Кількісний аналіз з використанням молекулярних спектрів поглинання – найпоширеніший у практиці аналітичної хімії. Метод має порівняно високу чутливість – нижня межа визначення може досягати значень 10–6, а в окремих випадках і 10–7 моль/л (10-4 – 10-9 % для сильнозабарвлених речовин). Досягається і достатньо висока вибірковість за рахунок оптимізації умов вибору: рН, концентраційних умов, усунення впливу сторонніх компонентів. Спектрофотометричні визначення достатньо високоточні, і лежать у межах декількох відсотків, а у диференційному варіанті – десятих відсотка. Метод універсальний, тому що дає змогу визначати численні неорганічні й органічні речовини, які поглинають у доступній спектральній ділянці. За допомогою реакцій комплексоутворення коло таких речовин значно розширюється. Метод простий у реалізації, не вимагає надто дорогої апаратури, відзначається експресністю аналізу. Характерна риса сучасної фотометрії – автоматизація серійних визначень, наприклад, моніторингу довкілля, контролю виробничих процесів. Можливості методу очевидні з величезного нагромадженого теоретичного й експериментального матеріалу. За кількістю літератури метод не має собі рівних.
Фотоколориметричне визначення складається з двох етапів:
1. Переведення визначуваного компонента в сполуку, яка поглинає світло.
2. Вимірювання оптичної густини розчину.
Для кількісного аналізу треба визначити оптичну густину в певному вузькому спектральному діапазоні. Тому для проведення тільки кількісного аналізу немає необхідності використовувати спектральний прилад за повною схемою. Достатньо виміряти абсорбційність в певних фіксованих спектральних діапазонах, які можна виділити з допомогою простих дисперсійних елементів – світлофільтрів. Найчастіше кількісний аналіз проводять у видимій та ультрафіолетовій областях. Якщо використовується візуальна детекція – прилади називаються фотоколориметрами, якщо фотоелектрична – фотоелектроколориметрами.
Оскільки фотометричні методи використовуються для аналізу малих концентрацій, а переважна більшість речовин у розбавлених розчинах безбарвна або слабо забарвлена, то для проведення фотометричних вимірювань у видимій області спектра необхідно визначувані речовини перевести в інтенсивно забарвлені сполуки. З цією метою використовують неорганічні або органічні речовини (фотометричні реактиви), які в строго певних умовах утворюють з досліджуваною речовиною стійкі забарвлені сполуки. Їх і фотометрують (вимірюють світлопоглинання).
Аналіз речовин, які не поглинають у видимій області (безбарвних), проводять шляхом перетворення їх за допомогою фотометричних реакцій в забарвлені сполуки.
До реакцій, які використовують у фотометрії, ставлять багато вимог, які здебільшого збігаються з вимогами стосовно аналітичних реакцій взагалі.
Головні вимоги до реакцій утворення забарвлених сполук – фотометричних реакцій:
1. Реакція повинна проходити вибірково і швидко.
2. Реакція повинна проходити повно з високим виходом забарвленого продукту реакції.
3. Бажано, щоб вона проходила при кімнатній температурі.
Для того, щоб одержати точні і відтворювані результати аналізу, утворені забарвлені речовини повинні задовольняти наступним вимогам:
1. Забарвлення повинно бути стабільним у часі. У фотометрическом аналізі можна використовувати тільки такі забарвлені сполуки, які зберігають стійке забарвлення не менше 10-15 хв.
2. Утворювана сполука повинна мати постійний склад.
3. Має забезпечуватися незалежність забарвлення від pH розчину. Якщо така залежність існує, підтримують необхідне значення pH за допомогою буферних розчинів.
В арсеналі методу дуже багато реакцій різних типів, з різною частотою їхнього застосування залежно від завдань аналізу. Бабко А.К. – український хімік-аналітик, один із засновників фотометрії – запропонував виділити такі типи хімічних реакцій, які використовуються у фотометрії і відповідні типи забарвлених сполук, які утворюються в результаті.
1. Реакції утворення комплексних сполук металів з неорганічними лігандами: тіоціанати (визначення Fe, Co, Mo, W, UO22+, Re, Nb), галогеніди (Bi, Tl, Cu, Fe); аміакати та комплекси з органічними амінами (Cu, Fe, Co, Ni); пероксидні комплекси металів (Ti, V, Mo, V, Nb); гетерополікислоти (P, Si, As, V, W).
2. Реакції утворення комплексних сполук металів з органічними лігандами – хелатні сполуки з фенолами і оксикислотами; барвниками, які містять ОН-групи (алізарин, алюмінон, еріохромціанін та ін.); комплекси з забарвленими реагентами з фенольною і азовмісною групами (о-оксихінолін, ксиленовий оранжевий) азо- і азометиновими барвниками (1(2-піридилазо)-2-нафтол (ПАН) та 4-(2-піридилазо)-резорцин (ПАР), торон ІІ, арсеназо ІІІ); комплекси металів з
реагентами, що містять оксимну чи нітрозо-групу (1-нітрозо-2-нафтол, нітрозо-R-сіль, оксими); комплекси металів з сірковмісними реагентами (тіонну =С=S та тіольну =С–SH групи) (диетилдитіокарбамат, дитизон, тіосечовина та ін.).
3. Реакції утворення різнолігандних комплексів різних типів: у координаційній
сфері металу різні ліганди MeZY, комплекси іон металу – органічна основа – негативний ліганд [MeLm]n+Ann–, сполуки ацидокомплексів металів з основними барвниками (іонні асоціати), потрійні гетерополікомплекси та ін.
4. Реакції утворення різнометальних комплекси: у сфері комплексу один ліганд і два метали (Me’–Me’’–L), сполуки з різними ступенями окиснення того самого елемента (сполуки типу “турнбулевої сині” чи “берлінської блакиті”, хлоридні комплекси Cu(І) i Cu(II)).
5. Реакції утворення малорозчинних сполук та сполук адсорбційного харак-
теру (червоні “лаки” Al(III), Zr(IV) з алізарином, алюміноном; сполуки Mg(II) з магнезонами).
6. Реакції окиснення-відновлення (Mn, Cr, Ni, As, J–, Br– і ін.)
7. Реакції синтезу та руйнування органічних сполук (NH4+, NO2–, NO3–).
8. Реакції утворення акваіонів металів (Cu, Ni, Co, Cr).