Оптические методы анализа. Идентификация и определение содержания веществ.

Оптические методы анализа. Идентификация и определение содержания веществ.

 

Большое преимущество физико-химических методов анализа – экспресность, высокая чувствительность и во многих случаях высокая селективность. В связи с этим, они все более широко внедряются в практику фармацевтического анализа. Большой раздел физико-химических методов анализа – оптические методы. Светопоглощение, светорассеяние, преломление света, вторичное свечение вещества – это оптические свойства систем, которые тесно связаны с химическим составом. Именно эта связь лежит в основе качественного и количественного анализа оптических методов.

Среди оптических методов наиболее часто используемым есть фотометрический анализ, а в частности – спектрофотометрический. Он разрешает проводить, как анализ субстанций лекарственных веществ так и анализ одно- и многокомпонентных лекарственных форм.

 

Особенности и области применения физико-химических методов анализа.

         Все методы анализа базируются на использовании зависимости физико-химического свойства вещества, которое называется аналитическим сигналом или просто сигналом, от природы вещества и его содержания в анализируемой пробе. В классических методах анализа в качестве такого свойства используется либо масса осадка – гравиметрический анализ, либо объем реактива, использованного на реакцию – титриметрический анализ. Однако химические методы не в состоянии были удовлетворить разнообразные запросы практики, которые  особенно возросли как результат НТП и развития новых областей науки, техники, промышленности. Развитие всех областей и сферы жизни поставило перед аналитической химией задачи:

1. снизить границу определения до 10^-5-10^-10 %. Только при содержании так называемых “запрещенных” примесей не выше 10^-5 %  жароустойчивые сплавы сохраняют свои свойства. Приблизительно такое же содержание примеси гафния допускается в цирконии при использовании его в качестве конструкционного материала ядерной техники. (Сначала Zr был по ошибке забракован как конструкционный материал этой области именно из-за загрязнения гафнием). Еще меньше содержание (до 10^-10 %) загрязнений допускается в материалах полупроводниковой промышленности (Si, Ge и др.). Существенным образом  изменяются свойства металлов, содержание примесей, в которых находится на уровне 10^-5 % и меньше. Например, хром и бериллий становятся ковкими и тягучими, вольфрам и цирконий становятся пластическими, а не хрупкими. Определение таких маленьких содержаний гравиметрическим или титриметрическим методом практически не возможно, и только применение физико-химических методов анализа, владеющих значительно более низкой границей определения, разрешает решение этих аналитических задач.

         Второй важной особенностью физико-химических методов анализа является их экспресность, высокий темп получения результатов. Современные автоматические квантометры разрешают получить результаты буквально через несколько минут после получения пробы в лабораторию. Современная информация о составе сырья, о степени химической переработки и т.д. дает возможность технологу активно вмешиваться в ход технологического процесса и вводить необходимые коррективы. Существенное значение имеет экспресность анализа и в металлургическом производстве, где корректировать состав стали можно по ходу выплавки в зависимости от результатов анализа. Сокращение времени плавки, которое нередко зависит от скорости выполнения анализа, дает большой экономический эффект, снижая энергетические и прочие затраты.

         Физико-химические методы разрешают проводить анализ на расстоянии. Ярким примером является анализ почвы луны, выполненный рентгенфлуоресцентным устройством непосредственно на Луне, определение состава атмосферы, окружающей планету Венера. Важное практическое значение имеет дистанционный анализ в земных условиях, например, когда анализируются препараты высокой радиоактивности, токсичности, а также при анализе морских вод на больших глубинах.

         Устройства, применяемые в физико-химических методах анализа (ФХМА), разрешают автоматизировать сам процесс анализа или отдельные его стадии. Автоматические газоанализаторы контролируют состав воздуха в шахтах. В значительной мере автоматизированный газовый хроматографический анализ в нефтехимической, коксохимической и др. областях промышленности.

         Анализ с помощью некоторых ФХМА может быть выполнен без разрушения анализируемого образца (недеструктивный анализ), что имеет большое значение для некоторых областей промышленности, а также, для криминалистики, медицины и т.д. Недеструктивный анализ может быть выполнен рентгенофлуоресцентным, радиоактивационным и другими методами.

         Часто практический интерес представляет не общее содержание какого-нибудь элемента в пробе, а его распределение по поверхности образца – так называемый локальный анализ – определение элемента в данной “точке” образца. Этот анализ имеет значение в металловедении и других областях, где состав отдельных включений определяет качество материала, а также в минералогии, петрографии, криминалистике, археологии и др. Выполняется локальный анализ рентгеноспектральным методом. Электроны собирают в очень тонкий луч диаметром 1 мкм и меньше (электронный зонд) и направляют его в то место образца, локальный анализ которого необходимо выполнить. По характеристикам рентгеновского излучения говорят о содержание элементов в “точке”. С целью выполнения локального анализа применяется также техника лазерной микроспектроскопии.

         Ошибка анализа физико-химическими методами составляет в среднем 2-5 %, что превышает ошибку классических методов анализа (гравиметрический 0,01-0,005 %, титриметрический 0,1-0,05 %). Однако такое сравнение ошибок в целом не очень корректное, так как относится к разным концентрационным областям. При небольшом содержании определяемого компонента классические химические методы анализа не пригодны, при высоких концентрациях физико-химические методы успешно конкурируют с химическими, а такие методы как кулонометрия, электрогравиметрия, даже превышают их по точности.

         Следует отметить также, что ошибка анализа физико-химическими методами имеет тенденцию снижаться за счет конструирования прецизионных аналитических приборов и разработки более совершенных аналитических методик.

         Однако химические методы анализа своего значения не утратили, они незаменимы там, где при высоком содержании необходима высокая точность и нет серьезных ограничений во времени (например, анализ готовой продукции, арбитражный анализ, изготовление эталонов).

         Существенным недостатком большинства ФХМА является то, что для их практического применения необходимы эталоны, стандартные растворы и градуировочные графики.

         Задачей аналитической химии является определение содержания тех или иных веществ в исследуемой системе наиболее быстрыми, точными и рациональными методами. В зависимости от поставленной задачи используется реакция, которая либо только определяет их присутствие, либо же разрешает определить их количество в системе. В первом случае мы имеем дело с качественным, а во второй – с количественным анализом.

         Все используемые сегодня методы количественного анализа можно, в общем, разделить на химические, физико-химические, физические методы.

Химические методы анализа базируются на химических свойствах веществ, на непосредственных результатах их способности принимать участие в какой-нибудь специфической химической реакции.

         Физико-химические методы анализа базируются на взаимосвязи между составом системы и ее физическими и физико-химическими свойствами. Решение аналитической задачи физико-химическими методами обычно разбивается на следующие этапы:

1.                Приготовление стандартных растворов (систем), отличающихся один от другого только содержанием определяемого вещества.

2.                Количественная оценка (измерение величины) некоторого свойства системы для каждого из стандартных растворов.

3.                Графическое выражение установленной зависимости (построение калибровального графика) в координатах: концентрация определяемого вещества (по оси абсцисс) – числовое значение данного свойства (по оси ординат).

4.                Измерение выбранного свойства для исследуемого раствора и определение его концентрации по калибровальному графику.

         Функциональная зависимость между численным значением данного физического или физико-химического свойства системы и содержанием анализируемого вещества может быть выражена графиком или формулой. Если все члены формулы известны, то результат анализа может быть установлен не графическим, а расчетным путем.

         ФХМА классифицируют соответственно измеренных свойств систем:

В оптических методах анализа используется связь между оптическими свойствами системы:

1) светопоглощением                                    1) фотометрический анализ

2) светорассеянием                                       2) нефелометрия, турбидиметрия

3) преломление света                                    3) рефрактометрия

4) обращением плоскости поляризации      4) поляриметрия

 плоскополяризованого света

 5) вторичным свечением вещества              5) люминесцентный анализ

 и ее составом.

 

В электрохимических методах анализа используют:

1) измерение электропроводности растворов                    1) кондуктометрия

2) измерение величины электродных потенциалов                     2) потенциометрия

3) наблюдение за процессом поляризации                                  3) полярография

микроэлектрода

4) количественное электролитическое выделение          4) электрогравиметрия

определяемого вещества

  5) измерение количества электрики использованной          5) кулонометрия

      при количественном электрохимическом

      превращении веществ.

 

         Наряду с оптическими и электрохимическими методами к числу важнейших физико-химических методов анализа следует отнести хроматографию. Основой хроматографии всех видов является использование различий в характере распределения разных веществ между двумя фазами. Большое значение имеют сорбционные методы, базирующиеся на отличиях в сорбции веществ, разных по составу и строению. Особое значение хроматография имеет как универсальный метод разделения веществ и их концентрирования. Концентрирование делает доступным определение исчезающе малых количеств веществ.

         Отдельным направлением физико-химических методов анализа являются методы, базирующиеся на зависимости скорости реакции от концентрации реагирующего вещества. Они поэтому и называются кинетическими методами анализа. Измерение скорости реакции используется здесь для установления концентрации исследуемого компонента. Чувствительность кинетических методов анализов чрезвычайно высокая. Использование кинетических реакций разрешает устанавливать содержание миллионных долей микрограмма в миллилитре раствора.

Таким образом, к ФХМА принадлежат:

1.     спектральные и другие оптические методы;

2.     электрохимические методы;

3.     хроматографические методы;

4.     кинетические (каталитические) методы.

         К физическим методам анализа можно отнести такие методы, в которых определение элемента базируется на свойствах его атомов и ядер. К ним принадлежат, например:

1.                эмиссионный спектральный анализ, который использует однозначное соответствие между строением атома данного элемента и волновым составом светового излучения возбужденных атомов – спектром элемента.

