Спектрофотометрический метод анализа реферат

Обновлено: 05.07.2024

ЛИТЕРАТУРА ………………………………………………………………………. 30
Введение
В основе всех методов анализа лежит измерение либо химического, либо физического свойства вещества, называемого аналитическим сигналом, зависящего от природы вещества и его содержания в пробе.

Все методы анализа принято разделять на химические, физические и физико-химические методы анализа.

В химических методах анализа для получения аналитического сигнала используется химическая реакция. В качестве аналитического сигнала в химических методах выступает либо масса вещества (гравиметрический метод анализа), либо объем реактива – титранта (титриметрические методы).

Физико-химические методы анализа основаны на регистрации аналитического сигнала какого-то физического свойства (потенциала, тока, количества электричества, интенсивности излучения света или его поглощения и т. д.) при проведении химической реакции.

Физические методы – методы, при реализации которых регистрируется аналитический сигнал каких-то физических свойств (ядерные, спектральные, оптические) без проведения химической реакции.

В последнее время в отдельную группу методов анализа выделяют так называемые биологические методы, в которых для получения аналитического сигнала используются реакции, протекающие в живых организмах или с участием выделенных из них биологических субстратов (ферментов, антител и др.).

Физико-химические или инструментальные методы анализа основаны на измерении с помощью приборов (инструментов) физических параметров анализируемой системы, которые возникают или изменяются в ходе выполнения аналитической реакции.

Бурное развитие физико-химических методов анализа было вызвано тем, что классические методы химического анализа (гравиметрия, титриметрия) уже не могли удовлетворять многочисленные запросы химической, фармацевтической, металлургической, полупроводниковой, атомной и других отраслей промышленности, требовавших повышения чувствительности методов до %, их селективности и экспрессности, что позволило бы управлять технологическими процессами по данным химического анализа, а также выполнять их в автоматическом режиме и дистанционно.

Ряд современных физико-химических методов анализа позволяют одновременно в одной и той же пробе выполнять как качественный, так и количественный анализ компонентов. Точность анализа современных физико-химических методов сопоставима с точностью классических методов, а в некоторых, например в кулонометрии, она существенно выше.

К недостаткам некоторых физико-химических методов следует отнести дороговизну используемых приборов, необходимость применения эталонов. Поэтому классические методы анализа по-прежнему не потеряли своего значения и применяются там, где нет ограничений в скорости выполнения анализа и требуется высокая его точность при высоком содержании анализируемого компонента.

Оптические методы анализа
К оптическим методам анализа относят физико-химические методы, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Это взаимодействие сопровождается явлениями, из которых наиболее важны испускание, поглощение и рассеяние излучения. Возникающие при этом сигналы несут качественную и количественную информацию о веществе. Частота сигнала отражает специфические свойства вещества, его природу, а интенсивность сигнала связана с количеством анализируемого соединения.

Оптические методы включают в себя большую группу спектральных методов анализа. Для наблюдения и исследования получаемых сигналов используются различные физические закономерности. Благодаря этому методы спектроскопии позволяют получать детальную информацию о составе, строении и количественном содержании исследуемых веществ.

Характеристики электромагнитного излучения

Электромагнитное излучение имеет двойственную природу. В одних проявлениях ведет себя как физическое поле с непрерывными свойствами (преломление, интерференция, дифракция, отражение, рассеяние), которые описываются на основе волновой природы злучения. В других случаях электромагнитное излучение проявляет себя как поток дискретных частиц (квантов), и такие явления, как испускание и поглощение атомами и молекулами, описываются на основе корпускулярной природы излучения.

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

Частота показывает число колебаний электрического поля в , измеряется в герцах (). Частота определяется источником излучения. Длина волны показывает наименьшее расстояние между точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Это линейная величина, в единицах СИ измеряется в метрах (м) и его долях.

