Геометрическая оптика и процессs фотометрии

Методы фотометрического анализа

Определение концентрации окрашенного  вещества фотометрическим методом  практически сводится к определению  интенсивности светового потока до и после поглощающего раствора (соответственно I₀ и I_t ). Абсолютное определение интенсивности этих световых потоков возможно только при помощи фотоэлементов. При определении по абсолютной интенсивности светового потока источник света, кювета с исследуемым раствором и приёмник света располагаются на одной прямой. Это так называемый метод однолучевой фотометрии.

Условия определения концентрации вещества этим методом также описываются  законом Бугера – Ламберта – Бэра:

Поскольку фототок пропорционален интенсивности падающего света, то

где i₀ – фототок, пропорциональный интенсивности света I₀

i_t - фототок, пропорциональный интенсивности света I_t

Метод однолучевой фотометрии очень  прост, но требует постоянства начального светового потока. В фотометрическом  анализе однолучевая фотометрия используется в методе пропорциональных отклонений.

При измерении по методу сравнения  интенсивностей световой поток от источника  света пропускают через две параллельные кюветы, содержащие сравниваемые растворы; лучи, прошедшие через кюветы, попадают на самостоятельные приёмники света. Это так называемый метод двулучевой фотометрии. Сравнение интенсивности  световых потоков можно проводить  и визуально, человеческий глаз способен улавливать разницу в интенсивностях окрасок в пределах 10 – 15%.

В фотометрическом анализе применяются  реакции различных типов. Для  определения неорганических компонентов  чаще всего используют реакции образования (иногда - разрушения) окрашенных комплексных  соединений. Большинство металлов и  неметаллов способны к образованию различных комплексных соединений, в том числе окрашенных, или, во всяком случае, способны к взаимодействию с окрашенными комплексами. Поэтому область применения фотометрических методов анализа практически не имеет ограничений; в настоящее время известны достаточно простые фотометрические методы определения почти всех элементов или их соединений. Для фотометрического определения органических компонентов чаще всего используют реакции синтеза окрашенных соединений. Реакции синтеза удобно применять и для определения некоторых неорганических компонентов, например сульфидов или нитритов. Значительно реже применяют в фотометрическом анализе реакции окисления – восстановления. Ряд фотометрических методов основан на каталитическом эффекте. Чувствительность фотометрических методов, основанных на обычных реакциях образования окрашенных соединений, имеет естественный предел. Поэтому если необходимо значительное повышение чувствительности, определяемый компонент вводят в некоторую систему в качестве катализатора. В результате каждая частица определяемого компонента приводит к образованию большого количества частиц продукта реакции.

Таким образом, центральное место  в фотометрическом анализе занимает химическая реакция. Время, затрачиваемое  на анализ, чувствительность метода, его  точность и избирательность зависят  от выбора химической реакции и оптимальных  условий образования окрашенного  соединения. Правильное измерение светопоглощения имеет большое значение. Однако выбор того или другого способа измерения поглощения света обусловлен, как правило, не особенностями анализируемого материала или выбранной реакцией, а общими условиями работы той или другой лаборатории.

Приборы:

поглощение света измеряют при  помощи приборов с фотоэлементом. Такие  приборы называют фотоэлектроколориметрами (ФЭК). В отличии от визуального способа, с помощью ФЭК можно непосредственно измерить ослабление интенсивности первоначального светового потока. Поэтому нет необходимости каждый раз готовить стандартный раствор. Обычно при работе с ФЭК перед выполнением анализов составляют калибровочный график по серии стандартных растворов. Калибровочным графиком пользуются для многих определений, что очень удобно для массовых однотипных анализов. Если поглощение света измеряют с помощью ФЭК, такой способ называют фотоколориметрическим анализом.

Наиболее совершенным, хотя и более сложным прибором является спектрофотометр. В спектрофотометре ослабление интенсивности светового потока измеряется также с помощью фотоэлементов. Однако в спектрофотометре имеется призма или дифракционная решётка, а также щель. Это позволяет выделить узкий участок спектра, именно тот, с которым «оптически реагирует» окрашенное соединение. Известно очень мало «серых веществ», поглощающих свет равномерно во всех участках спектра. Большинство же окрашенных веществ поглощает преимущественно какой-нибудь один участок спектра. Поэтому измерение при длине волны, соответствующей максимуму спектра поглощения, увеличивает чувствительность. Кроме того, облегчается определение одного окрашенного соединения в присутствии другого, иначе окрашенного; в частности, при работе со спектрофотометром значительно улучшаются результаты фотометрического определения с применением окрашенных реактивов.

Список литературы

1. Годжаев Н.М. Оптика-M.: Высшая школа, 1977.

2. Гершензон Е. М., Малов Н.  Н., Эткин В.С. Курс общей физики: Оптика и

атомная физика. - М.: Просвещение, 1981.

3. Ландсберг Г.С. Оптика. - М.: Наука, 1976.

4 Королев Ф.А. Курс физики: Оптика, атомная и ядерная физика. - М.:

Просвещение, 1974.

5 Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика-11. - М: Просвещение, 1993.

6. Савельев И.В. Курс физики: В  3-х т. - М.: Наука, 1978 г.

7. Сивухин Л.В. Общий курс физики: Оптика. - М.: Наука, 1980.