Сюда же следует отнести:

2.          радиометрические методы анализа, которые связаны с измерением интенсивности радиоактивности исследуемого образца – следствием самопроизвольного распада или спонтанного деления ядер атомов некоторых элементов.

Важное значение имеет здесь так называемый:

3.          активационный анализ, базирующийся на возникновении искусственной радиоактивности при облучении исследуемого образца потоком заряженных частичек веществ или потоком нейтронов. Этот метод отличается наивысшей чувствительностью. Для недолго живущих изотопов минимальное определяемое количество составляет 10¹²-10^-14 мкг вещества.

4. К ФМА принадлежит также масс-спектрометрический анализ, базирующийся на идентификации стабильных и радиоактивных изотопов элементов в соответствии с отличиями в их массе.

Таким образом, к ФМА принадлежат:

1.     эмиссионный спектральный

2.     радиометрический

3.     активационный

4.     масс-спектрометрический

 

Чувствительность и селективность, правильность и воспроизводимость

инструментальных методов анализа.

Чувствительность методов определяется двумя факторами:

·        интенсивностью измеренного физического свойства;

·        чувствительностью детекторов сигнала в приборе для инструментального анализа.

Малоинтенсивными свойствами являются, например, ряд оптических свойств – преломление луча света и обращение плоскости поляризации света, вследствие чего рефрактометрия и поляриметрия имеют низкую чувствительность, и применяется при анализе сравнительно концентрированных растворов веществ.

Высокую интенсивность могут иметь (в зависимости от типа веществ) поглощение света растворами веществ, линии в эмиссионном спектре элементов, флюоресценция, радиоактивность и ряд других свойств. В связи с этим соответствующие виды инструментального анализа владеют высокой чувствительностью от 1*10^-6 г в фотометрических до 1*10^-15 г в радиометрических методах. Высокая чувствительность многих методов объясняется свойствами применяемых детекторов сигнала в приборах. Например, современные фотоумножители реагируют на световые потоки с очень маленькой интенсивностью, а радиометрические счетчики – на отдельные элементарные частички. Электрохимические методы (полярография, кулонометрия) имеют высокую чувствительность благодаря применению высокочувствительных регистраторов тока и потенциала.

Чувствительность некоторых инструментальных методов анализа:

       Метод                                                       Граница определения

Фотометрия                                                              1*10^-6

Флюориметрия                                                         1х10^-10  

Полярография                                                           1х10^-8

Эмис. спектр. анализ                                                1х10^-10

АА анализ                                                                  1х10^-10

Газовая хромотография                                           1х10^-11

Радиоизотопный анализ                                           1х10^-15

Масс – спектрометрия                                              1х10^-12

Кулонометрия                                                           1х10^-10

Кинетический анализ                                                1х10^-11

         Высокочувствительные методы анализа применяют при анализе микро компонентов смесей, продуктов разрушения веществ, примесей в ним. Особенно большое значение они имеют в полупроводниковой промышленности, при производстве особо чистых веществ, в исследованиях биологических объектов и т.д.

         Важным преимуществом многих инструментальных методов является их высокая избирательность – селективность. Ряд инструментальных методов, например, рефрактометрия, интерферометрия, неселективны и используются в тех случаях, когда анализируются либо индивидуальные вещества, либо несложные смеси (из 2-3 веществ). Высокая селективность присуща методам, базирующимся на характерных свойствах молекул, функциональных группировок, атомов, владеющих эмиссионными и абсорбционными свойствами, радиоактивностью, способностью к электрохимическому восстановлению или окислению. Например, по линиям эмиссионного спектра проявляют и определяют практически все элементы при их совместном присутствии. Эти методы широко применяются в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, при анализе материалов сложного состава.

         Правильность инструментальных методов анализа зависит от того, насколько свойство адекватно отображает состав и связано ним строго определенными закономерностями. Закономерности, которые связывают свойство и состав, устанавливают экспериментально. Поэтому при проведении инструментального анализа предварительно проводят калибровку аналитических приборов и определяют зависимость физических свойств от состава. Эти задачи решаются с помощью стандартных образцов.

         Стандартным образцом называют вещества и материалы, которые имеют постоянный состав и свойства. Например, в потенциометрии применяют стандартные буферные растворы с постоянным значением рН, с их помощью калибруют рН-метры, в спектрофотометрии по стандартам веществ строят калибровочный график, который используется потом для интерпретации результатов измерений исследуемого образца. Применение стандартов разрешает получить правильные результаты анализа.

         На воспроизводимость инструментальных методов кроме общих причин (точность измерения, взвешивания и др.) влияет стабильность работы аналитического прибора. Последнее зависит от стабильности напряжения электропитания приборов, стабильности работы детекторов. Стабильность напряжения электросети обеспечивают стабилизаторы напряжения, от которых идет питание приборов. Стабильность работы детекторов (фотоэлементов, термоэлементов и т.д.) повышают дифференциальными способами измерений. Дифференциальная схема измерений предусматривает использование двух детекторов – стандартного и измерительного, регистрируют в этих схемах дифференциальный сигнал. Иногда дифференциальный способ осуществляют одним детектором, измеряя сначала сигнал стандартного, потом исследуемого образца. Например, в фотоколориметрах используют два фотоэлемента, на один из них поступает поток света, который прошел через растворитель или стандарт, на второй – через раствор определяемого вещества. Дифференциальный сигнал фотоэлементов усиливается и регистрируется. В однолучевых спектрофотометрах применяют один фотоэлемент.

         В световой поток сначала вводят кювету с растворителем и приводят электрический сигнал фотоэлемента к нулю, потом измеряют поглощение раствора определяемого вещества, получая на шкале прибора показатели разницы, связанные только с количеством определяемого вещества.

Для получения точных результатов на приборе выполняют не меньше 3-5 измерений образца, потом их обрабатывают методами математической статистики. Точность инструментальных методов сильно колеблется в зависимости от метода. Наиболее высокой точностью (до 0,01 %) владеет кулонометрия, точность в пределах 2-5 % имеет большинство прямых инструментальных методов. Инструментальное титрование по своей точности сравнивается с химическим титрованием (0,1 %).

 

Основные приемы ФХМА.

         Почти во всех ФХМА применяют два основных методических приема: метод прямых измерений (относительный) и метод титрования (абсолютный).

Прямые методы. В этих методах используется зависимость аналитического сигнала от природы анализируемого вещества и его концентрации.

         Свойством, которое зависит от природы вещества, является, например, длина волны спектральной линии в эмиссионной спектроскопии, потенциал  полуволны в полярографии, а количественной характеристикой служит интенсивность сигнала – интенсивность спектральной линии в первом случае, сила диффузного тока – во втором. В отдельных методах связь аналитического сигнала с природой вещества установлена строго теоретически. Например, линии в спектре атома водорода могут быть рассчитаны по теоретически введенным формулам с использованием фундаментальных констант (постоянная Планка, заряд электрона и т.д.).

 

I       

 

 

 

                                             Р

 

         По оси абсцисс отложены однородные характеристики Р, например, длина волны спектральных линий в порядке величения, а по оси ординат -интенсивность аналитического сигнала I.

         При качественном анализе наблюдается сигнал, например, какая из ожидаемых длин волн появится в пробе, а при количественном измерении интенсивность сигнала. Связь интенсивности аналитического сигнала І с концентрацией вещества имеет разную природу. Но часто эта зависимость выражается простым уравнением:

І = А х С,

где А – константа, С – концентрация.

         В аналитической практике наибольшее распространение приобрели следующие методы прямого количественного определения с помощью физико-химических измерений:

1)                метод градуировочного графика;

2)                метод сравнения;

3)                метод добавок;

4)                метод аналитических факторов.

         1. метод градировочного графика. В этом методе измеряется интенсивность аналитического сигнала І в нескольких стандартных образцах или нескольких стандартных растворов и строится градуировочный график чаще в координатах I =f (C), где С – концентрация определяемого компонента в стандартном образце.  Потом в тех же условиях измеряется интенсивность сигнала в анализируемой пробе и по градуировочному графику находится концентрация анализируемого раствора. Интервал концентрации на градуировочном графике должен охватывать предвиденную область анализируемых концентраций, а состав стандартного образца или раствора должен быть близким к анализируемым.

у = а + в*х,

где а можно рассчитать по формуле:

в можно рассчитать по формуле:

         2. Еще называется метод сравнения или метод стандарта. Используется в тех случаях, если линия зависимости состав – свойство имеет прямолинейный характер и проходит через начало осей координат.

I       

 

 

 

 

                                               С

 

         На приборе измеряют характеристики свойств стандартного и анализируемого растворов. При этом соотношение концентраций стандартного и анализируемого растворов равно отношению характеристик: С_Х/С_СТ = I_Х/I_СТ; С_Х =(I_Х*С_СТ)/I_СТ

         3. Метод добавок. Сначала измеряют интенсивность аналитического сигнала пробы, потом в пробу вводится известный объем  стандартного раствора до концентрации С_СТ и снова измеряется интенсивность сигнала. Если І_Х – интенсивность аналитического сигнала пробы, а І_х+Ст – интенсивность сигнала после добавки стандартного раствора, то, очевидно:

І_Х = А * С_Х;

І_{Х + СТ} = А * (С_Х + С_СТ)

І_Х / І_{Х + СТ}  = А * С_Х / (А*С_Х + А*С_СТ).

І_Х * (А*С_Х + А*С_СТ) = І_Х+СТ * А * С_Х;

І_Х*А*С_Х – І_Х+СТ * А * С_Х = – І_Х*А*С_СТ;

А*(І_Х+СТ – І_Х)*С_Х = А*І_Х*С_СТ;

С_Х = С_СТ. * І_Х /(І_Х+СТ – І_Х).

         При выполненные анализа единичных образцов неизвестного состава значительные трудность представляет изготовление необходимых образцов сравнения и учет возможных межэлементных влияний. В таком случае удобно изготовить образцы сравнения на основе самой анализируемой пробы.

I

         Анализируемую пробу делят напорций и в (n – 1) порции водят определяемый элемент в последовательно возрастающем количестве. Построив зависимость интенсивности аналитической линии от добавки, можно экстраполировать эту зависимость до нуля и найти концентрацию элемента в исходной пробе.

         Это справедливо лишь только при отсутствии заметного фона. Метод добавок практически свободен от влияния матричных эффектов, если при введенные добавок обеспеченная идентичность химической формы определяемого элемента в пробе и во введенной добавке. Поэтому его часто применяют при анализе проб неизвестного состава.

 

 

 

         Метод добавок применяют также для независимого контроля правильности результатов анализа, полученных с помощью специально подготовленных образцов сравнения.

         4. метод аналитических факторов (показателей). Этот метод базируется на использовании численных значений свойства, отвечающего единице концентрации вещества. Аналитические факторы используют в расчетах при строгом соблюдении определенных закономерностей, связывающих характеристику свойства вещества с его концентрацией в растворе. Такие закономерности установлены, например, в рефрактометрии, поляриметрии, спектрофотометрии и др. Применяют два вида аналитических факторов:

·        молярные показатели F_M – отвечают молярной концентрации вещества (моль/дм³);

·        удельные показатели F_% – отвечают процентной концентрации вещества.

         Расчет концентрации при использовании аналитических факторов значительно упрощается: измеряют свойство раствора и делят на его фактор. При этом получают концентрацию вещества в растворе в соответствующих единицах:

C = I/F_M [моль/дм³]; C = I/F_% [%]

         Косвенные методы.  (или методы титрования). В этих методах в ходе титрования изменяется интенсивность аналитического сигнала І и строится кривая титрования I – V , где V – объем добавленного титранта, в мл. Т.э. находится по кривой титрования.

Различают:

·        интегральные кривые – на графике откладываются значения интенсивности сигнала.

·        дифференциальные кривые – на графике откладывается разность интенсивности сигнала между двумя последовательными изменениями свойства. Интенсивность сигнала может быть связана с концентрацией определяемого вещества, титранта или продукта реакции. Поэтому вид кривых очень разный.

 

         Спектрофотометрия, метод исследования и анализа веществ, основанный на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения. Иногда под спектрофотометрией понимают раздел физики, объединяющий спектроскопию (как науку о спектрах электромагнитного излучения), фотометрию и спектрометрию (как теорию и практику измерения соотв. интенсивности и длины волны (или частоты) электромагнитного излучения); на практике спектрофотометрию часто отождествляют с оптической спектроскопией.

         Применение спектрофотометрии в УФ и видимой областях спектра основано на поглощении электромагн. излучения соединениями, содержащими хромофорные (напр., С = С, С=С, С=О) и ауксохромные (ОСН3, ОН, NH2 и др.) группы. Поглощение излучения в этих областях связано с возбуждением электронов s-, p-и n-орбиталей осн. состояния и переходами молекул в возбужденные состояния: s : s*,: s*, p : p* и: p*. Переходы s : s* находятся в далекой УФ области, напр. у парафинов при ~ 120 нм. Переходы: s* наблюдаются в УФ области; напр., орг. соед., содержащие n-электроны, локализованные на орбиталях атомов О, N, Hal, S, имеют Полосы поглощения при длине волны ок. 200 нм. Линии, соответствующие переходам p : p*, напр., в спектрах гетероциклич. соединений проявляются в области ок. 250-300 нм и имеют большую интенсивность. Полосы поглощения, соответствующие переходам: p*, находятся в ближней УФ и видимой областях спектра; они характерны для соед., в молекулах к-рых имеются такие хромофорные группы, как С = О, C = S, N = N. Так, насыщ. альдегиды и кетоны имеют максимумы поглощения при длине волны ок. 285 нм. Переходы типа: p* часто оказываются запрещенными, и соответствующие полосы поглощения обладают очень малой интенсивностью.

         Переходы типа p : p* могут сопровождаться переходом электрона с орбитали, локализованной гл. обр. на одной группе (напр., С=С), на орбиталь, локализованную на др. группе (напр., С=О). Такие переходы сопровождаются переносом электрона с одного атома на другой и соответствующие спектры наз. спектрами с переносом заряда. Последние характерны для разл. комплексов (напр., ароматических соединений с галогенами), интенсивно поглощающих в видимой и УФ областях.

         Таким образом, спектр поглощения объекта зависит от его молекулярного состава, что дает широкие возможности для качественного и количественного определения различных веществ.

         Закон Бугера-Ламберта-Бера — основной закон, описывающий поглощение света средой. Он связывает между собой  интенсивности I_lсвета, прошедшего слой среды толщиной l, и исходного светового потокаI₀.

где  показатель поглощения вещества. Для растворов поглощающих веществ в непоглощающих растворителях показатель поглощения может быть записан как

где  коэффициент, характеризующий взаимодействие молекулы поглощающего вещества со светом длины волны λ, C — концентрация растворённого вещества.

         Следует отметить, что наблюдаются многочисленные отклонения от этого закона, особенно в случае больших концентраций. Так в случаях высокой концентрации поглощающего вещества в растворе или его неравномерного распределения по объему может наблюдаться так называемый «эффект сита», когда одна часть поглощающих  частиц начинает экранировать другие. Также отклонения от закона Бугера могут наблюдаться в случае световых потоков очень высокой интенсивности. Это связано с тем, что очень большая доля поглощающих частиц, перейдя в возбуждённое состояние и оставаясь в нём сравнительно долго, меняет (или совсем теряет) способность поглощать свет, что, разумеется, заметно изменяет характер поглощения света средой.

Спектрофотометры.

 

         Устройство спектрофотометров и их характеристики могут значительно отличаться в зависимости от производителя и задач, для решения которых рассчитан прибор. Однако основные элементы конструкции у всех приборов сходны. Это источник света, монохроматор, кюветное отделение с образцом и регистрирующего детектора. В качестве источника света чаще всего используются ртутные или галогеновые лампы. Монохроматор — устройство для выделения из всего излучаемого спектра какой-то узкой его части (1-2 нм).      Монохроматоры могут быть построены на основе разделяющих свет призм либо на основе дифракционной решетки. Также в некоторых приборах могут дополнительно применяться наборы светофильтров. Кюветное отделение может быть оборудовано механизмами для термостатирования, перемешивания, добавления вешеств непоспедственно в ходе процесса измерения. Для исследований малых объемов веществ может использоваться безкюветная технология, когда образец удерживается за счет сил поверхностного натяжения жидкости.

 

         Абсорбционная спектрофотометрия — измерение количества поглощенной веществами электромагнитной радиации определенной и узкой волновой области приближенного монохроматического излучения. Спектральная область, используемая в описанных ниже измерениях, распространяется от коротковолновой ультрафиолетовой до видимой области спектра. Для удобства сравнения эту область можно рассматривать как состоящую из двух частей —ультрафиолетовой (190—380 нм) и видимой (380-780 нм).

 

Спектрофотометрия в видимой области (ранее обычно использовался термин колориметрия) — измерение количества поглощенного излучения в видимой области спектра, обычно немонохроматического, но ограниченного применением окрашенных или интерференционных фильтров.

Ультрафиолетовые и видимые спектры вещества обычно не отличаются высокой степенью избирательности. Тем не менее они чрезвычайно удобны для количественных определений, а для многих веществ служат дополнительным средством установления подлинности.

 

Пока еще не достигнуто общее соглашение относительно определения терминов, применяемых в спектрофотометрии. Ниже приведены определения и символы, используемые в описании спектрофотометрических испытаний, применяемых в Международной фармакопее. Поглощение (А)—десятичный логарифм обратной величины пропускаемости (Г). Как синоним поглощения может использоваться термин «плотность внутреннего пропускания»; ранее применявшиеся описательные термины — «оптическая плотность», «абсорбция» и «экстинкция».

Пропускаемость —частное от деления интенсивности света, прошедшего через вещество, на интенсивность света, падающего на вещество. Ранее применявшиеся термины — «пропускание» и «коэффициент пропускания».

Поглощаемость  — частное от деления поглощения на концентрацию вещества, выраженную в граммах на литр, и длину слоя поглощения в сантиметрах. С термином «поглощаемость» тесно связаны два других термина: «удельная экстинкция» и «удельный коэффициент поглощения». Термин «удельная экстинкция» обычно используемый в фармакопеях, представляет собой частное от деления поглощения на концентрацию вещества, выраженную в граммах на 100 мл, и длину слоя поглощения в сантиметрах следовательно = 100. Термин «удельный коэффициент поглощения», предварительно предложенный Комиссией по физико-химическим символам, терминологии и единицам Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), представляет собой частное от деления поглощения на концентрацию и длину слоя поглощения; когда для удельного коэффициента поглощения используется символ, который в единицах системы СИ должен выражаться в квадратных метрах на килограмм. Термин «поглощаемость» не следует смешивать с показателем поглощения или коэффициентом экстинкции.

Молярная поглощаемость — частное от деления поглощения на концентрацию вещества, выраженную в молях на литр, и длину слоя поглощения в сантиметрах. Она также является произведением поглощаемости на молекулярную массу вещества. Термин «молярный коэффициент поглощения» (линейный), рекомендованный Комиссией по физико-химическим символам, терминологии и единицам ИЮПАК, представляет собой частное от деления плотности внутреннего пропускания (поглощения) вещества на концентрацию вещества и длину слоя поглощения и соответственно системе СИ должен выражаться в квадратных метрах на моль. Ранее применявшиеся термины — «показатель молярного поглощения» и «коэффициент молярной экстинкции».

Спектр поглощения — часто выражаемое графически отношение поглощения или любой функции поглощения к длине волны или любой функции длины волны.