Волновое число показывает число волн, приходящихся на . Если длина волны выражена в сантиметрах (см), то

Энергия электромагнитного излучения зависит от частоты излучения и определяется соотношением

Спектрофотометрия, метод исследования и анализа веществ, основанный на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения. По типам изучаемых систем спектрофотометрию обычно делят на молекулярную и атомную. Различают спектрофотометрию в ИК, видимой и УФ областях спектра. Применение спектрофотометрии в УФ и видимой областях спектра основано на поглощении электромагнитного излучения соединениями, содержащими хромофорные (напр., С = С, С=С, С=О) и ауксохромные (ОСН3, ОН, NH2 и др.).

Оглавление

Спектрофотометрический метод анализа:
1)теоретические основы метода………………………………………..……3
2)оборудование……………………………………………………………….7
3)качественный анализ……………………………………………………….9
4)количественный анализ………………………………………..………. 11
5)Практическое применение для анализа пищевых продуктов………….13
6)Общая характеристика метода…………………………………………14
Используемая литература………………………………………………………16

Файлы: 1 файл

ФХМА.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ УФИМСКИЙ ФИЛИАЛ ГОУ ВПО ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Пищевая биотехнология

Выполнил: студент группы УКС 3-2

Проверил: преподаватель кафедры

Спектрофотометрический метод анализа:

  1. теоретические основы метода………………………………………..……3
  2. оборудование……………………………………………… ……………….7
  3. качественный анализ……………………………………………………….9
  4. количественный анализ………………………………………..………. 11
  5. Практическое применение для анализа пищевых продуктов………….13
  6. Общая характеристика метода…………………………………………14

Используемая литература………………… ……………………………………16

Спектрофотометрический метод анализа:

Теоретические основы метода.

Спектрофотометрия, метод исследования и анализа веществ, основанный на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения. По типам изучаемых систем спектрофотометрию обычно делят на молекулярную и атомную. Различают спектрофотометрию в ИК, видимой и УФ областях спектра. Применение спектрофотометрии в УФ и видимой областях спектра основано на поглощении электромагнитного излучения соединениями, содержащими хромофорные (напр., С = С, С=С, С=О) и ауксохромные (ОСН3, ОН, NH2 и др.). Поглощение излучения в этих областях связано с возбуждением электронов s-, p-и n-орбиталей основного состояния и переходами молекул в возбужденные состояния: s: s*, n: s*, p: p* и n: p* . Переходы s : s* находятся в далекой УФ области, например у парафинов при ~ 120 нм. Переходы n : s* наблюдаются в УФ области; например, органические соединения, содержащие n-электроны, локализованные на орбиталях атомов О, N, Hal, S, имеют Полосы поглощения при длине волны около 200 нм. Линии, соответствующие переходам p: p*, например, в спектрах гетероциклических соединений проявляются в области около 250-300 нм и имеют большую интенсивность. Полосы поглощения, соответствующие переходам n : p*, находятся в ближней УФ и видимой областях спектра; они характерны для соединений, в молекулах которых имеются такие хромофорные группы, как С = О, C = S, N = N. Так, насыщенные альдегиды и кетоны имеют максимумы поглощения при длине волны около 285 нм. Переходы типа n: p* часто оказываются запрещенными, и соответствующие полосы поглощения обладают очень малой интенсивностью.

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

Для ионов переходных металлов и их комплексных соединений характерны переходы с участием d-электронов, а для РЗЭ и актиноидов-переходы с участием f-электронов. Соответствующие соединения в растворе бывают интенсивно окрашенными, причем окраска (спектр поглощения) зависит от степени окисления катиона и устойчивости комплексного соединения. Поэтому спектрофотометрию широко используют при исследовании и анализе комплексных соединений металлов.

Изолированные, не взаимодействующие между собой хромофоры в молекуле поглощают независимо. В случае к.-л. взаимодействий между ними аддитивность спектров нарушается. По отклонениям от аддитивности можно судить о характере и величине взаимодействия. Поскольку положение полос в спектре определяется как разность энергий основного и возбужденного состояний молекул, можно определять структуру энергетических уровней молекул или по известной схеме энергетических уровней определять положение полос поглощения. Любому электронному состоянию молекул соответствует набор различных колебательных уровней энергии. Колебательная структура полосы, соответствующей переходу между электронными уровнями, может отчетливо проявляться не только в спектрах газов, но и в спектрах некоторых растворов, что дает возможность получать дополнительную информацию о взаимодействии молекул. Спектрофотометрическое исследование спектров молекул в видимой и УФ областях позволяет установить вид электронных переходов и структуру молекул. При этом часто исследуют влияние различных типов замещения в молекулах, изменения растворителей, температуры и других физико-химических факторов.

В ИК области проявляются переходы между колебательными и вращательными уровнями. Среди частот колебаний молекул выделяют так называемые характеристические, которые практически постоянны по величине и всегда проявляются в спектрах химических соединений, содержащих определенные функциональные группы (вследствие чего эти частоты иногда называют групповыми; см. табл. на форзаце 2-го тома). Теория колебаний сложных молекул позволяет расчетным путем предсказать колебательный спектр соединений, то есть определить частоты и интенсивности полос поглощения.

Колебательные спектры молекул чувствительны не только к изменению состава и структуры (т.е. симметрии) молекул, но и к изменению различных физических и химических факторов, например изменению агрегатного состояния вещества, температуры, природы растворителя, концентрации исследуемого вещества в растворе, различных взаимодействий между молекулами вещества (ассоциация, полимеризация, образование водородной связи, комплексных соединений, адсорбция и т. п.). Поэтому ИК спектры широко используют для исследования, качественного и количественного анализа разнообразных веществ.

В ближней ИК области (10000-4000 см -1 , или 1-2,5 мкм), где расположены обертоны и составные частоты основных колебаний молекул, полосы поглощения имеют интенсивность в 10 2 -10 3 раз меньше, чем в средней ИК области (4000-200 см -1 ). Это упрощает подготовку образцов, т.к. толщина поглощающего слоя может быть достаточно большой (до нескольких мм и более). Экспериментальная техника для работы в этой области относительно проста. Однако чувствительность и селективность определения отдельных соединений невелики. Тем не менее высокое отношение сигнал: шум (до 10 5 ) создает хорошие условия для количеств. анализа при содержании определяемого соединения около 1% и выше. Подобные анализы выполняются за 1 мин. В дальней ИК области (200-5 см -1 ) могут наблюдаться чисто вращательные переходы.

Интенсивность полосы поглощения молекулы определяется вероятностью соответствующего электронного (или колебательного) перехода. Для характеристики интенсивности полосы служит молярный коэффициент поглощения e, определяемый, согласно закону Бугера-Ламберта-Бера, как e = A/Cl, где А = = — lgT= — lg(I/I0), T-пропускание, I0 и I-интенсивности соответствующего падающего и прошедшего через вещество излучения, С-молярная концентрация вещества, поглощающего излучение, l-толщина поглощающего слоя (кюветы), в см. Обычно e 5 , в ИК области e 3 (л/моль·см). Закон Бугера-Ламберта-Бера лежит в основе количественного анализа по спектрам поглощения.

