с известными спектральными характеристиками анализируемого вещества. Иногда в практике определений светофильтры можно выбирать по дополнительному цвету к окраске раствора анализируемого вещества.
При ограниченном наборе светофильтров, особенно когда максимум поглощения раствора не совпадает с максимумом чувствительности фотоэлемента, светофильтры подбирают опытным путем.
Цвет раствора | Область поглощения раствором, l, нм | Цвет светофильтра | ||||||
|
| |||||||
| 450-480 |
| ||||||
| 480-490 |
| ||||||
| 490-500 |
| ||||||
500-560 |
| |||||||
| 560-575 | |||||||
| 575-590 |
| ||||||
| 590-625 |
| ||||||
| 625-700 |
|
Фотометрические определения предполагают наличие соединения, поглощающего электромагнитное излучение в определенной области спектра - аналитически активной формы анализируемого компонента.
Способы получения аналитически активной формы
анализируемого вещества.
1) Прямой метод: 
; 
(2)
При прямом методе получения аналитически активной формы оптическая плотность полученного поглощающего соединения пропорциональна концентрации анализируемого вещества в растворе. Чаще всего в данном методе используют реакции комплексообразования. Комплексные соединения имеют интенсивну окраску даже в малых концентрациях, что обеспечивает низкий предел обнаружения и достаточную контрастность реакции (разделение полос поглощения исходных веществ и продуктов реакции).
2) Косвенные методы получения аналитически активной формы анализируемого компонента используют только в том случае, если нет прямых методов. В основе косвенных методов лежат следующие типы превращений:
; 
; (3)
- анализируемый компонент, 
- поглощающее соединение,
(осадок), (4)
растворение, определение в растворе.
В результате проведения измерений в фотометрических методах анализа непосредственно определяется значение . Для определения неизвестной концентрации анализируемого вещества можно использовать формулу (1), однако на практике значение молярного коэффициента экстинкции известно далеко не всегда, потому для получения значения концентрации анализируемого компонента в растворе используют :
· метод сравнения,
· метод градуировочного графика,
· метод добавок.
Метод сравнения оптической плотности стандартного и исследуемого раствора применяется при однократных определениях содержания одного вещества в растворе.
; 
; 
постоянны при исследованиях
; 
(5)
Необходимое условие для применения этого метода – соблюдение основного закона светопоглощения .
Метод градуировочного графика применяют при серийных анализах. Метод основан на построении графика зависимости оптической плотности от концентрации для растворов известных концентраций (стандартных растворов). Для раствора анализируемого компонента экспериментально определяют величину оптической плотности, по графику находят соответствующее ей значение концентрации. Необходимо готовить серию стандартных растворов ( не менее трех для каждой точки). Оптическая плотность исследуемого раствора должна соответствовать приблизительно середине градуировочной прямой. При исследованиях градуировочный график периодически проверяется, частота проверок указывается в МВИ (методике выполнения измерений). Градуировочный график может быть построен: а) для чистых стандартных растворов; б) в присутствии отдельных мешающих компонент, влияние которых достаточно подробно изучено; в) по стандартным растворам, содержащим все мешающие компоненты. В практике эколого-аналитического контроля используется первый вариант построения градуировочного графика.
Метод добавок (разновидность метода сравнения) применяют для упрощения работы, устранения мешающего влияния посторонних примесей, для определения малых количеств анализируемых веществ в присутствии больших количеств других компонент в пробе. Необходимо обязательное выполнение основного закона светопоглощения: линейности 
.
Сущность метода заключается в измерении оптической плотности серии растворов, содержащих анализируемое вещество в концентрации СХ и различное, точно известное количество добавки этого же анализируемого вещества СА1, СА2, …САN. Концентрация анализируемого вещества может быть рассчитана по формуле (6) или определена графически.
(6)
 |
Концентрация добавки определяется с учетом ее разбавления при попадании в аликвоту анализируемого раствора. Например, если для анализа взята аликвота раствора с концентрацией анализируемого компонента СХ объемом 2 мл, в которую добавили 0,5 мл стандартного раствора анализируемого компонента с концентрацией ССТАНД, то концентрация добавки определяется следующим образом:
; 
.
На практике часто используют экстракционно-фотометрический метод анализа, сочетающих в себе метод концентрирования – экстракцию с последующим фотометрическим определением. Этот метод применяют при анализе сложных смесей, когда нужно определять малые количества одних веществ в присутствии больших количеств других.
МВИ концентрации хрома фотометрическим методом
с дифенилкарбазидом
Пробы поверхностных вод для определения содержания хрома отбирают в полиэтиленовые емости, фильтруют через мембранный фильтр 0,45 мк для отделения взвешенных веществ и добавляют 1 мл концентрированной серной кислоты на 1 л пробы. Метод позволяет определять от 1 до 200 мкг/л хрома. Если содержание хрома меньше 1 мкг/л, то пробу необходимо концентрировать упариванием.
Принцип метода. Метод основан на взаимодействии Cr(UI) в слабокислом растворе с дифениларбазидом с образованием растворимого красно-фиолетового комплексного соединения. Оптическую плотность раствора определяют при длине волны 540 н ( или с зеленым светофильтром). Содержание хрома находят по калибровочной кривой : 0; 1; 2; 100; 200 мкг/л хрома.
 |
