падаючим на сітчатку ока людини чи на чутливий фізичний прилад (фотоелемент), буде меншим інтенсивності пучка світла, який входить в кювет. Степінь поглинання кольоровими розчинами хвиль світла, яке падає, різної довжини неоднакова. Поглинання світлової енергії розчином у видимій і ультрафіолетовій області спектра вибіркове і залежить від властивостей поглинаючих молекул чи іонів.
Закон Бугера – Ламберга – Бера можна виразити рівнянням:
Іі = Іо · 10-CL
Якщо рівняння прологарифмувати, то воно має вигляд:
Іі
Lg = -CL,
Іо
де Іі - інтенсивність світлового потоку, який пройшов через розчин,
Іо – інтенсивність падаючого на розчин світлового потоку;
- коефіцієнт поглинання світла;
c – молярна концентрація кольорової речовини в розчину;
L – товщина шару розчину.
Величину Lg(Іі/Іо) називають оптичною густиною розчину D:
Іі
D = Lg = CL
Іо
Оптична густина розчину прямо пропорційна концентрації кольорового розчину і товщині шару розчину.
Якщо графічно зобразити залежність оптичної густими від концентрації кольорового розчину, то, накладаючи по осі абсцис концентрацію розчину, а по осі ординат його оптичну густину, то одержимо пряму. яка проходить через початок координат. При С=1 моль/л і t = 1 см, D = . Коефіцієнт , таким чином, дорівнює оптичній густині кольорового розчину з концентрацією С= 1 моль/л і l = 1 см. Цю величину називають молярним коефіцієнтом поглинання розчину. Молярний коефіцієнт світлопоглинання характеризує чутливість фотометричної реакції і представляє собою постійну для даної кольорової сполуки величину. Він є важливою характеристикою, яка дозволяє судити про чутливість методу. Так, якщо один і той самий іон утворює кольорові сполуки з різними реактивами, які використовуються в колориметрії, то найбільшою чутливістю буде володіти той колориметричний метод, в основу буде використаний зафарбований продукт реакції з максимальним молярним коефіцієнтом світлопоглинання.
Значення в області максимуму для різних зафарбованих сполук дуже відрізняється. Так, хвилі поглинання "простих-йонів (аква компонентів) міді, нікеля та ін., в видимій частині спектра характеризується низьким значенням (порядка 10). Зафарбовані амінокислотами мають значення = 102 - 103. Комплекси з органічними реактивами (олізаринати, дитизонати) мають дуже високі значення - порядку 104-105.
Молярний коефіцієнт поглинання розчину можна розрахувати, якщо приготувати серію розчинів з відомою концентрацією речовини і виміряти оптичну густину кольорових речовин, які наливають у кювету з L=1 см. Побудувавши графік залежності оптичної густини розчину від молярної концентрації с і з'єднавши лінією всі точки графіка, одержимо пряму лінію, яка проходить через початок координат. Тангенс кута нахилу прямої до осі абсцис (tg) представляє собою молярний коефіцієнт поглинання. Знаючи молярний коефіцієнт поглинання можна знаючи оптичну густину розчину з невідомою концентрацією (Сx) знайти її з співвідношення:
Dx
Сx = ____ .
L
Закон Бугера-Ламберта-Бера справедливий для досить розбавлених розчинів, тому область його використання обмежена внаслідок:
зміни концентрації водневих іонів, які виявляють вплив на дисоціацію, комплексоутворення, гідроліз та інші процеси;
присутність сторонніх електролітів в розчині;
розбавлення розчину;
зміна температури розчину.
Відхилення від закону Бугера-Ламберта-Бера.
Закон Бугера-Ламберта-Бера використовується тільки для середовищ, в яких агрегати молекул, окремі молекули чи іони, які є поглинаючими центрами. залишаються незмінними. Якщо характер поглинаючих центрів міняється, наприклад, у зв'язку з розбавленням, то показник поглинання буде неоднаковим для різних концентрацій цієї речовини. Звідси виникають відхилення від основного закону спектрофотометрії, які особливо помітні для концентрованих розчинів. Якщо в досліджуваному розчині присутні сторонні електроліти, то вони можуть викликати деформацію молекул кольорових сполук і світлопоглинання цих сполук змінюється. На світлопоглинання розчину впливають і багато інших факторів: гідроліз, комплексоутворення, утворення проміжних продуктів, золей, тосутомерні перетворення, сольватація. Всі ці явища часто залежать від рН розчину.
Таким чином, колориметричні і спектрометричні визначення належить проводити в строго визначених інтервалах значень рН розчину. Потрібний інтервал рН середовища створюються застосовування буферних розчинів.
2.3. Візуальна колориметрія.
Інтенсивність кольору розчинів можна виміряти візуальними і фотоколориметричним способом. Візуальні методи зафарбування розчинів проводять неозброєним оком. Прилади, які призначені для вимірювання інтенсивності кольору візуальним методом називають колориметрами. До візуальних колориметричних методів вдіносять:
метод стандартних серій;
метод колориметричного титрування;
метод вирівнювання;
метод розбавлення.
Метод стандартних серій (метод кольорової шкали). Іонують ряд стандартних розчинів будь-якої речовини з поступовою зміною концентрації в певному об'ємі розчинника, наприклад: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мг до – 10 проб. Виміщають певний об'єм кожного стандартного об'єму і такий же об'єм розчину, який аналізують в пробірку, добавляють рівні об'єми необхідних реактивів. Порівнюють інтенсивність одержаного кольору розчину, який досліджується і стандартних розчинів. Якщо колір розчину, що аналізується, по інтенсивності співпадає з кольором стандартного розчину, який містить 0,4 мг даної речовини, то вміст його в розчині, що аналізується, дорівнює також 0,4 мг. Якщо забарвлення розчину, який аналізується, відповідає проміжній концентрації, наприклад, між 0,4 і 0,5 мг, то концентрацію беруть середню між сусідніми концентраціями стандартних розчинів (приблизно 0,45мг). Рекомендується для одержання більш точних результатів готовлять проміжні серії стандартних розчинів.
Метод дає приблизні результати і під час виконання роботи необхідно часто відновлювати шкалу із-за нестійкості забарвлення розчину. При виконанні аналізу методом стандартних серій не потрібно виконувати основний закон колориметрії.
Метод колориметричного титрування (метод дублювання).
Певний об'єм розчину, що аналізується, невідомої концентрації порівнюють з таким же об'ємом води, до якої добавляють із бюретки зафарбований стандартний розчин тієї ж речовини певної концентрації до вирівнювання інтенсивності забарвлень стандартного і досліджуваного розчину визначають вміст речовини в розчині невідомої концентрації.
Концентрація речовини в аналізованому розчину сx (в г/мл) розраховують за формулою:
TV
Сx = ____ ,
V1
Т – титр стандартного розчину, г/мл;
V – об'єм стандартного розчину, мл;
V1 – об'єм аналізованого розчину, взятого для колориметричного