Для измерения спектров используют спектральные приборы-спектрофотометры, основные части которого: источник излучения, диспергирующий элемент, кювета с исследуемым веществом, регистрирующее устройство. В качестве источников излучения применяют дейтериевую (или водородную) лампу (в УФ области) и вольфрамовую лампу накаливания или галогенную лампу (в видимой и ближней ИК областях). Приемниками излучения служат фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и фотоэлементы (фоторезисторы на основе PbS). Диспергирующими элементами прибора являются призменный монохроматор или монохроматор с дифракционными решетками. Спектр получают в графической форме, а в приборах со встроенной мини – ЭВМ - в графической и цифровой формах. Графически спектр регистрируют в координатах: длина волны (нм) и (или) волновое число (см -1 )-пропускание (%) и (или) оптическая плотность. Основные характеристики спектрофотометров: точность определения длины волны излучения и величины пропускания, разрешающая способность и светосила, время сканирования спектра. Мини - ЭВМ (или микропроцессоры) осуществляют автоматизированное управление прибором и различную материальную обработку получаемых экспериментальных данных: статистическую обработку результатов измерений, логарифмирование величины пропускания, многократное дифференцирование спектра, интегрирование спектра по различным программам, разделение перекрывающихся полос, расчет концентраций отдельных компонентов и т. п. Спектрофотометры обычно снабжаются набором приставок для получения спектров отражения, работы с образцами при низких и высоких температурах, для измерения характеристик источников и приемников излучения и т.п.

На рисунках приведены две основные схемы спектрофотометров, измеряющих спектральный апертурный коэффициент отражения данного объекта относительно рабочего стандарта с известной спектральной характеристикой:

Измеряемый образец освещается белым светом. Монохроматор расположен в исходящем потоке. Для улучшения характеристик и точности измерений в современных спектрофотометрах также используются двойные монохроматоры

Измеряемый образец освещается монохроматическим светом.

Качественный анализ — совокупность химических, физико-химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Реакции должны быть как можно более селективны и высокочувствительны. Качественный анализ в водных растворах основан на ионных реакциях и позволяет обнаружить катионы или анионы. Основоположником качественного анализа считается Р.Бойль, который ввёл представление о химических элементах как о неразлагаемых основных частях сложных веществ и систематизировал все известные в его время качественные реакции.

Для определения присутствия веществ, анионов, катионов используются качественные реакции. Проведя их можно подтвердить однозначно их наличие. Эти реакции широко используются при проведении качественного анализа, целью которого является определение наличия веществ или ионов в растворах или смесях.

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.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Спектрофотометрия в химическом анализе.docx

Спектрофотометрия в химическом анализе

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:

где С-концентрация исследуемого вещества в процентах

в - толщина слоя вещества в сантиметрах

х - показатель поглощения раствора, концентрация которого равна единице

Д - оптическая плотность.

Определение оптической плотности проводят на фотоэлектрических спектрофотометрах.

Показатель поглощения х определяют на основе определения оптической плотности Д для растворов с известной концентрацией по формуле:

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 (1). Спектрофотометрическое определение проводится с использованием эталонов (стандартных растворов). Удельный показатель поглощения вычисляют на основе определений величины оптической плотности раствора по формуле:

Измерение оптической плотности раствора необходимо проводить при длине волны Хмах, которая соответствует максимальному поглощению света исследуемым раствором. При этом достигается наибольшая чувствительность и точность определения (Хмах находится экспериментально). Значение Хмах 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 по формуле:

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 (1) падает на зеркальной конденсор (2), который собирает его и направляет на плоское зеркало (3). Зеркало отклоняет пучок лучей на 900 и направляет его через линзу (4) во входную щель (5), через которую свет проникает на зеркальный объектив (6) который представляет собой сферическое зеркало.

От зеркального объектива параллельный пучок лучей попадает на кварцевую призму (7), которая разлагает его в спектр (диспергирует). Дисперсий пучок направляется обратно в объектив и фокусируется им на выходной щели (8), которая размещена под входной щелью. Вращая кварцевую призму, можно получать на выходе света различных длин волн. Длина волны зависит от угла

Монохроматические лучи, пройдя щель (8), кварцевую линзу (9) и светофильтр, который поглощает рассеянный свет (10), попадают в кювету с контрольным или исследуемым раствором (11). Здесь часть света поглощается, а лучи, прошедшие через раствор попадают на фотоэлемент (12).

Методика определения спектрофотометрии.

Включение прибора в сетку проводится согласно инструкции.

