Используемой длины волны в спектре поглощения

Определение оптической плотности на максимальной длине волны еще выгодно и со следующей точки зрения: на максимуме меньше всего изменяется величина e, то есть слабая зависимость de/dλ. Чем это чревато? Если градуировочный график построен давно, монохроматическая система имеет отклонения, как правило, в 2 – 5 нм. Если будет резкий max, то это может увеличить ошибку при измерении оптической плотности на 10- 20%, т.е. увеличит ошибку. В этом случае нужно работать по-другому, т. е. один раз выбрать длину волны, на ней сделать градуировку и проводить определения. Надо отметить, что на максимальной длине волны обычно наблюдается наибольшая селективность определений, так как присутствующие примеси обычно имеют другие максимумы поглощения. Тем не менее, в ряде случаев есть исключения. Если примеси поглощают на той же длине волны, что и основное вещество, то по спектру выбирают другую длину волны, при которой примеси поглощают меньше, то есть, измерение осуществляют обычно при большей длине волны (батохромный сдвиг), либо при меньшей длине волны (гипсохромный сдвиг).

Как следует из рис 18 для спектра пикрат-иона, max с e=14000 приходится на λ=358 нм, однако при этой длине волны работают редко.

Чаще всего работают с длиной волны 410 – 420 нм, то есть смещают спектр в область больших длин волн и меньших значений оптических плотностей. Почему? Здесь имеются следующие особенности, которые нужно знать. Дело в том, что 410 нм это область восприятия человеческим глазом, то есть видимая область (400 – 700 нм), и при работе на такой длине волн возможен визуальный контроль, позволяющий избежать грубых ошибок, тогда как в УФ области спектра это трудно соблюдать.

Во-вторых, работы в УФ-области стараются избежать, так как в этой области может поглощать «муть», которая может иметься в этом растворе. В УФ-области она видна, а связано это с размером частиц. В видимой же области она не видна.

Например, в экстракционно-фотометрическом анализе водный или органический раствор контактирует с противоположной фазой. Например, хлороформ с водой, и вода с хлороформом. При небольшом уменьшении температуры растворимость воды в хлороформе изменяется. Первый признак этого – появление невидимой «мути» в видимой области спектра. Стабилизированные частички воды создают «муть» в УФ, и это создает иллюзию большой оптической плотности, а в видимой области они не видны. Это особенность практической работы.

Градуировочный график обычно линеен в широком диапазоне концентраций. Бывают два типа графиков: если определение проводить с использованием в качестве эталона чистого индивидуального растворителя (воды, хлороформа), то очень часто градуировочный график выходит не из начала координат, а отсекает на оси ординат участок D_о (рис .20).

Рис. 20. Различные виды градуировочного графика

Если этот участок небольшой, то работать еще можно, а когда большой - работать плохо.

Появление D_о связано с наличием в анализируемой пробе окрашенных примесей, частично поглощающих излучение при выбранной длине волны.

Вторая причина: наличие вспомогательных веществ либо в реагенте примесей определяемого вещества.

Третья причина: поглощение излучения самим реагентом. Чаще всего продукт реакции реагента с определяемым веществом поглощает при больших длинах волн, то есть наблюдается батохромный сдвиг поглощения, однако спектры реагента и продукта чаще всего накладываются, и тогда появляется D_о.

а) б) в)

Рис. 21.Контрастность фотометрической реакции.

Спектры поглощения реагента и продукта реакции

Идеальный случай, когда максимумы спектров не накладываются, и Δ λ больше 100 нм (рис. 21 а).

Однако чаще всего контрастность реакций не очень большая (рис.21б). Этот рисунок типичный, в отличие от рис. 21 а - идеального.

Случай, изображенный на рис. 21 в, показывает, что на длине волны, дающей максимальное поглощение продукта реакции, работать нежелательно, так как при этом будет большое поглощение самого реагента. Лучше сместится в сторону больших длин волн, например на 20 нм, где реагент поглощает значительно меньше.

Это очень важно с точки зрения определения малых концентраций. При малых концентрациях определяемого вещества продукта реакции мало и долю оптической плотности, приходящейся на продукт реакции, необходимо находить как разность между двумя большими величинами: одна из них суммарная оптическая плотность реагента и продукта, вторая – оптическая плотность реагента. Но ее определять трудно, при этом возникает погрешность.

Чаще всего аналитики работают со вторым типом градуировочного графика, который приведен на рисунке и выходит из начала координат. Второй градуировочный график получается при фотометрировании анализируемой пробы относительно так называемого холостого опыта.

Суть в том, что получают, например, водный раствор, в котором имеются вспомогательные вещества и реагенты, либо если это органический растворитель, который был заранее приведен в контакт с водным раствором, где имелись вспомогательные вещества и реагенты, но не было анализируемой пробы. При этом градуировочный график будет выходить из начала координат. Это хорошо, но не всегда, потому что аналитик не чувствует, насколько велико D₀, и большой точности в случае большого D₀ достичь нельзя.

Остановимся еще на одном градуировочном графике, который иногда встречается: наблюдается отклонение в области наибольших концентраций и создается иллюзия, что имеется отклонение от закона Бугера-Ламберта-Бера

(рис. 22 а).

Рис. 22. График зависимости величины оптической плотности

от концентрации при неполном протекании фотометрической реакции

В самом деле, это не так. Такие графики могут появляться, если реакция между определяемым веществом и реагентом идет не до конца.

Дело в том, что для построения градуировочного графика и для работы обычно применяют фиксированную концентрацию реагента, она не должна меняться, то есть должна быть одинаковой для всех концентраций эталонных и определяемых растворов. Естественно, что концентрация реагента должна быть не очень большой с целью получения селективности и устранения мешающего влияния собственной окраски реагента. Поэтому при низких константах равновесий реакций реагента с определяемым веществом и при высоких концентрациях определяемого вещества, реагента становится мало, и реакция идет не до конца. Значит, это не отклонение от уравнения Бугера-Ламберта-Бера, а результат неполноты протекания фотометрической реакции. При низких концентрациях определяемого вещества реагента много, реакция идет полнее.

Бывают уникальные случаи, когда график выходит не из начала координат, он отсекает отрицательный участок на оси D (рис. 22 б).

Появление этого участка в десятке случаев казалось фантастическим, необъяснимым.

Например, в случае экстракционно-фотометрического определения ртути причину мы нашли: толуол использовался в качестве растворителя, и содержал серосодержащее соединение, которое связывало ртуть прочнее реагента, поэтому в начале ртуть связывалась с тио-ионом, образуя неокрашенный комплекс, и только при некотором содержании ртути мы видели проявление окраски. Для того чтобы избавится от этого, необходимо многократно чистить растворитель.

Основные требования к выбору реагента в фотометрических реакциях:

- наиболее удобными для фотометрии являются соединения, интенсивно поглощающие свет в видимой области спектра 400 – 700 нм, длина волн должна быть наибольшей

- реакции реагента с определяемым веществом по возможности должны быть наиболее контрастным

- желательно, чтобы они протекали быстро и до конца

- реакции должны быть высокоселективными.

Точность молекулярно-адсорбционного анализа в классическом варианте составляет:

- для фотометрии – 3 – 5 %

- для спектрофотометрии – 2 – 3 % и определяется, прежде всего, ошибкой работы прибора и ошибками при приготовлении поглощающей среды. Ошибка прибора не постоянна, а зависит от величины оптической плотности. Рассмотрим график, на котором обозначена зависимость ошибки прибора от величины оптической плотности (рис. 23).

При низких оптических плотностях ошибка резко возрастает, минимальна при оптической плотности 0,2 –1,0 и далее (1 – 1,5) возрастает.

Существует ряд приемов повышения точности фотометрических определений. Один из них - фотометрическое титрование. Оно осуществляется в двух вариантах:

а) титрование, когда титрант, титруемое соединение, либо продукт реакции оптически активны.

а) б)

в) г)

Рис. 24. Виды кривых фотометрического титрования

а) – окрашено определяемое вещество; б) - окрашен продукт реакции;

в) – окрашен титрант; г) – окрашено определяемое вещество и титрант

(продукт реакции выпадает в осадок)

Рис. 25. Форма кривой фотометрического