План: I. Введение II. Основная часть

2.2 Метод определения по среднему значению молярного коэффициента светопоглощения

Метод определения концентрации вещества по среднему значению молярного коэффициента светопоглощения является разновидностью метода сравнения, только в данном случае нужно непосредственно рассчитывать значение молярного коэффициента светопоглощения и по его значению находить неизвестную концентрацию исследуемого окрашенного раствора. Приготавливают исследуемый и стандартные окрашенные растворы и измеряют значения их оптических плотностей аналогично тому, как это производят при определении по методу сравнения. По данным, полученным для стандартных растворов, рассчитывают среднее значение молярного коэффициента светопоглощения:

ε_ср = А_ст / (С_ст * l_ст)

Зная значения оптической плотности исследуемого окрашенного раствора и молярного коэффициента светопоглощения, находят неизвестную концентрацию С_х (моль/л) исследуемого окрашенного раствора и общее содержание в растворе определяемого вещества q_x (мг):

С_х = А_х / (ε_ср * l_х) и q_x = С_х * V_х * V_общ * М / V₁

Здесь М - молекулярная масса определяемого веществе (иона).

Измерения оптической плотности стандартного и исследуемого растворов можно производить как при одинаковой толщине слоя (в одинаковых кюветах), так и при разной его толщине (в разных кюветах). Метод требует обязательного соблюдения основного закона светопоглощения и применяемся сравнительно редко.

.3 Метод градуировочного графика

Для определения содержания вещества методом градуировочного графика при выбранных оптимальных условиях готовят серию из 5-8 стандартных растворов разных концентраций (не менее 3 параллельных растворов для каждой точки)

При выборе интервала концентраций стандартных растворов руководствуются следующими положениями:
1. Он должен охватывать область возможных изменений концентраций исследуемого раствора; желательно, чтобы оптическая плотность исследуемого раствора соответствовала примерно середине градуировочной кривой;
2. Желательно, чтобы в этом интервале концентраций при выбранных толщине кюветы (l) и аналитической длине волны λ (в большинства случаев λ = λ_макс светопоглощающего соединения) соблюдался основной закон светопоглощения, т. е. график А = f (С) был прямолинейным; При фотоколориметрических определениях выбор светофильтра (значения λ = λ_макс) в общем случае определяется не только видом кривых спектров поглощения окрашенного раствора и светофильтра, но и спектральной чувствительностью фотоэлемента.
. Интервал рабочих значений А, соответствующий интервалу стандартных растворов, должен обеспечивать максимальную воспроизводимость результатов измерений (минимальное отношение S_A / A), т е. А ~ 0.14 - 1.9, однако следует иметь в виду, что на практике при значениях А > 1.1 - 1.3 обычно наблюдается уже нелинейный характер зависимости А = f (С). Необходимо также учитывать, что общая погрешность фотометрического анализа определяется совокупностью слагаемых, из которых в ряде случаев определяющую роль могут играть погрешность невоспроизводимости положения кювет («кюветная» погрешность) в кюветодержателе и погрешность измерения объемов стандартных и исследуемых растворов при работе с неоткалиброванными мерными колбами, пипетками, бюретками.
При совокупности перечисленных условий измеряют оптические плотности стандартных растворов относительно растворителя и строят график (рис. 1) зависимости А = f (С).



Рис. 1.Полученная кривая называется градуировочной (градуировочным графиком). Периодически (раз в неделю или реже) ее проверяют по двум-трем свежеприготовленным стандартным растворам.
В общем случае, когда свет поглощается не только определяемым соединением, но и реагентом, экспериментальные данные измерений оптической плотности могут быть представлены следующими вариантами
1. Оптические точности стандартных растворов и раствора реагента (холостого опыта, содержащего определенный объем добавляемого реагента) измеряют относительно растворителя. Определяют разности значений _ΔА = А - А_R (где А и А_R - средние значения при разных концентрациях) и строят график или рассчитывают уравнение зависимости _ΔА = f (С), Этот подход наиболее применим для неустойчивых систем или реагентов и систем, содержащих примеси.
2. Оптическую плотность стандартных и исследуемых растворов измеряют относительно раствора реагента в качестве холостого опыта, А = f (С). Этот вариант применяют нередко, когда раствор холостого опыта имеет высокое значение оптической плотности.
. Оптическую плотность растворов измеряют относительно растворителя. Результат холостой пробы и его погрешность рассчитывают методом линейного регрессионного анализа.
Определив оптическую плотность раствора А_х, находят ее значение на оси ординат, а затем на оси абсцисс - соответствующее ей значение концентрации С_х. Содержание вещества q_x (мг) в исследуемом растворе определяют по формуле:
_x = С_х * V_х * V_общ / V₁

Этот метод применяют при многократном фотометрировании однотипных по химическому составу растворов, при выполнении серийных фотометрических анализов. Он дает хорошие результаты при соблюдении основного закона светопоглощения

В отличие от других фотометрических методов, метод градуировочного графика позволяет определять концентрацию окрашенных растворов даже в тех случаях, когда основной закон светопоглощения не соблюдается. Для построения градуировочной кривой в этих случаях приготавливают значительно большее число стандартных растворов, отличающихся друг от друга по концентрации не более чем на 10%. Такой градуировочный график, имеющий на пологом участке угол наклона не менее 15°, все же позволяет проводить фотометрические определения, несмотря на то. что между концентрацией раствора и его оптической плотностью нет прямолинейной зависимости. Воспроизводимость определений при этом ниже, чем в случае линейной зависимости А = f (С).
Несмотря на простоту и удобство, практическое использование градуировочных графиков в ряде случаев вносит дополнительную погрешность при определении концентрации растворов как за счет субъективного построения графической зависимости, так и за счет несоответствия графических (масштабных) погрешностей и погрешностей измерений оптических плотностей. Поэтому для получения более объективных результатов анализа часто пользуются одной аналитических зависимостей, которые рассчитывают по экспериментальным данным методом регрессионного анализа.
Согласно основному закону светопоглощения графическая зависимость А = f (С) выражается прямой линией, проходящей черэз начало координат:

А = b * С

Здесь b - угловой коэффициент линейного градуировочного графика.

Если в тех же условиях при фотометрировании растворов допускается какая-то систематическая погрешность (например, за счет содержания определяемого элемента в используемых реактивах), то графическая зависимость А = f (С) так же выражается прямой линией, но не проходящей через начало координат. В этом случае в уравнении прямой появляется второй коэффициент (свободный член):

А = а + b * С

Если откюнений от основного закона светопоглощения избежать не удается и графическая зависимость А = f (С) становится нелинейной, то во многих случаях такую зависимость с достаточной степенью приближения можно аппроксимировать квадратичным уравнением параболы, проходящей через начало координат:

А = а * С + b * С²

Здесь а и b - коэффициенты (параметры) в уравнении парабсты

При построении градуировочного графика различают следующие варианты:
1. График для чистых стандартных растворов, построенный при оптимальных условиях. Такие графики следует с осторожностью использовать для определений неизвестных концентраций в растворах, содержащих мешающие ионы, или в образцах различных матриц;
2. График, построенный в присутствии отдельных мешающих компонентов матрицы, влияние которых достаточно подробно изучено;
. График, построенный по стандартным растворам, содержащим все элементы анализируемых объектов.