Вступ……………………………………………………………………………….2
1. Історія. 3
2. Класифікація. 5
3. Принципи фотометрії 6
4. Основні закономірності світлопоглинання. 8
5. Спектри поглинання. 10
6. Методика визначення концентрації речовини в розчині 11
7. Устаткування для фотометричних вимірів. 14
Висновки. 21
Список використаної літератури. 23
Вступ
Ці методи займають, мабуть, виняткове місце в роботах хіміків-аналітиків: їм приділяється дуже багато уваги, число публікацій досить велико. Переважно розроблені фотометричні методи визначення елементів з використанням органічних реагентів; багато чого зроблено й по загальних питаннях фотометрії.
Ці методи складаються у вимірі поглинання променистої енергії розчинами аналізованих речовин. Характер спектра поглинання служить якісною ознакою обумовленої сполуки, а величина поглинання виступає як кількісна характеристика, що дозволяє судити про зміст компонента, що цікавить нас. Справа в тому, що поглинання променистої енергії за інших рівних умов пропорційно концентрації поглинаючої речовини.
Поняття фотометричні охоплює прийоми, які йменуються або йменувалися колориметричними, фотоелектроколориметричними, спектрофотометричними й властиво фотометричними. Походження цих термінів зв'язано зі способом виміру світлопоглинання й типом застосовуваного для цієї мети приладу. Однак в основі всіх способів лежить поглинання світла обумовленою речовиною у видимій, ультрафіолетовій і інфрачервоній області спектра.
Вважають, що одним з перших фотометричні методи застосував російський мінералог і хімік В.М. Севергин, що працював наприкінці ХVIII – початку ХIX століть. У другій половині ХIХ століття деякі методи цього типу використали на заводах, наприклад у Нижньому Тагілі. Широке ж поширення фотометрія одержала в Радянському Союзі, починаючи з 30-х років ХХ століття. По числу наукових публікацій фотометричний метод посідає перше місце. У дуже великому масштабі метод використовують у практиці аналізу найрізноманітніших об'єктів. Достоїнство цих прийомів у досить низькій межі виявлення, доступності й простоті, що сполучаються в багатьох випадках з достатньою вибірковістю й швидкістю; точність визначень також для ряду цілей цілком задовільна: відносна помилка звичайно становить 5-10 %. Важливо й те, що фотометричні методи розроблені практично для всіх елементів і дуже багатьох органічних сполук.
Майже завжди виміру поглинання передує переклад обумовленого компонента в нову хімічну форму, що саме й відрізняє сильним поглинанням променистої енергії. Це може бути пофарбована сполука або сполуки, що поглинають випромінювання в ультрафіолетовій і інфрачервоній області спектра. Відшукання такої сполуки, вибір умов його утворення, знаходження прийомів усунення перешкод з боку інших компонентів – мета й істота хімічної теорії фотометричних методів. Найбільше поширення одержали прийоми, у яких використовують пофарбовані комплекси з органічними реагентами; наукові дослідження в основному присвячені саме цим комплексам, з'ясуванню хімізму відповідних реакцій.
Колись задовольнялися чисто утилітарним результатом: емпірично підібрана кольорова реакція служила цілям визначення елемента або сполуки, але істота процесів, що протікають при цьому, часом було незрозумілим. У переведеній на російську мову в 1935 р. книзі Йоу «Колориметричний аналіз» маса методик, але майже немає відомостей про хімічну істоту описаних реакцій. Наприклад, визначення заліза по реакції з роданідом використали широко, але сполука поглинаюче світло комплексу не знали. Однак з тих пор у хімії пофарбованих сполук досягнуть величезний прогрес. Відомий механізм майже всіх широко застосовуваних у фотометрії реакцій, при розробці нових прийомів обов'язковим вважається з'ясування природи сполук, що утворюються, і опис ряду їхніх фізико-хімічних властивостей, наприклад стійкості в розчині. Ці вимоги вироблені при активній участі відомих хіміків-аналітиків А.К. Бабко й А.Т. Пилипенко.
У якості фотометричних реагентів використовують речовини різних класів. З неорганічних сполук - це галогеніди й роданіди, перекис водню, аміак, сполуки, що дають гетерополікислоти. З більш численних органічних реагентів можна назвати реагенти, що містять у певнім сполученні гідроксильну й карбоксильную групу, зокрема оксіазосполуки; реагенти з тіольної та тіонної групами. Дуже часто гарний аналітичний ефект дають багатокомпонентні сполуки, наприклад комплекси зі змішаною координаційною сферою.
У більших масштабах ведуться успішні пошуки нових реагентів для фотометричного визначення елементів. Значний внесок внесли дослідження В.И. Кузнєцова й С.Б. Саввіна, які запропонували реагенти групи торона й арсеназо - арсеназо I, арсеназо Ш, сульфохлорфенол С та інші, що дозволяють визначати багато елементів з низькою межею виявлення й високою вибірковістю. Ці реагенти виробляються й застосовуються в багатьох країнах. Особливо ефективні вони при визначенні торія, урану, рідкісноземельних елементів, ніобію. В.П.Живописців увів у практику ефективні реагенти хромпиразол I і хромпиразол II, Ю.А. Банківський вивчив меркоптохінолин, що дозволяє досить вибірково фотометрувати реній і інші елементи. Запропонований також люмогалліон - реагент для фотометричного визначення галію, молібдену, ніобію. Літій зручно визначати з використанням реагенту хіназоліназо. В аналітичній хімії берилія важливі методи, засновані на використанні беррілона II і IV. Чутливе фотометричне визначення титану забезпечується дихлорхромотроповою кислотою, що описали В.И. Кузнєцов і Н.Н. Басаргін.
Розроблені й з великою користю застосовуються фотометричні методи, засновані на використанні раніше відомих реагентів. Так И.П. Алімарин із співр. узвичаїли в обиход важливий метод визначення ніобію по реакції з роданідом; створено багато цікавих методів з використанням катіонних барвників – кристалічного фіолетового, брильянтового зеленого й аналогічних; антипірилметан застосований для фотометричного визначення титану – цей метод широко відомий. Створений широко застосовуваний метод визначення кремнію, фосфору й миш'яку у вигляді гетерополісполук.
У ряді аналітичних центрів синтезуються й випробовуються нові фотометричні реагенти.
Більша роль у розвитку загальної теорії фотометричних методів належить відомим хімікам-аналітикам А.К. Бабко, А.Т. Пилипенко і їхнім колегам. Так, Н.П. Кромарь глибоко вивчив рівноваги в багатокомпонентних системах, застосовуваних у фотометрії, запропонував способи визначення молярних коефіцієнтів поглинання – основного показника, що характеризує межу виявлення. Метрологічні питання фотометрії досліджували А.К. Бланк, В.Ф. Барковський, І.А. Блюм.
Найчастіше фотометричні методи використовують для визначення малих концентрацій речовин. Однак можна визначати й більші кількості, якщо використати так звану диференціальну фотометрію. Цей прийом у цей час гарне відомий, його активно пропагував Ю.А. Черніхов.
Методи аналізу, засновані на поглинанні електромагнітного випромінювання аналізованими речовинами, складають велику групу абсорбційних оптичних методів. При поглинанні світла атоми і молекули аналізованих речовин переходять у новий збуджений стан.
У залежності від виду поглинаючих часток і способу трансформування поглиненої енергії розрізняють:
1. Атомно-абсорбційний аналіз, заснований на поглинанні світлової енергії атомами аналізованих речовин.
2. Молекулярний абсорбційний аналіз, тобто аналіз поглинання світла молекулами аналізованої речовини в ультрафіолетовій, видимій і інфрачервоній областях спектра (спектрофотометрія, фотоколориметрія, Ик-спектроскопія).
3. Аналіз поглинання і розсіювання світлової енергії зваженими частками аналізованої речовини (турбидиметрія, нефелометрія).
4. Люмінесцентний (флуорометричний) аналіз, заснований на вимірі випромінювання, що виникає в результаті виділення енергії збудженими молекулами аналізованої речовини.
Усі ці методи іноді поєднують в одну групу спектрохімічних чи спектроскопічних методів аналізу, хоча вони і мають істотні розходження.
Фотоколориметрія і спектрофотометрія засновані на взаємодії випромінювання з однорідними системами, і їх звичайно поєднують в одну групу фотометричних методів аналізу.
У фотометричних методах використовують виборче поглинання світла молекулами аналізованої речовини. Відповідно до квантової механіки світло являє собою потік часток, називаних квантами чи фотонами. Енергія кожного кванта визначається довжиною хвилі випромінювання. У результаті поглинання випромінювання молекула поглинаючого речовини переходить з основного стану з мінімальною енергією E1 у більш високий енергетичний стан Е2. Електронні переходи, викликані поглинанням строго визначених квантів світлової енергії, характеризуються наявністю строго визначених смуг поглинання в електронних спектрах поглинаючих молекул. Причому поглинання світла відбувається тільки в тому випадку, коли енергія кванта, що поглинається, збігається з різницею енергій ΔЕ між квантовими енергетичними рівнями в кінцевому (E2) і початковому (E1) станах поглинаючої молекули:
hv = ΔЕ = Е2 – E1
Тут h – постійна Планка (h = 6,625*10–34 Дж*с); v – частота випромінювання, що поглинається, що визначається енергією поглиненого кванта і виражається відношенням швидкості поширення випромінювання з (швидкості світлової хвилі у вакуумі с = 3*1010 см/с) до довжини хвилі λ: v = с/λ. Частота випромінювання v виміряється в зворотних секундах (с-1), герцах (Гц). 1 Гц = 1 с-1.
Довжина хвилі λ виміряється в ангстремах (1 A = 1*10–8 см), мікрометрах чи мікронах (1 мкм = 1 мк = 1*10–6 м), нанометрах чи мілімікронах (1 нм = 1 ммк = 10 A = 1*10–9 м).