Фотоколориметрический анализ (молекулярная абсорбционная
спектроскопия) относится к оптическим методам анализа. Метод основан на
способности вещества поглощать электромагнитное излучение оптического
диапазона. Оптический спектр включает ультрафиолетовую, видимую и ИК-
области. Наибольшее распространение получили фотометрические методы
анализа, основанные на поглощении в видимой области спектра, т.е. в
интервале длин волн 400 – 780 нм. Излучения видимой области спектра
поглощают только окрашенные соединения.
Фотометрический метод анализа широко применяют для решения
проблем технологического контроля; в санитарно-гигиеническом анализе для
определения аммиака, нитратов, катионов различных металлов в воде; для
определения витаминов в продуктах питания и т.д. Метод имеет низкий предел
обнаружения (10-5 – 10-6 М), относительная ошибка большинства определений 1
– 2 %.
В основе фотометрического метода анализа лежит избирательное
поглощение света частицами (молекулами или ионами) вещества в растворе,
при некоторых длинах волн светопоглощение происходит интенсивно, а при
некоторых свет не поглощается. Поглощение квантов hν электромагнитного
излучения оптического диапазона молекулой или ионом обусловлено
переходом электронов на орбитали с более высокой энергией.
Цветность как способность к поглощению определенных квантов
электромагнитного излучения оптического диапазона определяется
электронным строением молекулы. Обычно это связано с наличием в молекуле
хромофорных групп. Конкретные хромофорные группы обуславливают
возможность осуществления определенных электронных переходов.
За формирование аналитического сигнала ответственными являются в
основном d →d*- и π→π*- переходы. d → d*- Переходы характерны для аква-
ионов и некоторых комплексных соединений d-элементов с неполностью
заполненными d-орбиталями. π→π*- Переходы свойственны молекулам
органических соединений и обеспечивают их окраску, наряду с
малоинтенсивными n > π*- переходами. Если молекула органического
соединения способна образовывать комплексы с ионами металлов, то
изменение энергии π→π*- перехода вызывает появление или изменение
окраски комплекса по сравнению с исходным состоянием.
Каждая молекула обладает определенным набором возбужденных
квантовых состояний, отличающихся значением энергии, поэтому интенсивно
поглощаются те кванты света, энергия которых равна энергии возбуждения
молекулы. Характер поглощения зависит от природы вещества, на этом
основан качественный анализ. Для количественного анализа используют
зависимость светопоглощения от концентрации определяемого вещества.
Основной закон светопоглощения – закон Бугера-Ламберта-Бера:
lg I/ I0= A λ= ε λ lc (1.1)
где Io – интенсивность первоначального излучения, падающего на объект;
I – интенсивность излучения, прошедшего через объект; Aλ – оптическая
плотность раствора С – концентрация, моль/л; l – толщина поглощающего слоя,
см; ελ - молярный коэффициент светопоглощения при данной длине волны.
Молярный коэффициент светопоглощения характеризует
чувствительность реакции и является постоянной величиной для данного
окрашенного соединения. Для повышения чувствительности определения
выбирают реакцию с максимальным значением ε. (см. справочник по
аналитической химии). Значение ε для различных окрашенных соединений
различны: для аква- комплексов меди и др. ε порядка 10, для аммиакатов ε =
102-103, для органических соединений – 104 - 105.
Молярный коэффициент поглощения раствора можно рассчитать, если
приготовить серию растворов с известными концентрациями веществ и
измерить оптическую плотность раствора. Коэффициент линейной регрессии
зависимости А = f(С) представляет собой молярный коэффициент поглощения.
Закон Бугера – Ламберта - Бера строго справедлив только для
разбавленных растворов и в определенных условиях:
• постоянство состава и неизменность поглощающих частиц в растворе;
• исследуемые молекулы должны быть диспергированы до
молекулярного, т.е. гомогенного уровня, они не должны рассеивать свет и
взаимодействовать друг с другом;
• монохроматичность и параллельность проходящего через раствор
лучистого потока небольшой интенсивности;
• постоянство температуры.