барвники.
Методи аналізу речовин, які непоглинають світлові промені.
Спектрофотометричне визначення речовини, яка не має чітко виражених смуг поглинання, можливе лише після взаємодії цієї речовини з відповідним реактивом з утворенням зафарбованого продукту реакції. У спектрі розчину одержаної сполуки повинні бути добре виражені смуги поглинання в ультрафіолетовій чи в видимій частинах спектру.
Дуже часто реакції утворення забарвлених сполук оборотні і йдуть при певних умовах, яких необхідно точно дотримуватися для одержання достатньо надійних результатів.
Методи визначення концентрацій речовин, які поглинаються в видимій і ультрафіолетовій областях спектра.
Визначення концентрації речовин методом порівняння оптичних густин еталонного і досліджуваного розчинів.
Для визначення готовлять еталонний розчин визначуваної речовини відомої концентрації, яка наближається до концентрації досліджуваного розчину. Визначають оптичну густину цього розчину при певній довжині хвилі (Dст). Потім визначають оптичну густину досліджуваного розчину (Dx) при тій самій довжині хвилі і при тій самій товщині шару. Для еталонного розчину маємо:
Dст = Сст L ,
де - молярний коефіцієнт поглинання досліджуваного розчину;
L – товщина шару, см.
Оптична густина досліджуваного розчину виражається:
Dx = Сx L ,
де Сх – концентрація досліджуваного розчину, мг/мл.
Звідси:
Dx Сx Dx
__ = __ і Сх = Сст __,
Dст Cст Dст
Кількість (g) вимірюваної речовини (в мг) з врахуванням розбавлення розчину знаходимо:
Сх М VA М Vк
g = __________ ,
Vn
Vк – загальний об'єм досліджуваного розчину, мл;
VA – об'єм зафарбованого досліджуваного розчину, мл;
Vn – об'єм аліквотної частини досліджуваного розчину, який взятий для приготування зафарбованого розчину, мл.
Визначення концентрацій речовини в розчині по значенню молярного коефіцієнта поглинання.
Визначивши значення оптичної густини Dx – розчину при довжині хвилі і значення молярного коефіцієнта поглинання 2 визначуваної речовини (моль/л) для променів довжини хвилі знаходимо значення концентрації Сх досліджуваної речовини (моль/л):
Dx
Сх = ___ .
2L
Кількість (g) визначуваної речовини (в г) знаходимо за формулою:
VA МVк
g = Ск _______ МА .
Vn
Значення молярного коефіцієнта поглинання поглинання 2 встановлюють наступним чином. Готують еталонний розчин досліджуваної речовини певної концентрації Сст (моль/л) і вимірюють значення оптичної густини Dст цього розчину при довжині хвилі і значення 2 обчислюють за формулою:
Dст
2 = _____ .
L Сст
Якщо речовину важко отримати в чистому вигляді, то можна використати наближене значення .
Визначення концентрації речовини за допомогою калібровоного графіка.
Функціональна залежність D = f(c) між оптичною густиною розчину і концентрацією речовини поглинання можуть бути встановлені графічно. Для цього попередньо готують серію розчинів визначуваної речовини різної концентрації. Вимірюють значення оптичної густини цих розчинів для променів з довжиною хвилі і за отриманими даними будують криву залежності оптичної густини розчину від концентрації. На осі ординат наносять значення оптичної густини еталонних розчинів (D1, D2, D3, …, Dn), а на осі абсцис – відповідні значення цих розчинів (С1, С2, С3, ... Сn). Для отримання більш точних результатів розраховують, використовуючи метод найменших квадратів.
Визначивши значення Dx оптичної густини досліджуваного розчину при тій же товщині шару, можна знайти концентрацію Сх визначуваної речовини по одержаному калібровочному графіку. Якщо розчин не підпадає під закон Бугера-Ламберта-Бера, то прямолінійна залежність порушується на деяких ділянках кривої. В цьому випадку необхідно збільшити число еталонних розчинів. Концентрацію еталонних розчинів зазвичай виражають в мг/мл.
Визначення концентрації речовини методом "вирівнювання" чи методом вимірювання товщини поглинаючого шару.
Оптичну густину досліджуваного розчину Dx вимірюють за формулою:
Dx = Сх lx,
де - молярний коефіцієнт поглинання досліджуваного розчину;
Сх – концентрація досліджуваної речовини, мг/мл;
lx – товщина шару, см.
Оптичну густину еталонного розчину визначають за формулою:
Dет = Сет lет,
де Сет – концентрація еталонного розчину, мг/мл;
lет – товщина шару, см.
Змінюючи товщину шару досліджуваного розчину і еталонного розчину, можна встановити ідентичність кольору досліджуваного розчину з кольором еталонного. Тоді обидва розчини будуть мати однакову оптичну густину:
Dх = Dет ,
Звідси,
lет
Cx = Сет ___,
lx
На використанні цієї рівності заснована робота пристрою колориметра занурення (колориметр Дюбоска), в якому ідентичність кольору досягається зміною товщини шару розчинів. Один світловий потік від дзеркала проходить через шар досліджуваного розчину в кюветі, циліндр, призму, лінзи, та потрапляє в окуляр, освічуючи праву половину оптичного поля. Другий світловий потік проходить через шар стандартного розчину в кюветі, циліндр, призму і лінзи, потрапляє в окуляр, освічуючи ліву половину оптичного поля. Кювети встановлені на держаках, які з допомогою шестерень і рейок переміщається вертикально. Скляні циліндри з відшліфованими кінцями прикріплені нерухомо. Переміщаючи кювети по вертикалі, змінюють висоту стовпців розчину і добиваються зникнення границь розділу в окулярі оптичного поля. Висоти стовпців еталонного розчину і досліджуваного розчину розраховують по міліметровій шкалі.
Визначення декількох компонентів в розчині.
Для визначення двох компонентів в розчині встановлюють значення оптичної густини D1 і D2 розчину суміші двох компонентів при довжині хвилі 1 і 2 і складають два рівняння:
D1 = 1' С1l + 1'' C2l
D2 = 2' С1l + 2'' C2l
де l – товщина шару, см;
С1 і C2 – концентрація досліджуваних речовин, моль/л;
1' і 2' – молярні коефіцієнти поглинання першого компонента при довжині хвиль 1 і 2;
1'' і 2'' - молярні коефіцієнти поглинання другого компонента при довжині хвиль 1 і 2.
Розв'язавши ці рівняння в співвідношенні С1 і С2 знаходимо їх значення.
Таким чином, створюючи три, чотири і більше рівнянь, можна визначити три, чотири і більше компонентів в розчині.
Вибір товщини шару і оптимальної концентрації досліджуваного розчину.
За законом Бугера-Ламберта-Бера оптична густина залежить від молярного коефіцієнта поглинання досліджуваного розчину, концентрації розчину і товщини шару. Теоретичні розрахунки показали, що помилка при