Определение массовой доли сульфата медиметодом фотоэлектроколориметрии.

Фотоэлектроколориметрия – один из наиболее широко применяемых методов анализа. Метод отличается простотой исполнения, экспрессностью. Чувствительность = 10^-4-10^-5моль/л (точность фотоколориметрии 1-10%) уступает точности спектрофотометрическому анализу, но тем не менее является достаточным для количественного анализа многих фармацевтических препаратов.

Схема устройства фотоколориметра.

1. Источник излучения

2. Монохроматор (светофильтр)

3. Кюветное отделение

4. Фотоэлемент

5. Регистрирующее устройство

Фотометрический метод анализа основан на избирательном поглощении света анализируемым веществом. При взаимодействии с квантом световой энергии в атоме или молекуле поглощающего вещества происходит возбуждение валентных электронов. Электронный спектр поглощения вещества лежит в видимой и УФ-областях спектра.

Для монохроматического излучения, прошедшего через слой поглощающего вещества, справедлив основной закон светопоглощения: закон Бугера-Ламберта-Бера:

I_t=I₀·10^-εcl

l- толщина слоя

с-концентрация поглощающих центров

I₀- постоянная интенсивность светового потока, падающего на поглощающий слой от данного источника излучения

I_t- интенсивность светового потока после прохождения поглощающего слоя

Измерить I_t и I₀ в абсолютных единицах невозможно, поэтому обычно измеряют относительную интенсивность, или пропускание.

T-величина характеризующая изменение интенсивности света

Т обычно выражается в %.

Таким образом, величина пропускания не зависит от интенсивности падающего света, а определяется лишь характеристиками поглощающего света.

Для целей количественного анализа гораздо удобнее использовать уравнение в логарифмической форме.

-lg I = -lg 10^-elc A=εlc – аналит.формула Б.Л.Б

I₀

А - оптическая плотность. Оптическая плотность однородного поглощающего слоя ) раствора, кристалла, смеси газов) для монохроматического излучения прямопропорциональна толщине слоя и концентрации поглощающих центров.

ε- коэффициент поглощения. Его определяют как оптическую плотность образца с толщиной слоя в 1 см и концентрацией 1 моль/л. Это так называемый молярный коэффициент поглощения, является важнейшей качественной характеристикой вещества.Численное значение молярного коэффициента поглащения равно оптической плотности раствора с концентрацией 1моль/л при толщине слоя 1см. Если концентрация вещества выражена в молярных долях а толщина слоя в см- удельный коэффициент поглащения.

Фотоколориметрическим методом анализируют окрашенные вещества, у которых максимальное поглощение наблюдается в пределах видимой области спектра (800-400 нм). Для анализа пригодны только истинные растворы.

Если вещество бесцветно, т.е. поглощает ИК- и УФ- области, то такие образцы обычно переводят в окрашенную форму с помощью какой-либо химической реакции.

Источник света в фотоэлектроколориметре – лампа накаливания, которая дает весь диапазон видимого спектра (белый свет). Для монохроматизации используется набор светофильтров. Светофильтр должен обладать узкой полосой пропускания в видимой области и полностью поглощать ИК- и УФ- излучения.

Для измерения оптической плотности раствора нужно подобрать светофильтр, у которого полоса пропускания соответствует максимальному коэффициенту поглощения исследуемого раствора. Это делается для увеличения точности определения концентрации при заданной точности измерения оптической плотности.

Закон Бугера-Ламберта–Бера справедлив в определенном интервале концентраций. При больших концентрациях сказывается изменение ε вследствие взаимного влияния молекул, при очень малых – сказывается нелинейность приемника излучения (фотоэлемента).

Для определения концентраций ФЭК методом существует несколько способов, позволяющих определить концентрацию раствора даже в том случае, когда неизвестен точно коэффициент поглощения данного вещества ε. Определение истинных значений ε – довольно трудная задача, неразрешимая методом колориметрии в частности из-за невысоких степеней монохроматичности светового потока. Обойти эту трудность позволяют три метода.

1. Метод калибровочного графика

Готовится серия стандартных растворов исследуемого вещества, охватывающая область возможных концентраций, определяется их оптическая плотность. Затем строится график зависимости А от С. В случае выполнения закона Бугера-Ламберта-Бера для данного интервала концентраций, этот график должен представлять собой прямую линию. Построенную калибровочную линию периодически проверяют. Теперь, измерив оптическую плотность раствора с неизвестной концентрацией, можно по графику определить эту концентрацию. Этот метод наиболее удобен для проведения массовых анализов одного и того же вещества.

2. Метод сравнения

Применяется при одиночных анализах и тогда, когда хотят выдержать стандартные условия колориметрирования. Оптическая плотность исследуемого раствора сравнивается с оптической плотностью стандартного раствора известной концентрации. По закону Бугера-Ламберта-Бера, если l=const:

Обычно берется 2 и более стандартных растворов, чтобы С₁<C_x<C₂, и С_х рассчитывается по каждому из стандартов.

3. Метод добавок

Является разновидностью метода сравнения.

В данном случае оптическая плотность исследуемого раствора сравнивается с оптической плотностью исследуемого раствора с добавкой известного количества определяемоно вещества. Этот метод основан на следствии из закона Бугера-Ламберта-Бера – аддитивности оптической плотности: Если совместить в одном объеме растворы С₁+С₂+.., то оптическая плотность такого раствора А=А₁+А₂+…

Пусть исследуемый раствор С_х имеет А_х , а исследуемый раствор с добавкой С_а имеет А_х+а, тогда С_х можно вычислить: Cx= Ca * Ax Ax+a-Aa