Фотометрический анализ

Эти три участка спектра объединяют в один диапазон, называемый оптическим.
В зависимости от величины длины волны λ, ширины полосы излучения и способа измерения интенсивности светового потока различают следующие фотометрические методы:
- визуальная колориметрия,
- фотометрия,
- спектрофотомерия.
* УФ-диапазон: дальний УФ 10-200 нм, ближний УФ 200-400 нм.
Видимый диапазон: 400-750 нм.
ИК-диапазон: ближний 13000-4000 см-1, средний 4000-200 см-1, дальний 200-10 см-1.
1. Введение в фотометрические методы анализа

Визуальная колориметрия известна с начала XIX в. Это наиболее старый и наименее точный вариант фотометрического анализа, основанный на визуальном сравнении окраски исследуемых окрашенных растворов с заранее приготовленной шкалой эталонных растворов. Погрешность метода варьирует от 10 до 30%, однако ввиду экпрессности и низкой стоимости он применим и в настоящее время в агро- и гидрохимических лабораториях, тест-методах анализа. Приборы – колориметры.
Фотометрические методы анализа
*Световой поток может быть полихроматическим (поток фотонов с разной частотой) и монохроматическим (поток фотонов с одинаковой частотой).

Особенности фотометрии и спектрофотометрии

Фотометрические методы анализа применимы к решению трех типовых задач:
определению окрашенных веществ по их собственному поглощению (кофеин в чае),
определению неокрашенных веществ после их переведения с помощью соответствующих бесцветных или слабоокрашенных реагентов в интенсивно окрашенные продукты (определение нитрат-ионов по реакции Грисса),
определение неокрашенных веществ по измерению ослабления интенсивности окраски избытка окрашенного реактива (определение белков по ослаблению окраски избытка кислотного красителя (косвенный фотометрический анализ).

Происхождение и характеристика молекулярных
спектров поглощения. Состояние электронов в молекуле.
Поглощение молекулами веществ электромагнитного излучения – сложный процесс. При взаимодействии ЭМИ с молекулами веществ наблюдаются не только электронные переходы, но также происходит изменение колебательной и вращательной энергии молекул:
E = Eэл. + Eкол. + Евращ.,
где Eкол. – энергия колебаний ядер вдоль оси связи,
Евращ. – энергия вращения относительно некоторой точки.
Строение энергетических уровней молекулы и электронные переходы при поглощении квантов света
Е0 и Е1 – электронные уровни

Поэтому различают:
а) электронную спектроскопию, связанную с электронными переходами в молекулах (ближняя УФ- (200-400 нм) и видимая (400-750 нм) области ЭМИ), (спектрофотометрия, фотометрия);
б) ИК-спектроскопию – раздел молекулярной абсорбционной спектроскопии, изучающий спектры поглощения и отражения ЭМИ в ИК-области (в диапазоне длин волн от 10-6 до 10-3 м (наблюдают ИК-спектры)
в) КР-спектроскопию – наблюдают спектры комбинационного рассеяния (КР-спектры).
В настоящем курсе рассматривается электронная спектроскопия.

Электронный спектр поглощения молекулы вещества
Состояние электронов в молекуле описывается с помощью метода молекулярных орбиталей:

σ*
σ
Энергетические уровни σ-связывающей,
π-связывающей, несвязывающей (n),
σ-разрыхляющей (σ*) и π-разрыхляющей (π*) орбиталей и возможные электронные переходы
σ-связь – ковалентная связь, образованная перекрыванием орбиталей вдоль линии соединения атомов.
π-связь – ковалентная связь, образующаяся перекрыванием атомных p-орбиталей
по обе стороны от линии соединения атомов.
Пространственное распределение плотности электронного облака.

Значения ΔЕ для различных переходов располагаются в следующей последовательности
n → π* < π → π* < n → σ* << σ → σ*.
Поскольку,
ΔЕ = hν = hc/λ,
чем больше ΔЕ, тем меньше длина волны излучения, необходимого для того чтобы вызвать соответствующий электронный переход.
Наибольшей энергии требует σ → σ* переход, связанный с возбуждением внутренних электронов. Он соответствует поглощению в далекой УФ-области λ≤20 нм, Е > 600 кДж/моль (насыщенные углеводороды СН4, С2Н6).
Полосы, вызванные n → σ* переходом располагаются в ближней УФ-области 200-300 нм.
Еще меньше энергии требуется для осуществления n → π* и π → π* переходов (соединения с сопряженными связями, ароматические соединения), соответствующие полосы располагаются в видимой области.

Органические соединения, поглощающие электромагнитное излучение:
n → π* 250-300 нм – соединения с несопряженными связами и гетероатомами:
π → π* 300-800 нм – азосоединения, азометины, хинонимины,
ППЗ (полоса с переносом заряда) – в молекуле присутствуют одновременно доноры и акцепторы электронных пар, например:
Соединения, поглощающие электромагнитное излучение

Неорганические соединения:
d → d* – аква-ионы и комплексы d-элементов,
ПЗ (перенос заряда) – электрон переходит с орбитали центрального атома на орбиталь лиганда или наоборот. Объясняет окраску комплексов BiI4−, анионов Cr2O72−, MnO4− и др.,
π → π* – в лигандах комплексов металлов с окрашенными лигандами (арсеназо, хромазурол и др.).

Принципиальная схема фотометрических измерений
Отношение интенсивностей прошедшего и падающего света называется пропусканием Т:
Т = I/I0
где I0 – интенсивность падающего света,
I – интенсивность прошедшего через раствор света.