 

Применение абсорбционной спектрофотометрии в видимой и ультрафиолетовой областях спектра для методик количественного определения основано на том факте, что поглощаемость вещества обычно является константой, независимой от интенсивности падающего излучения, длины кюветы и концентрации, вследствие чего концентрация может быть определена фотометрически.

Отклонения от приведенных выше величин могут быть обусловлены физическими, химическими или инструментальными переменными. Отклонения вследствие инструментальной ошибки могут быть вызваны влиянием ширины щели, рассеянием света или полихроматическим излучением. Очевидные ошибки могут также появиться в результате изменения концентрации растворенных молекул вследствие ассоциации между молекулами растворенного вещества, между молекулами растворенного вещества и растворителя, а также вследствие диссоциации или ионизации.

Одной из задач спектрофотометрического метода является количественное определение величин, характеризующих поглощение данным веществом монохроматического излучения разных длин волн. Эти величины могут использованы как для количественной характеристики вещества, так и для количественного определения в растворе или в смеси с другими веществами. В связи с разделением электромагнитного спектра по длине волны на определенные области можно говорить о спектрофотометрию в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой области. В ультрафиолетовой и видимой области проявляются электронные спектры молекул, в инфракрасной области – колебательные спектры.

В современных химических исследованиях широко применяют спектральные методы. Эти методы все чаще применяют в техническом анализе химико-фармацевтических препаратов, в аптечной практике. Среди оптических методов наиболее доступной, а потому и самой распространенной является видимая и ультрафиолетовая (УФ) спектрофотометрия, которая позволяет относительно несложном оборудовании быстро и точно проводить количественный анализ веществ.

 

Спектрофотометрия в видимой области и УФ-областях позволяет оценивать степень чистоты вещества, идентифицировать по спектру различные соединения, определить константы диссоциации кислот и оснований, исследовать процессы комплексоноутворення.

Инфракрасные (ИК) спектры дают характеристику веществ. Наличие в ИК-спектрах тех или иных полос поглощения позволяет расшифровывать структуру вещества.

УФ-спектрофотометрических измерения проводят в растворах. Как растворители используют очищенную воду, кислоты, щелочи, спирты (метанол, этанол), некоторые другие органические растворители. Растворитель должен поглощать в той или иной области спектра, и анализируем вещество. Характер спектра (структура и положение полос поглощения) может изменяться в различных растворителях, а также при изменении рН среды.

Методом УФ-спектрофотометрии используют для определения идентичности, чистоты и количественного содержания лекарственных препаратов.

 

Изучение спектров поглощения химических веществ с различной структурой позволило установить, что основными факторами, которые обусловливают поглощение света, является наличие так называемых хромофоров, т.б. ненасыщенности (двойные или тройные связи), наличие карбонильной, карбоксильной, амидной, азо-, нитрозо-, нитро-и других функциональных групп. Каждая функциональная группа характеризуется поглощением в определенной области спектра. Но есть ряд факторов (присутствие нескольких хромофорных групп, влияние растворителя и др.). Приводят к смещению полос поглощения в сторону больших длин волн (батохромне смещение) или в сторону коротких длин волн (гипсохромне смещение). Кроме смещение может наблюдаться эффект увеличения (гиперхромной) или уменьшение (гипохромный) интенсивности поглощения.

В связи с этим для идентификации веществ по ее УФ0спектру применяют метод сравнения со спектром известной вещества, полученный в тех же условиях. Характеристикой спектра поглощения вещества являются положения максимумов (минимумов) поглощение, а также интенсивность поглощения, характеризуется величиной плотности или удельного показателя поглощения при данной длине волны.

Инфракрасные (колебательные) спектры используются для идентификации лекарственных препаратов ИК-спектры большинства органических соединений в отличие от УФ-спектров характеризуются наличием большим количеством лекарств поглощения. Метод ИК-спектроскопии дает возможность получить наиболее полную информацию о строении и составе анализируемой вещества, которая позволяет идентифицировать очень близкие по структуре соединения. Метод инфракрасной спектроскопии принят для идентификации органических лекарственных веществ из п. функциональными группами путем сравнения со спектрами стандартных образцов, снятых в одинаковых условиях.

В связи с повышенными требованиями к качеству лекарственных веществ ИК-спектроскопия, как один из самых надежных методов идентификации, имеют все большее значение. Спектрофотометрическое определение проводят спектрофотометром как окрашенных, так и бесцветных соединений по избирательному поглощению света в видимой, ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра.

Спектрофотометрический метод анализа основывается на общем принципе – пропорционально зависимости между свет поглощением вещества, его концентрации и толщины поглощающего слоя. Для определения концентрации растворов спектрофотометрическим методом используют закон Бугра-Ламберта-Беера: А = lCE

где С-концентрация исследуемого вещества в процентах

l – толщина слоя вещества в сантиметрах

E – показатель поглощения раствора, концентрация которого равна единице

A – оптическая плотность.

Определение оптической плотности проводят на фотоэлектрических спектрофотометрах.

         При этом, если концентрация С выражена в молях на 1 л, то величина х называется молярным показателем поглощения а обозначается символом; если концентрация выражена в граммах на 100 мл, то эта величина называется удельным показателем поглощения и обозначается символом.

         Таким образом, молярный показатель поглощения представляет собой оптическую плотность одномолярного раствора вещества при толщине слоя 2 см; удельный показатель поглощения – оптическую плотность раствора, содержащего 1 г вещества в 100 мл раствора при той же толщине слоя.

         Если известно значение х (в форме, или) определяют концентрацию исследуемых растворов по величине оптической плотности Д, пользуясь формулой. Спектрофотометрическое определение проводится с использованием эталонов (стандартных растворов).

         Измерение оптической плотности раствора необходимо проводить при длине волны Х мах, которая соответствует максимальному поглощению света исследуемым раствором. При этом достигается наибольшая чувствительность и точность определения (Х мах находится экспериментально). Значение Х мах указывается в методиках.

         Для определения удельного показателя поглощения готовят ряд стандартных растворов с известной концентрацией исследуемого вещества в данном растворителе и для каждого измеряют оптическую плотность, затем рассчитываются значения удельного показателя поглощения. Зная величину удельного показателя поглощения и на основе определенной оптической плотности раствора анализируемой вещества неизвестной концентрации, можно рассчитать ее содержимое.

         При выборе растворителя важно, чтобы он не поглощал в той же области спектра, и растворенное вещество.

         Спектрофотометрия – определение количества вещества в окрашенном или неокрашенном растворе по измерении свитопоглинання волн определенной длины. Свитопоглинання измеряют с помощью фотоэлемента по изменению силы фото потока, который возникает в нем, при падении на фотоэлемент светового потока, прошедшего через контрольный, а затем исследуемый раствор. Измерение свитопоглинання проводят в приборе спектрофотометре, кварцевая призма которого проявляет монохроматические пучки спектра, соответствующие окраске раствора исследуемого вещества.

         Прибор имеет 3 источника света; лампа накаливания, водородной и ртутной лампой. Свет от источника падает на зеркальной конденсор, который собирает его и направляет на плоское зеркало. Зеркало отклоняет пучок лучей на 900 и направляет его через линзу во входную щель, через которую свет проникает на зеркальный объектив. Який представляет собой сферическое зеркало.

         От зеркального объектива параллельный пучок лучей попадает на кварцевую призму, которая разлагает его в спектр (диспергирует). Дисперсий пучок направляется обратно в объектив и фокусируется им на выходной щели, которая размещена под входной щелью. Вращая кварцевую призму, можно получать на выходе света различных длин волн. Длина волны зависит от угла поворота призмы.

         Монохроматические лучи, пройдя щель, кварцевую линзу и светофильтр, который поглощает рассеянный све, попадают в кювету с контрольным или исследуемым раствором. Здесь часть света поглощается, а лучи, прошедшие через раствор попадают на фотоэлемент.

         Включение прибора в сетку проводится согласно инструкции. После включения освятителя лампы накаливания или водородной лампы, которые устанавливаются переключателем, который находится на задней части кожуха, и усилителя в электрическую сеть следует:

         установить в кюветодержачи кюветы с контрольным и исследуемым раствором, поместить кюветодержач в кюветным отдел таким образом, чтобы на пути потока излучения находился контрольный раствор (кюветодержач должен быть возвращен белой точкой для работающего, закрепить его пружиня зажимом, закрыть крышку кюветного отдела.

         Поворотом года палатки шкалы длины волн установить на шкале значение требуемой длины волны

         Рукояткой установить в рабочее положение фотоэлемент

         Поставить переключатель в положение “выкл.” И закрыть фотоэлемент, поставить шторку в положение “закр.”

         Рукоятку держа светофильтры установить на указатель соответствующего светофильтры

         Поставить рукоятку в одно из положений – 1, 2, 3 или 4. Нужно иметь в виду, что если нужно измерять с большой чувствительностью и можно пренебречь снижением монохроматичности и работать с широкой целиной, то необходимо поставить рукоятку (6) в положение 1; если, наоборот, необходимо работать с узкой щелью, то проводятся измерения при положении 4 .

         Скомпенсовать темновой поток рукояткой грубо и плавно регулирования, подводя стрелку миллиамперметра к нулю. Открыть фотоэлемент, поставить рукоятку в положение “откр.”

         Изменяя ширину щели вращения рукоятки, установить стрелку миллиамперметра на нулевое значение, более плавно это может быть сделано поворотом рукоятки потенциометра чувствительности.

         Установить на пути излучения исследуемый образец, перемещая каретку с кюветодержачем рукояткой.

         Поставить переключатель в I положение поворотом рукоятки отсчетного потенциометра, восстановить нулевое положение стрелки миллиамперметра. По шкале этого потенциометра снять отсчет оптической плотности (верхняя шкала) или процента пропускания (нижняя шкала). Отсчет нужно сделать 3-4 раза; значение берется средний результат.