После включения осветителя (Л) 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 (1) 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 (4) установить на шкале (13) значение требуемой длины волны

Рукояткой (15) установить в рабочее положение фотоэлемент

Поставить переключатель (2) в положение "выкл." И закрыть фотоэлемент, поставить шторку (3) в положение "закр."

Рукоятку (5) держа светофильтры установить на указатель соответствующего светофильтры

Поставить рукоятку (6) 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 .

Скомпенсать темновой поток рукояткой грубо (7) и плавно (8) регулирования, подводя стрелку миллиамперметра (14) к нулю

Открыть фотоэлемент, поставить рукоятку (3) в положение "открыто".

Изменяя ширину щели вращения рукоятки (9), установить стрелку миллиамперметра на нулевое значение, более плавно это может быть сделано поворотом рукоятки потенциометра чувствительности (10)

Установить на пути излучения исследуемый образец, перемещая каретку с кюветодержачем рукояткой (11)

Поставить переключатель (2) в положение И поворотом рукоятки (12) отсчетного потенциометра, восстановить нулевое положение стрелки миллиамперметра. По шкале (16) этого потенциометра снять отсчет оптической плотности (верхняя шкала) или процента пропускания (нижняя шкала). Отсчет нужно сделать 3-4 раза, значение берется средний результат.

Сенов П.Л. Руководство к лабораторным занятиям по фармацевтической химии.

Максютина Н.П., Каган Ф.Е., Митченко Ф.А. и др. Методы идентификации лекарственных препаратов.

Крючкова Г.М., Любина А.Я., М.Э. Полеес. Руководство в практическим занятиям по технике лабораторных работ.

Фотометрические методы – это методы качественного и ко; личественного анализа, основанные на измерении интенсивности пропускания, поглощения или рассеяния инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения исследуемым веществом. К фотометрическим методам анализа относят атомно-абсорбционный анализ, фотометрию пламени, турбидлметрию, нефелометрию, люминесцентный анализ, спектроскопию отражения и молекулярно-абсорбционный фотометрический анализ.

1. Методы молекулярно-абсорбционного фотометрического анализа

В анализе древесины и технических целлюлоз для количественного определения компонентов или примесей, особенно малых количеств веществ, а также качественной характеристики и структурных исследований широко используют различные методы молекулярно-абсорбционного фотометрического анализа. Эти методы основаны на избирательном поглощении электромагнитного излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях молекулами определяемого компонента или его соединения с соответствующим реагентом. Вещества, поглощающие видимый свет, окрашены. Наблюдаемый цвет раствора окрашенного вещества является дополнительным к поглощенному. Бесцветные или слабоокрашенные вещества часто можно определить, добавив реагент, который образует с ними'интенсивно окрашенное соединение или соединение, поглощающее ультрафиолетовое излучение. Обычно используют реакции синтеза окрашенных соединений, а иногда реакции окисления-восстановления.

Молекулярно-абсорбционный фотометрический анализ включает спектрофотометрию, фотоколориметрию и визуальную фотометрию. В отличие от последней фотоколориметрия и спектрофотометрия являются инструментальными методами, в которых поглощение света измеряют с помощью приборов, снабженных фотоэлементами. Из этих методов рассматриваются фотоколориметрия и спектрофотометрия, применяемые для определения окрашенных веществ и веществ, поглощающих излучение в ультрафиолетовой области. В фотоколориметрических и спектрофотометрических методах измеряют поглощение излучения при определенной длине волны как функцию концентрации анализируемого вещества в растворе с последующим расчетом массовой доли компонента древесины, остаточного компонента в технической целлюлозе и др.

При использовании монохроматического излучения в случае разбавленных растворов оптическая плотность подчиняется основному закону светопоглощения – объединенному закону Бугера–Ламберта–Бера



где–оптическая плотность раствора; е – молярный коэффициент поглощения вещества, дм; с – концентрация поглощающего вещества, моль/дм 1 ; / – толщина поглощающего слоя, см.

