Исследование фотометрической реакции. Одной из главных задач, которые могут быть решены с помощью фотометрических методов, является определение концентрации вещества в растворе. Любое фотометрическое определение состоит из двух этапов: 1) приготовление раствора для фотометрирования (переведение анализируемой пробы в раствор и проведение фотометрической реакции – получение «окрашенного» соединения); 2) измерение величины поглощения испытуемого раствора (фотометрирование). Очень редко фотометрирование проводят сразу же после переведения анализируемой пробы в раствор, так как величина поглощения в этом случае бывает очень незначительна и невозможно определять малые количества вещества.
Поэтому на практике определяемый компонент обычно переводят в соединение, обладающее значительным поглощением, и стремятся использовать аппаратуру, которая дает возможность производить измерения в области его максимума поглощения (большие величины оптических плотностей соответствуют большим величинам молярных коэффициентов погашения). Чаще всего определяемый элемент переводят в комплексное соединение с различными органическими реагентами.
При выборе реагента для определения какого-либо элемента следует учитывать прежде всего его селективность, а также чувствительность определения, которая может быть при этом достигнута. Селективность реагента в фотометрическом методе определяется в первую очередь возможностью найти область спектра, в которой поглощает испытуемое соединение, свободную от наложения поглощения посторонних компонентов, присутствующих в растворе.
Кроме того, следует стремиться подобрать специфические условия проведения реакции, в которых образуется комплексное соединение только определяемого элемента.
Оптимальные условия определения требуют полного связывания определяемого элемента в комплекс. Большинство органических реагентов обладают кислотно-основными свойствами. В общем виде уравнение реакции образования комплексного соединения в этом случае можно представить следующим образом: Следовательно, оптимальные условия образования комплексного соединения будут зависеть не только от избытка реагента, но также от рН раствора, особенно в том случае, когда используемый реагент является слабой кислотой.
В тех случаях, когда комплексное соединение отличается малой прочностью, для сдвига равновесия в сторону более полного образования комплексного соединения используют органические растворители: спирт, ацетон, или экстрагируют его в слой органического растворителя, несмешивающегося с водой (экстракционно-фотометрический метод). Кроме того, поглощение самого органического реагента очень часто меняется с изменением кислотности раствора, что следует учитывать при выборе оптимальной длины волны для измерения поглощения комплекса.
Таким образом, использованию фотометрической реакции для количественного определения элемента должно предшествовать изучение ионного состояния компонентов, вступивших в реакцию, определение их фотометрических характеристик, выяснение оптимальных условий полноты образования комплексного соединения, а также предварительное изучение кинетики реакции. Только после этого можно приступить к выяснению приложимости основного закона светопоглощения к раствору, в котором находится определяемый элемент, и к разработке условий количественного его определения. 2. Экстракционно-фотометрический метод В последнее время, несмотря на большое развитие целого ряда физико-химических методов, отличающихся большой избирательностью по сравнению с химическими методами, не всегда удается непосредственно определять многие элементы в сложных смесях.
Решение этой задачи во многом зависит от предварительного разделения, которое с успехом может быть проведено методом экстракции, основанном на различном распределении компонентов в системе неводный растворитель – вода. Распространению метода экстракции способствовало появление ряда теоретических работ, посвященных физико-химическому исследованию этого процесса.
Метод позволяет разделять вещества, сильно отличающиеся по концентрации, поэтому в настоящее время экстракционные методы нашли широкое применение в практике аналитических лабораторий. Особое значение приобретает метод экстракции ввиду необходимости определения примесей в особо чистых веществах, широко применяемых в атомной и полупроводниковой технике. Для определения малых и ультрамалых количеств элементов, являющихся примесями, метод экстракции применяется не только для выделения определяемого элемента, но и для целей его концентрирования.
Очень удачным является сочетание метода экстракции с последующим спектрофотометрическим определением элементов (экстракционно-фотометрический метод). В большинстве случаев для определения искомых элементов используют комплексные соединения этих элементов с органическими реагентами. В спектрах поглощения растворов комплексного соединения и реагента наблюдается наложение максимумов, что осложняет спектрофотометрическое определение.
Для того чтобы исключить поглощение реагента, в отдельных случаях используется дифференциальный метод. Например, при определении цинка дитизоном измеряют поглощение испытуемого раствора по смешанной окраске, используя в качестве «нулевого» раствор дитизона. Перспективным является прием, позволяющий путем реэкстракции перевести реагент из слоя органического растворителя в водный слой. Этот прием основан на различной зависимости коэффициента распределения комплексного соединения и реагента от величины рН раствора (рис.1). Таким образом, можно сравнительно простым приемом получить определяемое соединение в чистом виде и освободиться от необходимости применять приемы работы и расчеты, используемые при работе с многокомпонентными системами.
Рис.1. Зависимость процента экстракции хлороформом от значения рН водной фазы: 1 – гептоксимата никеля; 2 – гепоксимата.
Однако следует учитывать, что для экстракции ультрамалых количеств элементов характерно смещение интервала значений полной экстракции в более щелочную область. Например, соединение никеля с диоксимом 1,2-циклогександиона количественно экстрагируется хлороформом при содержании никеля ~ 10 мкг в интервале значений рН 4,2–11; при содержании никеля 5 мкг и меньше – при рН 5,4–12,75. Помимо этого метод экстрагирования дает возможность исследовать новые комплексные соединения с целью получения их количественных характеристик (констант устойчивости, истинных значений ε). 3.