Материал: спектроскопические методы анализа

Рис 3.23. Графическое выражение закона Бугера – Ламберта – Бера

Чем больше коэффициент молярного поглощения вещества, тем круче градуировочный график и тем более чувствителен метод. Тангенс угла наклона градуировочного графика (α) называется коэффициентом чувствительности (S). Если длина кюветы (l) равна 1 см, то тангенс угла наклона градуировочного графика равен коэффициенту молярного поглощения:

В общем случае коэффициент чувствительности определения равен:

S = ελ ∙ l (17)

С точки зрения аналитического применения метода очень важно свойство закона Бурега – Ламберта – Бера, заключающееся в его аддитивности:

46

присутствия в смеси нескольких компонентов (1 и 2) выглядит как показано на рис. 3.24.

Рис. 3.24. Поглощение смеси равно сумме поглощений ее компонентов

Это свойство закона Бугера – Ламберта – Бера стало причиной известных ограничений метода, связанных с его недостаточной селективностью. Для увеличения селективности определения, в тех случаях, когда анализируемый раствор – это смесь поглощающих веществ, используются различные приемы. Например, используют так называемые «маскирующие» реакции, которые заключаются в выведении мешающего компонента из смеси, используя реакции комплексообразования.

Возможно устранение мешающего влияния с использованием окислительно-восстановительных реакций или реакций осаждения. Применяют сорбирующие фильтры для освобождения от мешающих ионов. Для этих целей разработаны специальные методические приемы измерения и проведения эксперимента. Например, метод Фирорда, который заключается в измерении поглощения смеси при нескольких длинах волн и последующем решении системы уравнений.

47

Очень важным свойством органического соединения (хромофора) с точки зрения возможностей его определения спектрофотометрическим методом является его коэффициент молярного поглощения ( λ). Он равен поглощению 1 М раствора в кювете 1 см. Коэффициент молярного поглощения зависит от следующих факторов:

-природы поглощающей свет молекулы (в том числе, окрашенной формы). Его величина может изменяться от сотен до сотен тысяч единиц, в зависимости от природы хромофора;

-длины волны поглощаемого излучения;

-температуры раствора.

Но не зависит от концентрации оптически активного соединения и от длины кюветы.

Следует также отметить, что, если концентрация хромофора, которую подставляют в закон Ламберта – Бугера – Бера (в уравнение градуировочного графика) не молярная, а массовая, то в этом случае коэффициент экстинкции в уравнении не будет называться молярным. С практической точки зрения, как правило, пользуясь градуировочным графиком, удобнее выражать концентрацию в массовых единицах (мкг/мл, мг/л и т.д.).

Причины отклонения от линейности градуировочного графика

Градуировочный график, используемый в методе спектрофотометрии, должен выходить из нуля и быть линейным. Это одно из условий получения правильного результата. Если в эксперименте получен график, не выходящий из нуля, следовательно, допущена ошибка, таким графиком пользоваться нельзя и ошибку надо устранить. Требования к линейности также весьма жесткие. При построении градуировочного графика всегда следует найти диапазон концентраций, в которых градуровка линейна. Редко возможны исключения. Например, при определении белков с индикатором бромкрезоловым зеленым (по поглощению получающего адсорбционного комплекса) возможно пользоваться нелинейной градуировочной функцией.

48

Существуют причины отклонения от закона Бугера – Ламберта – Бера. Их принято делить на инструментальные и химические.

Инструментальные причины отклонения от закона Ламберта – Бугера – Бера

Основная инструментальная причина отклонения от линейности градуировочного графика – недостаточная монохроматичность лучистого потока. Она характерна для приборов, в которых используются светофильтры. Смысл этой причины объяснен на рис. 3.25.

Рис. 3.25. Недостаточная монохроматичности лучистого потока – причина отклонения от закона Бугера – Ламберта – Бера

Слева на рисунке изображены спектры поглощения раствора одного и того же вещества с двумя различными концентрациями (с1 < с2). Поглощение растворов с концентрациями с1 и с2 измеряют в максимуме полосы поглощения (отрезки на графике слева) и откладывают точками (справа) для построения градуировочного графика. Это в том случае, если измерения ведут на спектрофотометре, который имеет монохроматор, способный установить длину волны с точностью до 1 нм или его долей. В случае использования в качестве монохроматора светофильтра (фотометр),

49

который регистрирует поглощение в виде площади под участком кривой (заштриховано на рис. 3.25 слева), на градуировочном графике будут отклонения от прямой линии. Дело в том, что при больших концентрациях в максимуме поглощения полоса поглощения идет круче и, следовательно, нет подобия подынтегральных функций, отклоняются от пропорциональной зависимости и площади:

Химические приичны отклонений

от закона Бугера – Ламберта – Бера

Эти причины наиболее важны и могут привести к существенным ошибкам. Дело в том, что поглощение соединения зависит от многих факторов химического характера: явления полимеризации, сольватации, рН раствора, протекание побочных реакций, которые вовлекают определяемое соединение в посторонние равновесия. Удобнее всего обьяснить действие химических причин на таком примере. Определение хрома принято вести по поглощению его шестивалентной формы в кислой среде. При этом известно, что в зависмости от рН среды, формы шестивалентного хрома изменчивы и имеют разное поглощение:

Вкислой среде хром присутстует в растворе в виде бихроматаниона, который в нейтральной и в щелочной средах переходит в хроматанион. Градуировочный график строят по поглощению бихромат-аниона при длине волны, соответствующей максимому поглощения этой формы.

Втом случае, если среда недостаточно кислая, протекает реакция депротонирования анионной формы бихромата. Спектры поглощения обеих форм приведены на рис. 3.26. Как видно, они не совпадают.

50