Молярный коэффициент поглощения является характеристикой определяемого вещества, тогда как оптическая плотность – характеристикой отдельной пробы раствора.

В случаях, когда концентрацию поглощающего вещества в растворе невозможно выразить в моль/дм 3 , вместо молярного коэффициента поглощения используют так называемый удельный коэффициент и видоизмененную форму закона Бугера–Ламберта–Бера


где k – удельный коэффициент поглощения вещества, дм г -1 -см -1 .

Закон Бугера–Ламберта – Бера лежит в основе расчетов в фотометрических анализах. При / = const оптическая плотность раствора данного вещества прямо пропорциональна его концентрации. Это позволяет определять концентрацию растворов по градуировочным графикам, которые строят по значениям оптической плотности серии эталонных растворов различной концентрации. Также можно рассчитывать искомую концентрацию по молярным или удельным коэффициентам поглощения, установленным с помощью градуировочных графиков. В последнем случае оптическая плотность должна строго подчиняться закону Бугера–Ламберта–Бера. В первом случае допустимо отклонение градуировочного графика от линейной формы. Измерения оптической плотности можно производить при длинах волн, как соответствующих, так и не соответствующих максимумам спектров поглощения.

Спектрофотометрический метод применяют и для определения в растворах концентраций нескольких веществ при совместном присутствии. Оптическая плотность является аддитивным свойством и поэтому для смеси не взаимодействующих между собой компонентов она равна сумме оптических плотностей этих компонентов при одной и той же длине волны


Для раствора, содержащего з окрашенных или поглощающих УФ-излучение веществ, проводят з независимых измерений оптической плотности при з различных длинах волн л. Получают систему линейных уравнений, решая которую, находят концентрации содержащихся веществ.

В частном случае двухкомпонентных систем обычно замеряют оптические плотности при двух длинах волн, соответствующих максимумам спектров поглощения каждого из двух компонентов. Тогда получают систему двух уравнений


На принципе аддитивности оптической плотности основано введение поправок на растворитель и контрольное определение, когда при измерении оптической плотности раствора определяемого вещества вычитается оптическая плотность раствора сравнения.

Для измерения оптической плотности растворов в видимой области используют фотоэлектроколориметры, а для УФ и видимой области – спектрофотометры.

При работе с фотоэлектроколориметрами и спектрофотометрами, как и с любым другим физико-химическим прибором, сначала необходимо ознакомиться с прилагаемой к нему инструкцией и строго соблюдать ее во время работы.

В качестве растворителей следует использовать только такие, которые не поглощают света в данной области. Концентрацию рабочих растворов подбирают таким образом, чтобы измеряемое значение оптической плотности находилось в пределах 0,2…0,8. При высоких концентрациях интенсивность прошедшего излучения становится слишком малой и на измеряемую оптическую плотность оказывает влияние рассеянное излучение, что приводит к отклонениям от закона Бугера–Ламберта–Бера. Для получения растворов требуемых малых концентраций используют метод последовательных разведений, причем взвешивание растворов и растворителей дает меньшую ошибку, чем разведение по объему.

При очень низких концентрациях ошибка в показаниях прибора становится слишком большой по сравнению с определяемой величиной.

2. Построение градуировочных графиков

Градуировочные графики строят, пользуясь эталонными растворами чистых веществ. Для построения графика необходимо приготовить 5… 10 растворов с различной концентрацией эталонного вещества с таким расчетом, чтобы это число растворов охватило весь интервал, в пределах которого может изменяться концентрация определяемого вещества.

В мерные колбы вместимостью 25 см с притертыми пробками наливают с помощью пипеток различные объемы эталонного раствора определяемого вещества и соответствующие реагенты согласно методике анализа, затем разбавляют до метки водой, буферным раствором или другим соответствующим растворителем и хорошо перемешивают.

