Поглощение исследуемого раствора обычно измеряют относительно
раствора сравнения, поглощение которого условно принимается равным нулю.
Если раствор сравнения представляет собой чистый растворитель или так
называемый «раствор контрольного опыта» (т.е. раствор, подвергнутый той же
обработке и содержащий все компоненты измеряемого раствора за
исключением исследуемого вещества), то такой метод измерения называют
абсолютным.
С целью повышения точности молекулярного абсорбционного анализа и
расширения диапазона определяемых концентраций используют
дифференциальные методы. Различают метод определения высоких
концентраций веществ, метод определения малых концентраций веществ и
метод предельной точности. В аналитической практике наибольшее
распространение получил метод определения высоких концентраций веществ.
В этом методе в качестве раствора сравнения используют стандартный раствор
с концентрацией сo. Измеряемая этим методом относительная оптическая
плотность исследуемого раствора Аотн с концентрацией вещества сх равна:
Аотн=Ах - Ао=ε(сх- сo), (1.5)
где Ах и Ао – оптические плотности исследуемого раствора и раствора
сравнения, измеренные абсолютным методом.
Выбор раствора сравнения является наиболее ответственной процедурой
при выполнении дифференциальных измерений. Для достижения
максимальной точности определения концентрации вещества следует
использовать раствор сравнения, для которого значение условной оптической
плотности εlcо максимально. Точность дифференциальных определений
приближается к точности классических методов анализа, характеризующихся
погрешностями 0.2-0.5%.
Анализ многокомпонентных смесей.Если полосы поглощения двух или
более веществ, находящихся в одном растворе, не перекрываются, то анализ
смеси сводится к определению каждого компонента в отдельности. Оптическая
плотность смеси веществ Аλ определяется законом аддитивности оптических
плотностей:
Аλ = ΣАλ
i = l Σ ελ
ici, (1.6)
где Аλ
i – парциальная оптическая плотность i-го вещества.
В случае перекрывания полос (рис.1.1) для анализа смеси используют
методы, также основанные на законе аддитивности оптических плотностей. Из
них наиболее известен метод Фирордта, заключающийся в измерении
оптической плотности смеси при нескольких длинах волн и составлении
системы уравнений, включающих неизвестные концентрации компонентов
смеси. Пусть для смеси двух компонентов с концентрациями с1 и с2 измерены
оптические плотности А1 и А2 при длинах волн λ1 и λ2, соответственно (рис.1.1).
Тогда
А1 = ε1,λ1 c1 l+ ε2,λ1 c2 l (1.7)
А2 = ε1,λ2 c1 l+ ε2,λ2 c2 l (1.8)
система уравнений с двумя неизвестными решается обычными приемами:
с1 = ε2,λ2 А1 - ε2,λ1 А2/( ε1,λ1 ε2,λ2 - ε1,λ2 ε2,λ1) l (1.9)
с2 = ε1,λ1 А2 – ε1,λ2 А1/( ε1,λ1 ε2,λ2 - ε1,λ2 ε2,λ1) l (1.10)
Ответственным моментом при использовании метода Фирордта является
выбор длин волн λ1 и λ2, называемых аналитическими. В качестве их можно
использовать длины волн с максимальными значениями разностей
коэффициентов поглощения веществ. Найденные значения λ1 и λ2 могут не
совпадать с максимумами поглощения компонентов смеси, лежать в неудобных
для измерений областях спектра (крутовосходящие, крутоспадающие участки
спектральных кривых) или наблюдаться в таких областях спектра, где значения
ε1,λ или ε2,λ малы и измеряются с малой точностью. Поэтому при окончательном
выборе аналитических длин волн следует учитывать факторы, обеспечивающие
повышение чувствительности и точности анализа двухкомпонентных смесей.
Чтобы относительная погрешность определения концентраций
компонентов Δс/с была наименьшей, значения А1 и А2 должны лежать в
интервале 0.1-1.0.
Метод Фирордта может быть распространен и на многокомпонентные
смеси.
Нередко в аналитической практике возникает необходимость
определения одного вещества в сложной смеси, не прибегая к его выделению.
Все остальные компоненты системы называют примесями, составляющими
фон. В этом случае можно провести спектрофотометрический анализ без
отделения примесей, используя различные методы.
1. Когда содержание определяемого вещества в смеси велико, а
поглощением посторонних компонентов можно пренебречь, то содержание
определяемого вещества можно рассчитать по уравнению основного закона
светопоглощения:
C = A λ/ ελ l, (1.11)
2. Если вблизи максимума поглощения определяемого вещества
поглощение посторонних компонентов смеси аппроксимируется линейной
зависимостью от длины волны А = ао +а1λ, концентрацию определяемого
вещества можно рассчитать, используя метод базовой линии. Для этого на
кривой светопоглощения анализируемого раствора между двумя минимумами
по обеим сторонам от полосы поглощения определяемого вещества проводят
прямую линию (рис.1.2) и считают, что отрезок ВD в выбранном масштабе
равен оптической плотности определяемого вещества, а отрезок DE –
оптической плотности посторонних компонентов смеси. Концентрацию
определяемого вещества рассчитывают по формуле:
с= BD / εl (1.12)
3. При линейном характере поглощения посторонних компонентов от
длины волны концентрацию определяемого вещества в сложной смеси можно
определить методом Брайса - Швайна. Для этого измеряют оптическую
плотность анализируемого раствора при трех равноотстоящих длинах волн в
области максимума поглощения определяемого вещества (рис.1.2).
Концентрацию определяемого вещества рассчитывают по формуле:
с = 2 А λ2 - А λ1 - А λ3 /( 2ελ2 - ελ1 – ε31)l (1.13)