Фотоколориметрическое определение железа методом градуировочной кривой.

Количественное определение железа имеет большое значение при анализе сырья для строительных материалов, при коррозионном разрушении металлических и железобетонных конструкций, а также при определении качества питьевой воды.

Фотоколориметрия относится к оптическим методам анализа и позволяет определять до 10^-7 % вещества.

Оптические методы анализа основаны на взаимодействии лучистой энергии с анализируемым веществом.

Наибольшее распространение получили фотометрические методы анализа, к которым относятся фотоколориметрия и спектрофотометрия. Фотометрические методы называют абсорбционными, т.к. они основаны на избирательном поглощении света анализируемым веществом. При взаимодействии со световой энергией в атомах поглощающего вещества происходит переход электронов на более удаленный от ядра орбиты. Электронные переходы, вызванные поглощением строго определённых полос поглощения в электронных спектрах поглощающих атомов или молекул.

Энергия излучения обычно характеризуется электромагнитным спектром, охватывающим область от километровых радиоволн до десятых долей ангстрема γ - излучения и космических лучей. Основной характеристикой электромагнитного излучения является длина волны λ или волновое число ν. В фотометрии используются ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный участки электромагнитного спектра, что соответствует следующим значениям длин волн и волновым числам:

При облучении раствора вещества полихроматическим светом (свет с широким интервалом длин волн, получающийся в результате нало­жения многих цветов) поглощается излучение только определенной длины волны, а свет другой длины волны проходит через раствор. В видимой области цвет раствора обусловлен длиной волны излуче­ния, не поглощенного этим раствором. Цвет, который мы видим, является дополнительным к цвету поглощенного света.

В основе колориметрического и спектрофотометрического методов анализа лежат два основных закона. Первый из них — закон Бугера-Ламберта гла­сит: «Относительное количество поглощенного пропускающей сре­дой света не зависит от интенсивности первоначального излучения. Каждый слой равной толщины поглощает равную долю проходя­щего монохроматического потока излучения». Математически эта зависимость выражается следующим уравнением:

,

где I₀ — интенсивность первоначального, падающего потока излу­чения; I—интенсивность потока излучения, прошедшего через вещество; l — толщина поглощающего слоя; k - коэф­фициент поглощения. Он соответствует величине, обратной тол­щине поглощающего слоя, необходимой для ослабления интен­сивности падающего излучения в 10 раз. Второй закон — закон Бера — формулируется следующим образом: «Поглощение потока излучения прямо пропорционально числу частиц поглощающего вещества, через которое проходит данный поток излучений».

Объединенный закон Бугера - Ламберта - Бера выражается уравнением I = I₀

Две наиболее распространенные формы выражения закона Бугера-Ламберта- Бера можно представить следующим образом:

D-поглощение или оптическая плотность, величина обратная пропусканию: = =

Из уравнения следует, что поглощение прямо пропорционально концентрации вещества в растворе. Если раствор подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера, то график, выражающий зависимость поглощения (оптической плотности) от концентрации, будет представлять прямую линию, выходящую из начала координат. Величина коэффициента поглощения зависит от способа вы­ражения концентрации вещества в растворе и толщины погло­щающего слоя. Если концентрация выражена в моль/л, а толщина слоя в см, то он называется молярным коэффициентом погашения. При С=1моль/л и =1см, молярный коэффициент поглоще­ния представляет собой оптическую плотность раствора с кон­центрацией 1 М, помещенного в кювету с толщиной слоя 1 см.

Молярный коэффициент поглощения является основной харак­теристикой поглощения системы при данной длине волны. Пос­кольку поглощение при разных длинах волн будет различно, то и молярный коэффициент поглощения меняется с изменением длины волны.

Любой оптический прибор, используемый в абсорбционной фотометрии, имеет следующие узлы:

1. Источник излучения

2.Монохроматор (для выделения электромагнитных колебаний определённой длины волны).

3. Абсорбционная ячейка (для помещения исследуемого вещества).

4. Рецептор (прибор для измерения интенсивности светового потока)

Источником излучения в фотоколориметрии служит лампа накаливания, монохроматорами – стеклянные светофильтры, имеющие определённую ширину пропускания (область длин волн, проходящих через данный светофильтр). Абсорбционные ячейки представляют собой прямоугольные стеклянные или кварцевые кюветы с различной шириной пропускания. Рецепторами служат человеческий глаз (в визуальной колориметрии) или фотоэлементы, преобразующие световую энергию в электрическую. Фотоэлементы могут быть различных типов и в зависимости от типа чувствительны к определённым длинам волн.