При построении градуировочных графиков необходимо подбирать концентрацию раствора и толщину кюветы таким образом, чтобы крайние значения оптической плотности составляли от 0,05 до 1,5. Измерение оптической плотности ниже 0,05 и выше 1,5 приводит к значительному увеличению ошибки измерения.

Значения оптической плотности полученных разбавленных эталонных растворов измеряют в порядке увеличения их концентрации в фотоэлектроколориметре с соответствующим светофильтром или в спектрофотометре при соответствующей длине волны. В качестве раствора сравнения используют раствор, составляемый в соответствии с методикой анализа, но без определяемого вещества. Реагенты, не поглощающие излучения в данной области спектра, в раствор сравнения можно не добавлять. Измеряют оптические плотности трех параллельных проб всех приготовленных разбавленных эталонных растворов с различной концентрацией определяемого вещества. По полученным данным на миллиметровой бумаге строят график. Для, получения наиболее точного графика следует пользоваться методом наименьших квадратов. По оси абсцисс откладывают концентрацию вещества в растворе в граммах, милли- или микрограммах в 1 дм' или 1 см' раствора, а по оси ординат – значения оптической плотности.

Градуировочный график также можно построить, пользуясь эталонными растворами, приготовленными из различных навесок чистого вещества в определенном объеме растворителя. При разбавлении эталонного раствора его определенные порции можно не отмерять пипетками, а отвешивать на аналитических весах.

Градуировочные графики необходимо периодически проверять – при смене реагентов и для нового прибора.

3. Хромофоры органических соединений и применение методов фотоколориметрии и спектрофотометрии в анализах древесины и целлюлозы

Поглощение видимого и УФ-излучения органическими соединениями обусловлено переходами электронов в молекулах, переводящими их в возбужденное состояние. Практическое значение имеют переходы электронов р-связей р* и п-электронов неподеленных пар гетероатомов п->-лЛ так как им соответствуют длины волн, попадающие в рабочий интервал приборов. Полностью насыщенные соединения не проявляют избирательного поглощения ни в видимой, ни в доступной для измерений части УФ-области. Соединения, содержащие одну двойную связь, поглощают свет в дальней УФ-области при длинах волн менее 200 нм. Сопряженные двойные связи вызывают поглощение при больших длинах волн, причем чем длиннее цепь сопряжения, тем при большей длине волны наблюдается поглощение. При достаточно большой длине цепи сопряжения поглощение переходит в видимую область. 'Смещению максимума поглощения в сторону более длинных волн способствуют ароматические и гетероциклические фрагменты, а также электронодонорные группы, содержащие у гетероатома неподеленные пары электронов.

Вся сопряженная система в органическом соединении называется хромофором. От строения хромофора зависит длина волны, соответствующая максимуму поглощения в спектре. Введение заместителей вызывает смещение полосы поглощения и изменение его интенсивности. В зависимости от непосредственного окружения хромофора максимум его поглощения может сдвигаться либо в сторону более длинных волн, либо в сторону менее длинных волн .·

Основными типами хромофоров в органических соединениях служат: диеновые и полиеновые системы; карбонильные группы, сопряженные с двойными связями; бензольные кольца, особенно сопряженные с другими хромофорами; хиноны; ароматические гетероциклические системы, в том числе фуран и его производные. Следует заметить, что у бензольных колец, сопряженных с дополнительными хромофорами, положение максимумов поглощения и их интенсивность колеблются в широких пределах. Вещества, не способные к поглощению, можно определить спектрофотометрически или фотоколориметрически, добавив реагент, образующий с определяемым соединением поглощающий комплекс или хромофорную систему.

Макромолекулы целлюлозы и других полисахаридов не содержат хромофоров и поэтому не поглощают свет ни в видимой, ни в УФ-области. То же самое относится к продуктам их гидролиза, моносахаридам. Однако моносахариды дают многочисленные цветные реакции с различными реагентами с образованием окрашенных продуктов, пригодных для фотоколориметрического или спектрофотометрического определения. Обычно цветная реакция обусловливается образованием из моносахарида фуранового цикла, который и дает окрашивание.

В противоположность углеводам лигнин, имеющий ароматическое строение, поглощает УФ-излучение. В спектре лигнина имеются интенсивный максимум поглощения в области длин волн 203…208 нм, четко выраженное плечо около 230 нм и характерный, но менее интенсивный по сравнению с первым максимум в области 280 нм у лигнинов хвойных древесных пород и при 275…278 нм – у лигнинов лиственных древесных пород. Интенсивность поглощения у лиственных лигнинов ниже, чем у хвойных. Спектр лигнина представляет собой сумму накладывающихся друг на друга полос поглощения различных хромофоров, входящих в макромолекулы лигнина: бензольных колец, содержащих фенольные гидроксильные группы; сопряженных с бензольным кольцом карбонильных групп и двойных связей; дифенмльных структур; группировок хинонов и метиленхинонов и др.

Различные химические обработки лигнина, в том числе варочными агентами в процессах получения из древесины техническнх целлюлоз и других волокнистых полуфабрикатов, за исключением действия окислителей и щелочей в жестких условиях, не затрагивают основных хромофорных группировок. Это позволяет использовать УФ-поглощение лигнина для его количественного определения в технических целлюлозах, в сульфитных и сульфатных варочных растворах в ходе делигнификации, в отработанных щелоках, а также в кислых фильтратах при определении лигнина Класона.


Применяемые в анализе древесины и технических целлюлоз и включенные в данное учебное пособие методы фотометрического анализа условно можно подразделить на следующие группы.

1. Прямой анализ методом поглощения в УФ-области. К этой группе относятся: методы спектрофотометрического определения кислоторастворимого лигнина в фильтратах, получаемых при определении лигнина в древесине и остаточного лигнина в технических целлюлозах гидролизом с концентрированной серной кислотой; определение остаточного лигнина в технических целлюлозах спектрофотометрическим методом в кадоксене; определение фурфурола спектрофотометрическим методом при анализе технических целлюлоз на остаточные пентозаны. Спектрофотометрию в УФ-области можно также использовать для количественного определения лигнина, содержащегося в древесине, растворением ее в ацетилбромиде.

2. Прямой анализ методом свефороглощеиия в видимой области. Этот метод в химии древесины и целлюлозы применяется сравнительно редко. К этой группе относится фотометрическое определение таннинов в водных экстрактах, извлеченных из древесины или коры.

3. Измерение поглощения в видимой области продуктами реакций с определяемым веществом. Эта группа, методов включает: фотоколориметрическое определение фурфурола с орсином при определении пентозанов в древесине и остаточных пентозанов в технических целлюлозах; фотоколориметрическое определение моносахаридов при анализе гидролизатов легко- и трудногидролизуемых полисахаридов древесины методом хроматографии на бумаге.

4. Спектрофотометрический анализ многокомпонентных систем – определение с отолуидиновым реагентом галактуронана, пентозанов и гекспзанов в пектиновых веществах, извлеченных из древесины. Спектрофотометрический анализ многокомпонентных систем можно также использовать для определения лигнина в растворах в присутствии углеводов, измеряя поглощение при двух длинах волн р для определения остаточных пентозанов в технических целлюлозах но фурфуролу с поправкой на гидро-ксиметплфурфурол.

5. Определение цункииональных групп в технических и окисленных целлюлозах с применением или получением в ходе анализа органических красителей. К этой группе методов относятся определение восстанавливающих карбонильных групп по реакции их с хлоридом 2. 3,5 – трифенил-тетразолпя с фотоколорнметрическнм определением образующегося красителя – формазана и определение карбоксильных групп фотоколориметрическим измерением связанного основного красителя – метилепового голубого.

Читайте также: