Лекция 2. Оптические методы анализа. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

2. Цель лекции: Изучить оптические методы анализа и их классификацию. Рассмотреть методы атомно-абсорбционного анализа (фотоколориметрия, спектрофотометрия).

 

3. Тезисы лекции: Оптические методы анализа основаны на измерении оптических свойств вещества, проявляющихся при взаимодействии элек­тромагнитного излучения с веществом.

Оптические методы анализа классифицируют:

а) По изучаемым объектам наатомный и молекулярный спектральный анализы.

б) По характеру взаимодействия электромагнитного излучения с
веществом. Различают следующие методы.

Атомно-абсорбционный анализ основан на измерении поглощения монохроматического излучения атомами определяемого ве­щества в газовой фазе после атомизации вещества.

Эмиссионный спектральный анализ основан на измере­ние интенсивности света, излучаемого веществом при его энергетическом возбуждении.

Пламенная фотометрия основана на использовании газового пла­мени в качестве источника энергетического возбуждения излучения.

Молекулярный абсорбционный анализ. В основе метода лежит изме­рение светопоглощения молекулами или ионами изучаемого вещества. Наиболее распространен.

Люминесцентный анализ основан на измерение интен­сивности излучения люминесценции, т.е. испускания излучения вещест­вом под воздействием различных видов возбуждения.

Спектральный анализ с использованием эффекта комбинационного рассеяния света (раман-эффекта) основан на измерении интенсивности излучения при явлении комбинационного рассеяния света.

Нефелометрический анализ основан на измерении рассеивания све­та частицами света дисперсной системы.

Турбидиметрический анализ основан на измерении ослабления ин­тенсивности излучения при его прохождении через дисперсную среду.

Рефрактометрический анализ основан на измерении показателей светопреломления веществ.

Интерферометрический анализ основан на изучении явления ин­терференции света.

Поляриметрический анализ основан на измерении величины угла вращения плоскости поляризации света опти­чески активными веществами.

Оптический диапазон подразделяют на ультрафиолетовую − УФ (100-380 нм),

видимую − В (380-760 нм) и инфракрасную − ИК (760-10⁵ нм) область спектра.

В основе фотометрических измерений и расчетов лежит закон светопо­глощения, характеризующий зависимость по­глощения монохроматического излучения от толщины поглощающего слоя и от концентрации светопоглощающих частиц. Ос­новной закон светопоглощения или закон Бугера-Ламберта-Бера гласит: интенсивность поглощения света растворами вещества пропорциональна их концентрации С и толщине поглощающего слоя l. Закон можно представить в экспоненциальной форме:

(1.1)

или в логарифмической форме:

(1.2)

Основной закон светопоглощения справедлив только для поглоще­ния монохроматического светового потока с постоянной длиной волны λ = const.

В количественном анализе обычно используется логарифмическая форма (1.2) основного закона светопоглощения, поскольку оптическая плотность А прямо пропорциональна концентрации с.

Величину ε называют молярным коэффициентом (показателем) по- гашения, или молярным коэффициентом (показателем) экстинкции. Кроме оптической плотности А используют также пропускание, или светопропускание:

(1.3)

которое связано с оптической плотностью А следующим образом:

(1.4)

A = 2- lg T (1.5)

Рабочий интервал измене­ния оптической плотности, приемлемый для аналитических фотомет­рических измерений, составляет 0,2-0,8 единиц, оптимальный − 0,2-0,6 единиц; наименьшую ошибку получают при значении оптической плот­ности 0,434.

Фотоколориметрия. Метод основан на измерении интенсивности немонохроматического светового потока, прошедшего через анализируе­мый раствор, с помощью фотоэлементов в фотоколориметрах и в фото-электроколориметрах. Световой поток от источника излучения (лампы накаливания) проходит через светофильтр, пропускающий излу­чение лишь в определенном интервале длин волн, затем через кювету с анали­зируемым раствором и попадает на фотоэлемент, преобразующий свето­вую энергию в фототок, регистрируемый соответствующим прибором. Чем больше светопоглощение анализируемого раствора (т.е. чем выше его оптическая плотность), тем меньше энергия светового потока, попа­дающего на фотоэлемент.

Разработаны различные конструкции фотоэлектроколориметров, предназначенных для работы в ближней УФ и в видимой области спектра. Светофильтры, чаще всего это стекла различного состава и окраски, пропускают излучение шириной в несколько десятков нм (≈ от 20 до 50 нм).

Наиболее распространенными являются фотоэлектроколориметры с одним или с двумя фотоэлементами. Фотоэлектроколориметры с одним фотоэлементом предусматривают измерение энергии однолучевого све­тового потока. Приборы с двумя фотоэлементами измеряют энергию двух световых потоков, один из которых проходит через анализируемый раствор, а другой − через раствор сравнения («ну­левой» раствор).

Концентрацию определяемого вещества в анализируемом растворе находят либо с использованием основного закона светопоглощения, либо методом градуировочного графика. Относительная ошибка фото-колориметрического определения кон­центрации обычно не превышает ± 3%.

Метод обладает сравнительно высокой чувствительностью и хоро­шей воспроизводимостью, селективностью, прост по выполнению изме­рений оптической плотности или пропускания, использует относительно несложную аппаратуру. Однако немонохроматичность регистрируемого светового потока несколько понижает точность и воспроизводимость аналитических измерений.

Спектрофотометрия. Этот метод основан на использовании спектрофотометров, позволяющих регистрировать световые потоки в широком интервале изменения длин волн (от 185 нм до 1100 нм) и обеспечивающих высо­кую степень монохроматичности света (0,2-5 нм), проходящего через анализируемую среду. В большинстве спектрофотометров монохроматизация светового потока осуществляется за счет использования диспергирующих элементов − призм или дифракционных решеток. В качестве источника излучения в спектрофотометрах используют лампы накаливания и водородные либо дейтериевые лампы.

Разработаны различные приемы спектрофотометрии − прямая, дифференциальная, производная спектрофотометрия, спектрофотометрическое титрование.

Концентрацию определяемого вещества в анализируемом растворе при спектрофотометрических измерениях находят с использованием либо основного закона светопоглощения, либо градуировочных графиков.

Спектрофотометрические методы обладают, по сравнению с фото-электроколориметрическими, большей точностью и чувствительностью, позволяют проводить анализ многокомпонентных систем без разделения компонентов, определять вещества, не поглощающие в видимой области спектра (но имеющие полосы поглощения в УФ диапазоне). Относитель­ные ошибки спектрофотометрических определений не превышают ±2%.

В отличие от фотоколориметрии и фотоэлектроколориметрии, спек­трофотометрия позволяет получать спектры по­глощения в широком спектральном диапазоне.

 

4. Иллюстративный материал:

Табл.1 Основные цвета видимого спектра

 

Рис.1. Зависимости пропускания и оптической плотности от толщины поглощающего слоя l и концентрации раствора С.

 

5. Литература:

Основная: 1, 2, 3, 4, 5.

Дополнительная: 7, 8.

6. Контрольные вопросы:

· Оптические методы анализа. Классификация и сущность методов.

· Атомно-абсорбционный анализ.

· Фотоколориметрия. Основной закон светопоглощения.

· Спектрофотометрия.

· Примеры практического применения методов.

---

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 135; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!