        

         Фотометрическое титрование – группа методов объемного (титриметрического) анализа, в которых конечная точка титрования определяется по изменению оптической плотности раствора в ходе химической реакции между титрантом и титруемым веществом.

         Спектрофотометрическое титрование позволяет быстро, точно и просто выполнять анализ. Относительная ошибка определения – менее 0,1 %. Можно титровать с достаточной точностью разбавленные растворы (10⁻⁵ моль). При фотометрии используют все многообразие аналитических реакций: кислотно-основные, осаждения, комплексообразования и прочие.

Различают 2 варианта фотометрического титрования:

·                     титрование без индикатора;

·                     титрование с индикатором.

         Если хотя бы один из компонентов реакции окрашен, то титрование в видимой части спектра можно проводить без индикатора. В этом случае кривые титрования прямолинейны и за конечную точку принимается точка излома. Если ни один компонент реакции не окрашен, то применяют цветной индикатор, изменяющий окраску вблизи точки эквивалентности. При этом кривые титрования нелинейны, и за конечную точку принимают точку перегиба.

         Для фотометрического титрования множества металлов используют самые разнообразные индикаторы.

         Например, торий определяют в присутствии хромазурола S, пирокатехинового фиолетового, ализаринового красного S, арсеназо, нафтолового пурпурового; барий, цинк и кадмий определяют с применением эриохрома черного Т; стронций определяют в присутствии фталеинкомплексона, редкоземельные металлы — в присутствии ализаринового красного S и арсеназо.

         Для определения висмута и меди применяют пирокатехиновый фиолетовый, висмута и свинца — ксиленоловый оранжевый, никеля — мурексид с одновременным маскированием кобальта нитрозо-Р-солью; к титрованию никеля сводится определение серебра  и палладия — после обменной реакции любого из этих металлов с цианидным комплексом никеля.
         Высокую точность фотометрического титрования используют для проверки пригодности комплексоната кадмия как вещества для установки титра; в качестве индикатора применяют азоксин. Железо определяют в присутствии салициловой кислоты при рН = 1—2; определению не мешает алюминий. Для определения алюминия применяют хромазурол S.

         Молибден определяют после восстановления сульфатом гидразина прямым титрованием в слабокислой среде в присутствии ализаринкомплексона. Кобальт после окисления перекисью водорода в щелочной среде весьма селективно определяют обратным титрованием избытка ЭДТА раствором соли висмута в сильнокислом растворе; в качестве индикатора применяют пирокатехиновый фиолетовый.

         Никель можно непосредственно определять в присутствии железа, замаскированного пирофосфатом. После того как оттитрован никель, можно прибавить в избытке ЭДТА, провести обратное титрование раствором соли никеля и таким образом определить железов. При определении циркония об ратным титрованием избытка ЭДТА раствором соли железа в качестве индикатора применяют гидроксамовую кислоту.

         Самоиндикацию в видимой области спектра используют при определении железа, меди и никеля. В ультрафиолетовой области спектра проводят титрование кальция, магния, цинка, кадмия, титана, циркония, висмута и свинца и молибдена. Титан образует самоиндицирующую систему с перекисью водорода, а кобальт — с роданид-ионами в 50%-ном водном растворе ацетона.       Индикацию по наклону кривых титрования с использованием меди в качестве фотометрического индикатора применяют для определения висмута, кальция, а также для селективного определения кадмия в присутствии цинка.      Определения в большинстве случаев весьма селективны, о чем свидетельствуют приводимые далее примеры. Скандий можно определять в присутствии 60-кратного количества редкоземельных металлов с применением меди в качестве индикатора по наклону кривой титрования. На принципе самоиндикации основано последовательное титрование смесей железа и меди, висмута и меди. Индикация по ступеням в сочетании с изменением рН раствора дает возможность определять микрограммовые количества тория и редкоземельных металлов: сначала при рН = 2 титруют торий в присутствии арсеназо, затем повышают рН раствора добавкой уротропина и определяют редкоземельные металлы с тем же индикатором.

         Для автоматизации фотометрического титрования соединяют автоматическую бюретку с самописцем и, таким образом, получают полную кривую титрования. Если необходимо установить только перегиб кривой в точке эквивалентности, большей частью достаточно записать зависимость светопропускания от объема раствора титранта; это дает возможность упростить аппаратуру.

         Кроме того, можно полученным в фототитраторе током приводить в действие реле, которое в конечной точке титрования прекращает вытекание жидкости из бюретки. Выходящий ток можно также однократно или дважды дифференцировать при помощи соответствующей электронной схемы, получая в результате первую или вторую производную функции, изображаемой кривой титрования (это усовершенствование предложено Мальмштадтом); принципы метода и его применение изложены в работе Хаджииоанноу. С помощью автоматического титрования определяют торий, медь и цинк, медь, железо и кобальт.

         Автоматические методы применяют для определения кальция и магния в доломите и известняке, сыворотке, карбонатах и воде. При автоматическом определении кальция в сыворотке в качестве индикатора применяют флуоресцеинкомплексон, при определении микроколичеств тория используют кверцетин.

 

Определение содержания витамина В₁₂ в инъекционных растворах.

 

 

Препарат разбавляют водой до содержания витамина В₁₂ около 0,02 мг/мл, измеряют оптическую плотность полученного раствора на спектрофотометре при длине волны 361 нм в кювете с толщиной слоя 1 см. В качестве раствора сравнения применяют воду.

Содержание цианокобаламина в миллиграммах (х) в 1 мл препарата рассчитывают по формуле:

где: А – оптическая плотность раствора;

207 – удельный показатель поглощения В₁₂ при длине волны 361 нм;

V – объем препарата, взятый для разведения, в мл;

V₁ – конечный объем раствора, в мл;

Содержимое C₆₃H₈₈Co₁₄O₁₄P в 1 мл препарата должно быть 0,027 – 0,033 мг; 0,09-0,11 мг; 0,18-0,22 мг; 0,45-0,55 мг.

 

Определение содержания суммы флавоноидов в таблетках фламина 0,05 г.

 

         Близко 0,18 г (точная навеска) порошка растертых таблеток помещают в мерную колбу вместительностью 100 мл, прибавляют 60 мл 95% спирта и встряхивают на протяжении 2 мин. Потом доводят объем раствора 95% спиртом до метки, перемешивают и фильтруют через бумажный фильтр, отбрасывая первые 15 мл фильтрата.

         2,0 мл фильтрата помещают в мерную колбу вместительностью 50 мл и доводят объем раствора 95% спиртом к метки и перемешивают. Измеряют оптическую плотность полученного раствора на спектрофотометре при длине волны 315 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм, используя в качестве раствора сравнения 95% спирт.

         Определение суммы флавоноидов (х) в одной таблетке в г проводят по формуле:

где А – оптическая плотность измеренного раствора;

m – масса навески препарата, в г;

260 –удельный показатель поглощения изосалипурпозида в 95% спирте при l=315 нм; b – средняя масса таблетки;

Содержимое суммы флавоноидов в одной таблетке должно быть от 0,031 до 0,039г, рассчитывая на среднюю массу таблетки в граммах.

 

 

Определение содержания стрептоцида в таблетках стрептоцида 0,3 и 0,5 г

 

 

 

         Около 0.34 г (точная навеска) порошка растертых таблеток помещают в мерную колбу вместительностью 100 мл. Прибавляют 60 мл 0,1 моль/л раствора кислоты хлоридной и встряхивают в течении 10 мин, доводят объем раствора 0,1 моль/л раствором кислоты хлоридной до метки, перемешивают и фильтруют через фильтр “белая лента”, отбрасывая первые 10 мл фильтрата.

1,00 мл полученного фильтрата помещают в мерную колбу вместительностью 50 мл, доводят объем раствора 0,1 моль/л раствором кислоты хлоридной до метки и перемешивают.

         Измеряют оптическую плотность полученного раствора на спектрофотометре при длине волны 263 нм в кювете с толщиной пласта 10 мм, используя как раствор сравнения 0,1 моль/л раствор кислоты хлоридной.

         Параллельно измеряют оптическую плотность раствора стандартного образца (СО) стрептоцида.

         Содержание стрептоцида (Х) в граммах, рассчитывая на среднюю массу таблетки, рассчитывают за формулой:

 

 ,

где: А₀ – оптическая плотность исследуемого раствора;

А₁ – оптическая плотность раствора СО стрептоцида;

m_o – масса навески СЗ стрептоцида, в граммах;

m₁ – масса навески порошка таблеток, в граммах;

b – средняя масса таблетки, в граммах.

         Содержание стрептоцида в граммах, рассчитывая на среднюю массу таблетки должен быть в границах 0,285-0,315 г или 0.475-0.525 г.

         Приметка 1.Приготовление раствора стандартного образца (СО) стрептоцида. 0,1 г (точная навеска) стрептоцида помещают в мерную колбу вместительностью 100 мл, прибавляют 60 мл 0,1 моль/л раствора кислоты хлоридной и растворяют, этим же раствором кислоты хлоридной доводят объем раствора до метки.

         3,0 мл полученного раствора помещают в мерную колбу вместительностью 50 мл и доводят объем раствора 0.1 моль/л раствором кислоты хлоридной до метки и перемешивают.

Раствор используют свежеприготовленным.

 

Классификация оптических методов анализа.

         В оптических методах анализа используется связь между оптическими свойствами системы:

–         светопоглощением;

–         светорассеянием;

–         преломлением света;

–         обращением плоскости поляризации плоскополяризованного света;

–         вторичным свечением вещества и его составом.

