Молекулярно-абсорбционный спектральный анализ

Молекулярно-абсорбционный спектральный анализ

Включает спектрофотометрические и фотоколориметрические методы анализа. Спектрофотометрический метод анализа основан на поглощении монохроматического излучения, а фотоколориметрический на поглощении немонохроматического излучения. В веществе молекулы, атомы и ионы находятся в определенном энергетическом состоянии, при прохождении потока излучения они способны переходить в более высокие энергетические состояния, чаще всего это бывает переход с основного уровня на первый возбужденный уровень. Таким образом происходит поглощение потока излучения. Поглощение тем больше, чем больше концентрация светоглощающего вещества.

При поглощении квантов света происходит увеличение внутренней энергии частицы, которая складывается из энергии вращения частицы, энергии колебания атомов и движения электронов.

В зависимости от длины волны в электромагнитном спектре обычно выделяют следующие участки:

 

Интервал длин волн, нм	Участок спектра
10-4 - 10-3	γ – излучение
10-3 - 10	Рентгеновское излучение
10 - 400	Ультрафиолетовое излучение
400 - 760	Видимый свет
760 - 106	Инфракрасное излучение
106 - 109	Микроволны или сверхвысокие частоты
>109	Радиоволны

Основной закон светопоглощения

Атом, ион или молекула, поглощая квант света, переходит в более высокое энергетическое состояние. Вследствие поглощения излучения, при прохождении его через слой вещества, интенсивность излучения уменьшается, и тем больше, чем выше концентрация светопоглощающего вещества.

Закон Бугера-Ламберта-Бера (основной закон светопоглощения) связывает уменьшение интенсивности света, прошедшего через слой светопоглощающего вещества, с концентрацией вещества и толщиной слоя.

 

 

Чтобы учесть потери света на отражение и рассеяние, сравнивают интенсивности света, прошедшего через исследуемый раствор и растворитель. При одинаковой толщине слоя в кюветах из одинакового материала, содержащих один и тот же растворитель, потери на отражение и рассеяние света будут примерно одинаковы у обоих пучков, и уменьшение интенсивности света будет зависеть от концентрации вещества.

Уменьшение интенсивности света, прошедшего через раствор, характеризуется коэффициентом пропускания (или просто пропусканием) Т:

где I₀ и I - соответственно интенсивность падающего светового потока и интенсивность светового потока, прошедшего через раствор.

Взятый с обратным знаком логарифм Т называется оптической плотностью А:

Уменьшение интенсивности света при прохождении его через раствор подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера.

или или

общепринятая логарифмическая форма записи,

где ε – молярный коэффициент светопоглощения;

l – толщина светопоглощающего слоя, см;

с – концентрация раствора, моль/дм³.

Оптическая плотность раствора, содержащего несколько окрашенных веществ, обладает свойством аддитивности, которое иногда называют законом аддитивности светопоглощения. В соответствии с этим законом, поглощение света каким-либо веществом не зависит от присутствия в растворе других веществ. При наличии в растворе нескольких окрашенных веществ каждое из них будет давать свой аддитивный вклад в экспериментально определяемую оптическую плотность A:

А =А₁ + А₂ + …+А_n,

где А₁, А₂ и т.д. – оптическая плотность вещества 1, вещества 2 и т.д.

 

Спектры поглощения

Спектры поглощения строят в координатах А=f(λ) или ε=f(λ). Длина волны, при которой наблюдается максимальное поглощение света, обозначается через λ_опт, и называется оптимальной длиной волны. Область максимального поглощения лучей характеризуется также размытостью максимума поглощения – интервалом длин волн, отвечающим половинным значениям ε или А.

λ_опт является важной оптической характеристикой вещества. В количественном анализе оптическую плотность растворов измеряют при оптимальной длине волны, при которой обеспечивается максимальная чувствительность и точность.

 

Метод добавок

а) расчетный метод

Измеряют оптическую плотность раствора с неизвестной концентрацией (А_х). К такому же количеству раствора добавляют определенный обьем раствора этого же вещества с известной концентрацией (с_доб). Затем измеряют оптическую плотность полученного раствора (А_х+доб). Концентрацию неизвестного раствора рассчитывают по формуле:

б) графический метод

Готовят 5 стандартных растворов. В каждую колбу добавляют одинаковый объем раствора с неизвестной концентрацией и измеряют оптическую плотность каждого раствора, после чего строят график зависимости А от с, по которому определяют искомую концентрацию.

Молекулярно-абсорбционный спектральный анализ

Включает спектрофотометрические и фотоколориметрические методы анализа. Спектрофотометрический метод анализа основан на поглощении монохроматического излучения, а фотоколориметрический на поглощении немонохроматического излучения. В веществе молекулы, атомы и ионы находятся в определенном энергетическом состоянии, при прохождении потока излучения они способны переходить в более высокие энергетические состояния, чаще всего это бывает переход с основного уровня на первый возбужденный уровень. Таким образом происходит поглощение потока излучения. Поглощение тем больше, чем больше концентрация светоглощающего вещества.

При поглощении квантов света происходит увеличение внутренней энергии частицы, которая складывается из энергии вращения частицы, энергии колебания атомов и движения электронов.

В зависимости от длины волны в электромагнитном спектре обычно выделяют следующие участки: