Практикум по агрохимии - 2-е изд. - Минеев В.Г.
ISBN 5-211-04265-4
Скачать (прямая ссылка):
СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ (ОПТИЧЕСКИЕ) МЕТОДЫ АНАЛИЗА Спектроскопические методы анализа основаны на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением.
По значению используемых длин волн принято различать следующие разновидности методов оптической спектроскопии:
• ультрафиолетовая (180 - 400 нм);
• спектроскопия в видимой области (400 - 700 нм);
• спектроскопия в ближней (обертонной) инфракрасной области (740 -2500 нм или 4000 - 10000 см"1);
• инфракрасная спектроскопия в основной области (2500 - 20000 нм или 200-4000 см-1).
Взаимодействие вещества с электромагнитным излучением сопровождается различными явлениями, наиболее важными из которых для современного аналитического применения являются испускание, поглощение, отражение, рассеяние, преломление, вращение плоскости поляризации излучения.
В зависимости от использования того или иного явления оптические методы анализа можно разделить на следующие группы:
1) методы, основанные на поглощении (абсорбции) веществом электромагнитного излучения (спектрофотометрия, фотометрия, атомно-абсорб-ционный метод);
2) эмиссионные методы, в основе которых лежит способность вещества испускать электромагнитные волны под действием дополнительной энергии (источника возбуждения). В зависимости от формы возбуждения атомов эмиссионные методы делятся на фотометрию пламени, эмиссионный спектральный анализ, атомно-флуоресцентный, люминесцентный, атомно-эмиссионный с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП)идр.;
3) рефрактометрический метод анализа, основанный на изменении величины показателя преломления света при переходе из одной прозрачной среды в другую, и поляриметрический метод, в котором используют способность оптически активных веществ вращать плоскость поляризации поляризованного луча света.
5
Спектрофотометр ия
Теория вопроса, значение и принцип метода
Спектроскопию в видимой и УФ-областях традиционно называют спектрофотометрией.
Спектрофотометрия основана главным образом на измерении поглощения веществом монохроматических излучений (включая случаи использования приборов, имеющих упрощенный способ монохроматиза-ции с помощью светофильтров).
Сложная кривая зависимости светопоглощения от длины волны называется спектром поглощения вещества.
В практике спектрофотометрии используют различные химические реакции, приводящие к образованию соединений, обладающих сравнительно большими поглощающими свойствами. Чаще всего используют реакции комплексообразования.
Количественные закономерности поглощения веществом электромагнитного излучения подчиняются закону Бугера-Ламберта:
I = I010-kl (1)
где I0 - интенсивность падающего потока излучения, / - интенсивность потока излучения, прошедшего через вещество; k - коэффициент поглощения (соответствует величине, обратной толщине поглощающего слоя, необходимой для ослабления интенсивности падающего излучения в 10 раз); / - толщина поглощающего слоя.
Логарифм отношения I0/! принято называть оптической плотностью и обозначать символом D: D = Ig(IoZI).
Отношение UI0 называется коэффициентом пропускания {T) и выражается обычно в %: T=IOOIZI0.
Коэффициент поглощения к, фигурирующий в формуле (1), связан с концентрацией поглощающего компонента С соотношением (закон Бера):
к = еС,
где С - молярная концентрация компонента, е ~ молярный коэффициент погашения (численно равен оптической плотности раствора с концентрацией 1 моль/л при толщине поглощающего слоя в 1 см). Объединенный закон Бугера-Ламберта-Бера выражается уравнением:
D = еС1.
Оптическая плотность прямо пропорциональна концентрации вещества в растворе и толщине поглощающего слоя. Графически эта зависимость выражается прямой линией, называемой градуировочным графиком.
Поведение светопоглощающих систем подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера лишь при монохроматичности излучения и отсутствии химических изменений в поглощающей системе.
6
Аппаратура
Прибор для измерения светопоглощения должен выполнять две основные задачи: 1) разложение полихроматического света й выделение нужного интервала длин волн, 2) измерение поглощения света веществом.
Каждый абсорбционный прибор включает: источник излучения, устройство для выделения нужного интервала длин волн, кюветное отделение, детектор, индикатор сигнала.
Источники. В спектрофотометрии в качестве источника в основном используют лампы накаливания, испускающие непрерывное излучение. В ближней УФ, видимой и ближней ИК-областях - это вольфрамовые лампы, в УФ-области - водородные, дейтериевые, ксеноновые лампы. Для калибровки спектрофотометров используют ртутную лампу.
Светофильтры и монохроматоры служат для выделения из потока излучения достаточно узкого спектрального интервала. Каждый светофильтр характеризуется величиной X (в максимуме пропускания Тщах) и полушириной пропускания X2 - X1 при 1/2 Tmax (рис. 1). Чем меньше абсолютная величина полуширины пропускания, тем более узкий участок спектра можно выделить светофильтром. Цвет светофильтра обычно совпадает с участком выделяемого спектра.
Светофильтр для работы выбирают таким образом, чтобы выделить область спектра, которую наиболее полно поглощает анализируемое вещество. Для этого готовят два раствора исследуемого вещества с таким расчетом, чтобы концентрации их немного различались. Оба раствора фотометрируют с различными светофильтрами. Тот светофильтр, при котором разность в показаниях оптической плотности будет наибольшая, выбирают для дальнейшей работы.