         К оптическому диапазону относят электромагнитные волны с длиной (l) от 100 до 10000 нм. Его разделяют на три области:

–         ультрафиолетовую (УФ) – (100-380-400);

–         видимую – (380-400-760);

–         инфракрасную (ИК) – (760-10000).

         В зависимости от природы взаимодействия вещества с электромагнитным излучением оптические методы анализа разделяют на:

–         абсорбционные (основаны на измерении поглощения веществом                        светового излучения). К ним принадлежат следующие методы:

         1) калоролиметрия;

         2) фотоколорометрия;

         3) спектрофотометрия;

         4) атомно-абсорбционный анализ;

–         эмиссионные (основаны на измерении интенсивности света, излучаемого веществом). К ним принадлежат следующие методы:

         1) эмиссионный спектральный анализ;

         2) пламенная эмиссионная фотометрия;

         3) флуориметрия.

         Методы, связанные со взаимодействием светового излучения с суспензиями, делятся на:

–         турбидиметрию (основана на измерении интенсивности света, которое поглощается неокрашенной суспензией);

–         нефелометрия (базируется на измерении интенсивности света, которое отражается или рассеивается окрашенной или неокрашенной суспензией).

         Методы, которые базируются на явлении поляризации молекул под действием светового излучения, делят на:

–         рефрактометрию (базируется на измерении показателя преломления);

–         поляриметрию (базируется на измерении угла обращения плоскости поляризации поляризованного пучка света, который прошел через оптически активную среду);

–         интерферонометрию (базируется на измерении сдвига интерференции световых лучей при прохождении их сквозь кюветы с раствором вещества, растворителя и сквозь коллиматор).

         Главные характеристики электромагнитного излучения:

         Поскольку свет имеет двойственную природу – волновую и корпускулярную, то для его описания используют два вида характеристик – волновые и квантовые.

         К волновым характеристикам принадлежат частота колебаний, длина волны и волновое число, к квантовым – энергия квантов.

         Частота колебаний (n) показывает число колебаний в 1 с, измеряется в Герцах (Гц).

         Длина волны (l) показывает наименьшее расстояние между точками, которые колеблются в одинаковой фазе. Это линейная единица, измеряется в СИ в метрах (м) и его частичных единицах см, мм, нм.

Например, зеленый свет представляет собой электромагнитные колебания с n=6*10¹⁴ Гц и l=500-550 нм.

В зависимости от длины волны в электромагнитном спектре обычно выделяют следующие участки:

Интервал длин волн (нм)	Участок спектра
10-4 – 10-1	g – излучение
10-2 – 10	Рентгеновское излучение
10 – 400	УФ – излучение
400 – 760	Видимый участок
760 – 106	ИК – излучение
106 – 109	Микроволны или сверхвысокие частоты
l > 109	Радиоволны

 

Длина волны и частота связаны между собой соотношением:

n = с / l,

где с – скорость света в вакууме с=3*10⁸м/с=3*10¹⁰см/с.

Величину, обратную длине волны, называют волновым числом n и выражают обычно в обратных сантиметрах (см^-1).

Энергия электромагнитного излучения определяется соотношением:

E=hn,

где h – постоянная Планка, h=6,62*10^-34Дж*с.

 

         При нагревании вещества, находящегося в газообразном или парообразном состоянии, от 800-1000 ⁰С и выше могут быть получены спектры трех видов:

1)                Линейчатые – это результат электронных переходов в середине атомов и ионов;

2)                Полосатые – характерные для молекул или свободных радикалов и есть следствием изменения их электронной, колебательной (вибрационной) и вращательной (ротационной) энергии;

3)                Сплошные спектры – имеют сложное происхождение.

 

Атомно-эмиссионный спектральный анализ

 

         Практической целью методов атомной спектроскопии при анализе веществ является качественное, полуколичественное, и количественное определение элементного состава анализируемой пробы. Раньше эти задачи решались лишь одним из методов – атомно-эмиссионным методом спектрального анализа в оптическом диапазоне спектра. На сегодня широкого распространения приобрели также методы анализа по атомным спектрам поглощения и флуоресценции в оптическом диапазоне, а также по эмиссионным и флуоресцентным спектрам в рентгеновском диапазоне. Во всех случаях в основе этих методов лежат квантовые переходы валентных или внутренних электронов атома с одного энергетического состояния в другое.

Атом в нормальном состоянии владеет минимальным запасом энергии Е_о и не излучает ее. Но под влиянием внешних возбудителей (например, столкновение с быстрыми частичками) электроны атома переходят на более высокие энергетические уровни Е₁, Е₂, Е₃, …… При этом одних или несколько валентных электронов атома переходят в более отдаленную от ядра оболочку. По истечении некоторого времени, возбужденный атом возвращается в нормальное или в какое-нибудь промежуточное состояние. Такой самопроизвольный (спонтанный) переход сопровождается освобождением соответствующего избытка энергии в виде излучения кванта световой энергии (фотона).

Излучение энергии атомом определяется постулатом частот Бора:

hn=h*c/l=E₁-E₂=DE=e

где h – постоянная Планка;

n – частота излучения;

с – скорость света;

l – длина волны спектральной линии;

E₁ и E₂ – энергии атома;

e – энергия фотона.

         Таким образом, атом может излучать фотоны с энергией Е₁, Е₂, Е₃, …… Набору фотонов с одинаковой энергией отвечает спектральная линия. Совокупность спектральных линий образует спектр атома.

         Одним из свойств атомных спектров является их дискретность (линейчатая структура) и строго индивидуальный характер, который делает такие спектры индивидуальными признаками атомов конкретного элемента. На этом базируется качественный анализ.

         Определение концентрации того или иного элемента проводят путем измерения интенсивности отдельных спектральных линий, которые называются аналитическими.

         Интенсивность спектральной линии, которая отвечает переходу электрона с более высокого уровня и на уровень n, определяется формулой:

I_in=N_i*A_in*h*n_in,

где A_in – вероятность спонтанного перехода из состояния i и в состояние n;

N_i – число атомов (в 1 см³) в i-состоянии возбуждения;

h – постоянная Планка;

n_in – частота излучения из состояния i и в состояние n, с^-1.

         Для того, чтобы атомы излучали энергию, необходимо перевести их из невозбужденного состояния в возбужденное. В спектральном анализе для этого используют пламя, дугу или искру (или другой источник), то есть применяются термические источники возбуждения. При этом распределение атомов по степеням возбуждения определяется законом Больцмана:

N_i=N_o*g_i/g_o*e^-Ei/k,

где N_o и N_i – концентрации невозбужденных и возбужденных (на уровне i) атомов;

E_i – энергия возбуждения і-го уровня;

g_i и g_o – статистические веса возбужденного и невозбужденного состояний;

k – постоянная Больцмана (k=1,38*10^-23Дж/К);

Т – температура, К.

Подставляя значения N_i в формулу для интенсивности спектральной линии, получаем:

І_in=N_o*A_in*g_i/g_o*h*n*e^-Ei/k.

         Таким образом, интенсивность спектральной линии будет зависеть не только от электронного строения атома, но и от температуры источника излучения. Поэтому в атомно-эмиссионном спектральном анализе принято измерять интенсивность аналитической линии относительно интенсивности некоторой линии сравнения (внутренний стандарт). Чаще всего – это линия, которая принадлежит основному компоненту пробы. Иногда компонент, который играет роль внутреннего стандарта, специально вводят в анализируемую пробу.

         В таком случае, если выбранные линии имеют близкие потенциалы возбуждения, а соответствующие им элементы владеют близкими потенциалами ионизации и другими физико-химическими характеристиками, относительная интенсивность линий становится мало чувствительной к изменениям (флюктуаций) условий возбуждения.

         Если режим работы источника возбуждения достаточно стабильный и скорость подачи вещества в плазму постоянная, то наступает некоторое стационарное состояние, при котором число атомов элемента в плазме оказывается пропорциональным концентрации этого элемента в пробе:

N=a’’*c,

где с – концентрация вещества в пробе;

a’’ – коэффициент пропорциональности.

         Поскольку интенсивность спектральной линии пропорциональна числу возбужденных атомов в плазме, а их число в свою очередь пропорционально числу атомов элемента в плазме, то в конечном варианте интенсивность аналитической спектральной линии пропорциональна концентрации вещества в пробе:

І_іn=а*с.

         Если условия разряда не изменяются при изменении концентрации, то коэффициент а остается постоянным и это уравнение выполняется достаточно хорошо. Коэффициент а зависит от параметров разряда, условий поступления вещества в плазму и констант, которые характеризуют возбуждение и последующие переходы.

         Однако не все кванты, которые извлекаются возбужденными частичками, достигают приемника света. Квант света может быть поглощен не возбужденным атомом и, таким образом, не будет зафиксирован приемником излучения. Это так называемое самопоглощение. С увеличением концентрации вещества самопоглощения возрастает.

         Самопоглощение учитывается в уравнении Ломакина, которое хорошо описывает концентрационную зависимость интенсивности спектральной линии:

I=а*С^b,

где коэффициент а зависит от режима работы источника возбуждения, его стабильности, температуры и т.д.;

b – коэффициент самопоглощения, который учитывает поглощение квантов света невозбужденными атомами.

При логарифмировании уравнения Ломакина получаем:

 lgI=lga+b*lgC.

         Линейная зависимость lgI от lgC очень удобна для построения градуировочного графика. Это уравнение служит основой количественного спектрального анализа.

         Упрощение в теоретических представлениях о процессах поступления атомов из твердой пробы в плазму приводит к тому, что ни одна из формул не может отображать хорошо известного в атомно-эмиссионном анализе влияния матричных эффектов. Это влияние заключается в том, что во многих случаях значения аналитического сигнала и соответственно результат анализа оказываются зависимыми не только от относительной концентрации определяемого элемента, но и от содержания сопутствующих компонентов, а также от микроструктуры и фазового состава анализируемых материалов.

Физический смысл влияния матричных эффектов очень разнообразен и до сегодня нет каких-либо общих аналитических соотношений на этот счет. В производственных условиях, чтобы устранить влияние матричных эффектов на результаты стараются максимально приблизить состав и свойства анализируемых проб и используемых образцов сравнения, включая и такие факторы, как структура материала, форма и размеры образцов и др.

         Условно все матричные эффекты можно разделить на два типа: аддитивные, которые смещают входной градуировочный график параллельно самому себе в зависимости от концентрации мешающего элемента, и мультипликативные, которые приводят к изменению угла наклона исходной градуировочной характеристики.

         Пример для проведения спектрального анализа имеет следующие главные узлы:

–         источник возбуждения;

–         диспергирующий элемент;

–         приемник света.

         Кроме этих главных узлов в дорогом спектральном приборе есть оптическая система, предназначенная для получения параллельного потока света, его фокусирования, изменения хода лучей и т.д.

         В источнике возбуждения вещество атомизируется и возбужденные атомы и ионы поглощают свет, который диспергирующим элементом разделяется в пространстве на отдельные составные, а приемник света их фиксирует.

         Источники возбуждения переводят пробу из конденсированной фазы в газообразную и возбуждают вещество в этой фазе. В большинстве источников возбуждения эти функции совмещаются, однако в отдельных случаях применяют два устройства:

–         один для получения газовой фазы;

–         второй для возбуждения.

         При анализе, например, биологических объектов или некоторых изделий металлургической промышленности, если особое любопытство вызовет локальный анализ, для перевода выбранной части пробы в газообразное состояние с успехом применяется лазерная техника.

         Источник возбуждения должен обеспечивать необходимую яркость спектра по сравнению с фоном и должен быть достаточно стабильным, то есть интенсивность спектральных линий должна оставаться постоянной во время измерения. Наибольшего применения в качестве источников возбуждения используют пламя, дугу и искру.

         Пламя. Возбуждение атомов в пламени имеет термическую природу. Температура пламени зависит от состава горючей смеси. Пламя обычной газовой горелки имеет t » 900 °C, смесь Н₂ + воздух t » 2100 °C, Н₂ + О₂ t » 2800 °C, С₂Н₂ + О₂ t » 3000 °C. Анализируемое вещество вводится с помощью специального распылителя в пламя в виде раствора.

         Дуга. Электрическая дуга – это электрический разряд при сравнительно большой силе тока (5…7 А) и небольшом напряжении (50…80 В). Разряд поддерживается за счет термоэлектронной эмиссии с накаленной поверхности катода. Разряд пропускают между электродами из анализируемого образца или между образцом и электродом, который не содержит определяемых элементов. Температура дуги достигает 5000-6000 °C. Введение в электроды примесей, которые владеют более низким, чем основной элемент пробы, потенциалом возбуждения понижает температуру дуги. Так, в присутствии солей калия температура дуги между угольными электродами падает с 7000 °C до 400 °C. Это открывает возможность регулировать температуру дуги и поддерживать ее постоянной путем введения в зону разряда элемента с низким потенциалом возбуждения – так называемого спектроскопического буфера. Обычно, это соли калия или натрия в достаточном количестве. В присутствии спектроскопического буфера устанавливается определенная температура плазмы, которая практически не зависит от состава анализируемой пробы. В дуге получают спектр почти всех элементов.

         Искра. Для получения искры используют специальные искровые генераторы. При горении искры развивается температура 7000-10000 °C и происходит возбуждение всех элементов.

Большое преимущество:

1. возможность проведения локального микроспектрального анализа с помощью микроискрового метода, в котором применяют микроэлектроды в виде иглы (например, медные).

2. стабильность условий разряда

3. не вызывает разрушения образца в отличие от дуги.

 

Диспергирующий элемент. Раскладывает излучение в спектр:

–         призмы,

–         дифракционные решетки,

–         интерференционные устройства.

 

Приемники света.

1. фотопластинка.

При освещении фотопластинки в светочувствительном слое образуется скрытое изображение:

АgBr + hn = Аg + Br

         На освещенных местах пластинки появляются кристаллы металлического серебра. Проявитель завершает процесс восстановления серебра на освещенных участках и разрешает получить видимое изображение. Полученное изображение закрепляют (фиксируют) с помощью Na₂S₂O₃, который растворяет кристаллы галогенида серебра, не поддавшегося влиянию света:

АgBr + 2Na₂S₂O₃ = [Ag(S₂O₃)₂]^3- + Br^– + 4Na⁺.

         После такой обработки на пластинке остается изображение спектра в виде спектральных линий.

К преимуществам фотопластинок принадлежит:

–         способность их интегрировать интенсивность света;

–         высокая чувствительность;

–         достаточно широкий спектральный интервал;

–         документальность анализа;

–         продолжительность сохранения полученной информации.

         2. Фотоэлементы – это устройства, которые превращают световую энергию в электрическую. Действие фотоэлементов базируется на явлении фотоэффекта.

Преимущества:

1.                высокая чувствительность;

2.                широкий спектральный интервал;

3.                простота конструкции.

Недостатки:

1. нелинейность световой характеристики;

2. инерционность;

3. заметная температурная зависимость фототока.

         Приборы для атомного спектрального анализа называются стилоскопы (390-700 нм), спектрографы (200-600 нм), стилометры, квантомеры.

 

         Качественный спектральный анализ.

         Основой качественного спектрального анализа является свойство каждого химического элемента излучать характерный линейчатый спектр. Так, качественный анализ состоит в отыскивании линий определяемого элемента в спектре пробы. Принадлежность линий данному элементу устанавливается по длине волны и интенсивности линии. Однако, общее число линий в спектре многих элементов очень большое: например, спектр тория насчитывает более 2500 линий, а спектр урана – более 5000. Нет необходимости, конечно, определять длины волн всех спектральных линий в спектре пробы. Для этого достаточно лишь установить наличие или отсутствие в спектре так называемых аналитических или последних линий.

         При уменьшении содержания элемента в пробе интенсивность линий этого элемента в спектре будет уменьшаться, некоторые линии исчезнут, и число линий уменьшится. При некоторой очень маленькой концентрации останется всего несколько линий. Это и есть те последние линии, по которым обычно проводится качественный анализ. Последние линии хорошо изучены, их длины волн и характеристику интенсивности можно найти в специальных таблицах и атласах спектральных линий.

         Для расшифровки спектра и определения длины волны анализируемой линии пользуются спектрами сравнения, в которых длины волн отдельных линий хорошо известны. Чаще всего для этого используют спектр железа, который имеет характерные группы линий в разных областях длин волн.

Спектральным анализом можно обнаружить около 80 элементов. Граница определения методами качественного спектрального анализа колеблется для разных элементов в очень широких границах: от 10^-2 (Hg, Os, U…) до 10^-5 % (Na, Bi, B…).

Количественный спектральный анализ.

         В практике количественного спектрального анализа обычно используют интенсивность не отдельной линии, а отношение интенсивности двух спектральных линий, которые принадлежат разным элементам. Таким образом, в качестве свойства, связанного с концентрацией элемента, используется отношение интенсивности линии определяемого элемента к интенсивности линии другого элемента в том же спектре.

Уравнение Ломакина для аналитической линии и линии основы имеет вид:

 ; , а их отношение:

 .

         Таким образом, отношение интенсивностей тоже пропорционально концентрации элемента в пробе. Это главное уравнение методов количественного спектрального анализа. Методы отличаются только способом оценки относительной интенсивности.

         При выборе пары линий выдерживают следующие требования:

D Е £ 1 эВ; l_а – l_осн £ 10 нм;

0,1 £ І_а / І_осн £ 10.

         Пара линий, которая удовлетворяет этим требованиям, называется гомологической парой.

         В зависимости от способа оценки интенсивностей различают следующие методы количественного спектрального анализа:

1.                визуальные;

2.                фотографические;

3.                фотоэлектрические.

 

Общая характеристика метода.

–         низкая граница определения 10^-3-10^-5 %, а с обогащением 10^-5-10^-7 %;

–         точность (относительная ошибка 1-2 %);

–         экспресность;

–         универсальность.

 

Пламенный эмиссионный анализ.

         Пламенный эмиссионный анализ – это часть эмиссионного спектрального анализа, в котором в качестве источника возбуждения используется пламя разных типов:

Светильный газ – воздух                        Т=1700-1840

Пропан – воздух                                              1975

Ацетилен – воздух                                   2125-2397

Водород – воздух                                             2000-2045

Светильный газ – кислород                    2370

Ацетилен – кислород                              3100-3137

Дициан – кислород                                  4380

         В пламени возбуждается достаточно много элементов, причем число их растет с увеличением температуры пламя. Атомные спектральные линии в пламени извлекают щелочные и щелочноземельные металлы, Ga, In, Cr, Mn, Ni, Co, Cu, Ag и др.

Преимущества:

–         возможность определения около 40 элементов,

–         высокая чувствительность;

–         высокая точность.

 

         Чувствительность определения щелочных и щелочноземельных металлов n*10^-6 %

0,001 мкг/мл – щелочных металлов

0,1 мкг/мл – другие металлы.

Ошибка 1….3 %.

Высокая воспроизводимость метода.

Количественный анализ в пламенной фотометрии основывается на измерении зависимости интенсивности излучения от концентрации ионов металла в растворе. При стабильной работе прибора зависимость между концентрацией вещества в пробе и величиной отсчета (сила тока) на приборе имеет линейную природу.

В пламенной фотометрии применяют два типа приборов:

–                     пламенные фотометры;

–                     пламенные спектрофотометры.

         В первых приборах спектральная линия выделяется с помощью светофильтра. На фотометрах определяют небольшое количество элементов: калий, натрий, литий, кальций и другие щелочные и щелочноземельные металлы. Фотометры имеют маленькую разделительную способность и разрешают анализировать простые по складу вещества.

         В пламенных спектрофотометрах выделенный свет раскладывается с помощью призмы или дифракционной решетки. В спектре выделяют необходимую спектральную линию (с помощью щели). Спектрофотометры дают возможность анализировать большое число элементов, имеют высокую чувствительность и селективность.

Методика анализа состоит в следующем:

–                     подготовка образца к анализу (растворение);

–                     введение раствора в пламя;

–                     выделение аналитической спектральной линии атомов анализированного элемента;

–                     измерение интенсивности спектральной линии;

–                     расчет концентрации вещества в пробе.

Концентрации веществ в растворе определяют способами:

–                     градуировочного графика;

–                     метод добавок;

–                     метод сравнения (а иногда с ограниченными растворами).

1. Калибровочный график строится по серии стандартных растворов в координатах: сила тока (I, мкА) – концентрация (С, мкг/мл)

2. концентрации методом ограничивающих растворов измеряют по интенсивности излучения анализируемого раствора и двух стандартных растворов с меньшей или большей концентрацией (сравнительно с анализируемым раствором):

С₁<С_Х<С₂; С_Х®І_Х   (І_Х-І₁) ® (С_Х-С₁)

                           С₁®І₁   (І₂-І_Х) ® (С₂-С_Х)

                           С₂®І₂  

(І_Х-І₁)*(С₂-С_Х) = (І₂-І_Х)*(С_Х-С₁)

С₂І_Х-С_ХІ_Х -С₂І₁-С_ХІ₁ = С_ХІ₂-С_ХІ_Х-С₁І₂+ С₁І_Х,

С_ХІ₁ – С_ХІ₂= С₁І_Х – С₁І₂ – С₂І_Х + С₂І₁,

С_Х(І₁ – І₂)= С₁(І_Х – І₂) + С₂(І₁ – І_Х),

С_Х(І₂ – І₁)= С₁(І₂ – І_Х) + С₂(І_Х – І₁),

3. метод добавок применяют для определения «следов» элементов и растворов с высокой концентрацией. Обязательным условием при этом является определение области концентраций с прямолинейным участком калибровочного графика.

         Чувствительность пламенной фотометрии зависит от:

1.                интенсивности аналитической линии;

2.                химического состава раствора;

3.                стабильности работы аппаратуры.

Например, натрий можно определять при концентрации 0,001 мкг/мл, а калий 0,01 мкг/мл.

         Метод пламенной фотометрии с успехом применяется для определения K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ в биологических жидкостях и субстратах; в фармацевтических препаратах, в частности «Аспаркам» («Панангин») аспарагинат калия.

         Интенсивность излучения спектральной линии прямопропорциональна числу введенных в пламя атомов N (или концентрации С соли металла в растворе) при условиях возбуждения. Однако это соответствие может быть нарушено ирядом процессов:

–                     вязкость и поверхностное натяжение распыляемого раствора;

–                     самопоглощение;

–                     ионизация;

–                     образование малодиссоциированных или малолетучих веществ;

–                     анионный эффект;

–                     катионный эффект.

Выход из этих обстоятельств:

– добавление спирта, кетонов, уксусной кислоты, что уменьшит поверхностное натяжение раствора;

– введение извлекающих добавок (ЭДТА, 8-оксихинолин).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Атомно-абсорбционный анализ (ААА).

         Метод ААА основывается на поглощении свободными атомами резонансного излучения при пропускании пучка света через слой атомного пара.

 

I₀                     I

 

         Селективно поглощая свет на частоте резонансного перехода, атомы переходят из основного состояние в возбужденный, а интенсивность пучка света, который прошел уменьшается:

І = І₀* е^–kl

где k_n – коэффициент поглощения света

l – толщина слоя.

ААА предложил Уолш в 1955 г. Метод сразу приобрел признание.

         При поглощении кванта света hn свободный атом А переходит в возбужденное состояние А^*

А + hn = А^*,

где h – постоянная Планка;

n – частота, которая определяется условием частот Бора:

где Е_А* и Е_А – энергия атома в возбужденном и основном уровнях соответственно.

         Наиболее вероятным изменением энергетического состояния атома при возбуждении является переход на уровень, наиболее близкий к основному энергетическому состоянию, то есть резонансный переход. Если на невозбужденный атом направить излучение с частотой равной частоте резонансного перехода, то квант света будет поглощаться атомами, и интенсивность излучения будет уменьшаться. Использование этого явления и легло в основу атомно-абсорбционной спектроскопии. Таким образом, если в эмиссионной спектроскопии концентрация вещества связывалась с интенсивностью излучения, которое было прямо пропорционально числу возбужденных атомов, то в атомно-абсорбционной спектроскопии аналитический сигнал (уменьшение интенсивности излучения) связан с числом невозбужденных атомов.

         Источник возбуждения:

1. лампа с полым катодом, содержащим определяемый элемент. Есть стеклянный болон с катодом в виде стаканчика или цилиндра, изготовленного из необходимого металла или сплава, есть анод, а также окошко для выхода пучка света; инертный газ (аргон, неон, 100 Па). При подаче на электроды напряжения ~ 300 В в лампе возникает тлеющий разряд, причем он локализируется в полом катоде. Ионы инертного газа бомбардируют катод, выбивая атомы металла, распыляя их. Атомы металла возбуждаются в газовом разряде при столкновении с ионами и электронами инертного газа. В результате лампа излучает эмиссионный спектр необходимого элемента:

Ме + (Аr⁺; e^–) ® Me* ® Me + hn_{резонанс.}

2. горелки. Поскольку уменьшение интенсивности излучения пропорционально толщине поглощающего слоя, то горелки имеют специальную конструкцию, которая обеспечивает постоянную и достаточно большую длину поглощающего слоя пламени (5-10 см – 15 см). Хотя есть и непламенные электротермические атомизаторы (графитовая кювета Львова).

 

 

Количественное определение.

         В ААА практически полностью исключена возможность наложения линий разных элементов, так как в условиях ААА число линий в спектре значительно меньше, чем в эмиссионной спектроскопии.

         Уменьшением интенсивности резонансного излучения в условиях АА спектроскопии подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера. Если І₀ – интенсивность падающего монохроматического света, а І – интенсивность этого света, но которое прошло через пламя, то величину lg І₀/І можно назвать оптической плотностью. Концентрационная зависимость оптической плотности выражается уравнением:

 ,

где k – коэффициент поглощения;

l – толщина слоя (пламя), который поглощает;

С – концентрация.

         Оптическая плотность согласно уравнению прямо пропорциональна концентрации вещества. Опыт показывает, что зависимость оптической плотности от концентрации часто бывает не строго линейной. Отклонение от линейности вызывается несколькими причинами, среди которых наиболее существенными являются:

1.                Физические причины:

–                     нестабильность работы разных узлов прибора;

–                     немонохроматичность линий излучения;

–                     ионизация атомов металла (чтобы уменьшить вводят ионизационные буферы – соли Li);

2.                Химические причины:

–                     анионный эффект: H₃PO₄(уменьшает влияние), HCl, H₂SO₄ (почти не влияет); во избежание надо создать аналогичную среду в стандартном растворе и в исследуемом;

–                     анионы органических кислот могут влиять по-разному – улучшают распыления, но могут образовывать соединения с атомами металлов.

3.                Катионный эффект. Наиболее распространенное влияние Si, Al.

–                     Si отделяют в виде осадка кремниевой кислоты;

–                     Al учитывают либо введением Al (небольшого количества) в стандартные растворы либо введением извлекающих добавок: La, Sr, Ca, NH₄⁺, ЭДТА, 8-оксихинолин.

         В практике анализа применяется метод градуировочного графика и метод добавок.

1.                Градуировочный график. 

А

 

 

                              С_ст.

2.                Метод добавок.

Практическое применение.

– 10^-5 – 10^-6 % граница открытия.

–                     высокая селективность (хотя есть неселективное поглощение);

–                     погрешность ~5% (3-10% колебание может давать).

 

         Сравнивая методы эмиссионной фотометрии и абсорбционной спектрофотометрии следует отметить, что эмиссионная фотометрия имеет следующие преимущества:

–                     выше чувствительность, так как измеряется значение извлеченной энергии, а не изменение интенсивности характеристического излучения;

–                     простота аппаратурного оформления сравнительно за ААС.

Большое преимущество ААС:

–                     высокая селективність (ни один из методов не может конкурировать);

–                     может быть использована практически для всех элементов.

Недостаток ААС:

–                     наличие неселективного поглощения: в условиях анализа, кроме абсорбции определяемым элементом происходит абсорбция неселективным элементом:

А_опред. = Ах + А_{неселек}.

Несективним поглощением обусловлено:

–                     рассеивание света;

–                     молекулярной абсорбцией.

Способы учета неселективного поглощения.

–                     автоматический (попеременно свет от лампы с полым катодом и дейтериевой дуговой лампы с сплошным спектром, то есть А_опред. и А_{неселек}.). Неселективное поглощение прибор автоматически отнимает.

–                     измерение абсорбции в поляризованном свете, благодаря магнитному полю.

 

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

 

а) Основные: 1. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. – М:Высшая школа, 2001. – С.301 – 341.

2. Пономарев В.Д. Аналитическая химия. Т.2 – М.: Высшая школа, 1982. – Ч. 2. С. 105-130, Ч. 1. С. 85 – 107.

б) Дополнительные: 1. Шемякин Ф.М., Карпов А.Н., Брусенцов А.Н. Аналитическая химия. – Г.: Высшая школа, 1965. – С. 500- 538.

2. Крешков А.П. Основы аналитической химии Т.2. – Г.: Химия,1976. – Ч. 2. С.219– 263. Ч. 1. С. 83 – 103.