Фотометрические методы анализа

Фотометрические методы анализа основаны на избира­тельном поглощении света анализируемым веществом или его соединением с подходящим реагентом. Интенсив­ность поглощения можно измерять любым способом, неза­висимо от характера окрашенного соединения. Точность метода зависит от способа измерения. Различают колори­метрический, фотоколориметрический и спектрофотометрический методы.

В колориметрическом методе окраску анализируемого раствора визуально сравнивают с окраской стандартного. Однако визуально невозможно установить количествен­но, во сколько раз один раствор окрашен интенсивнее дру­гого. В этом случае можно установить только одинаковую окраску анализируемого раствора при сравнении его со стандартным.

Фотоколориметрический метод позволяет количест­венно определить интенсивность поглощения света анали­зируемым раствором с помощью фотоэлектроколориметров (иногда их называют просто фотоколориметрами). Для этого готовят серию стандартных растворов и вычер­чивают зависимость светопоглощения определяемого ве­щества от его концентрации. Эта зависимость называется градуировочным графиком. В фотоколориметрах свето­вые потоки, проходящие через раствор, имеют широкую область поглощения - 30-50 нм, поэтому свет здесь явля­ется полихроматическим. Этю приводит к потере воспро­изводимости, точности и избирательности анализа. Достоинство фотоколориметра заключается в простоте конст­рукции и высокой чувствительности благодаря большой светосиле источника излучения - лампы накаливания.

Более чувствительным и точным является спектрофотометрический метод. В используемых приборах - спек­трофотометрах - световой пучок, проходящий через раствор, монохроматичен, т.е. имеет одну длину волны. Измерение поглощения света растворами на спектрофото­метрах проводят при длине волны максимума поглогцения. Это дает возможность в одном растворе анализиро­вать вещества, максимумы поглощения которых расположены при разных длинах волн. Так же, как и фотоколори­метрический метод, спектрофотометрический основан на пропорциональной зависимости между светопоглощением и концентрацией поглощающего вещества.

В основу фотометрических методов положено образова­ние окрашенных соединений, интенсивность светопогло­щения которых измеряется. Окрашенные соединения в растворе образуются в результате реакций окйсления-восстановления и комплексообразования. ОВ-реакции, при­меняемые в фотометрии, например окисления Мn²⁺ до М11О4 протекают, как правило, практически до конца.

В случае применения реакций комплексообразования необходимо учитывать процессы ступенчатого комплексо­образования, недостаточную устойчивость образующегося комплекса, собственную окраску реагента и т.д. Зная кон­станту устойчивости комплексных соединений и константу диссоциаций реагентов, можно рассчитать, при каких кон­центрациях реагента будет достигнута необходимая полно­та реакции и как будут влиять сопутствующие элементы. Например, катион Fe³⁺ образует с роданид-ионом SCN^- ряд комплексных ионов кроваво-красного цвета различной ин­тенсивности в зависимости от избыточной концентрации роданид-иона. В присутствии Сl^- - ионов степень связыва­ния катионов Fe³⁺ в роданидный комплекс заметно умень­шается, а в присутствии фосфорной кислоты происходит полное обесцвечивание раствора роданида железа.

Влияние рН в большинстве случаев сводится к измене­нию состава окрашенного соединения. Изменение рН сре­ды способствует образованию окрашенных комплексов с посторонними ионами, присутствующими в растворе, обусловливает изменение растворимости комплексных соединений. Необходимый интервал рН среды обеспечива­ется применением буферных растворов.

Минимальная концентрация, которую можно опреде­лить с помощью фотометрических методов, зависит от особенностей реакции образования окрашенных соедине­ний, характеристик применяемых приборов и других факторов. Например, при навеске анализируемой пробы в 1 г обычный спектрофотометрический анализ позволяет определять минимальную массовую долю следов элемен­тов на уровне 5 • 10^-5 %, а фотоколориметрический - на уровне 1 • 10^-4 - 3 • 10^-4 %. Обычная погрешность фотоме­трических методов составляет примерно 1-2 %.

В клинической практике фотометрические методы ана­лиза применяют для определения содержания гемоглоби­на и сахара в крови, холестерина, общего белка. В медико-гигиенических исследованиях с помощью фотометричес­ких методов определяют аммиак, железо и нитриты в во­де, оценивают качество питьевой воды.