Почвенный мониторинг
Организация почвенного мониторинга в РФ
Определение органического вещества
Фотометрический анализ. Характеристика метода
Любое вещество поглощает и отражает электромагнитное излучение. Вещества, поглощающие излучение с длинами волн 400 – 760 нм (видимый свет), окрашены. Наряду с поглощением и отражением видимого света для анализа часто используют поглощение излучения в ультрафиолетовой (200 – 400 нм) и инфракрасной (0,8 – 25 мкм) областях спектра. Характер и величина поглощения и отражения света зависят от природы веществ и концентрации его в растворе. Это и используют для качественного и количественного анализа оптическими методами, в частности методами светопоглощения (Алесковский В.Б. и др., 1971).
Фотоколориметрия. Фотоколориметрический анализ (молекулярная абсорбционная спектроскопия) относится к оптическим методам анализа. Фотоколориметрический метод основан на способности вещества поглощать электромагнитное излучение оптического диапазона.
Поглощение квантов hn электромагнитного излучения оптического диапазона молекулой или ионом обусловлено переходом электронов на орбитали с более высокой энергией. Каждая молекула обладает определенным набором возбужденных квантовых состояний, отличающихся значением энергии, поэтому интенсивно поглощаются те кванты света, энергия которых равна энергии возбуждения молекулы. Характер поглощения зависит от природы вещества, на этом основан качественный анализ.
За формирование аналитического сигнала ответственными являются в основном d ® d*- и p ® p*- переходы.
d ® d*- переходы характерны для аква-ионов и некоторых комплексных соединений d-элементов с неполностью заполненными d-орбиталями. p ® p*- переходы свойственны молекулам органических соединений и обеспечивают их окраску (Моржухина и др., 2007).
Основные величины, характеризующие светопоглощение. Если пропустить через слой вещества (в частном случае раствора) пучок света с интенсивностью I0, то после прохождения через этот слой его интенсивность уменьшится до It. Обычно потерями излучения вследствие отражения можно пренебречь и тогда отношение
(1)
характеризует пропускание (поглощение) света. Величина пропускания T может изменяться от 0 до 1. Иногда эту величину выражают в процентах. Если величина T отнесена к толщине слоя в 1 см, то она называется коэффициентом пропускания.
Поглощение излучения можно характеризовать величиной оптической плотности D:
(2, 3)
Величина оптической плотности может принимать любые положительные значения (от 0 до ¥).
Основной закон светопоглощения. В соответствии с основным законом светопоглощения – законом Бугера – Ламберта – Бера – между поглощением излучения раствором и концентрацией в нем поглощающего вещества существует зависимость
(4)
где С – концентрация вещества, поглощающего свет, моль/л; l – толщина слоя раствора, поглощающего свет, см; e – молярный коэффициент погашения.
Величина e зависит от природы вещества, поглощающего свет, от выбранной длины волны и температуры.
Используя уравнение (1), можно уравнение (4) преобразовать в следующее:
(5)
С учетом уравнения (2) получим
(6)
т.е., если светопоглощение раствора подчиняется закону Бугера – Ламберта – Бера, то оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации вещества в растворе. В этом случае график зависимости оптической плотности от концентрации выражается прямой линией, идущей от начала координат (рис. 1).
Закон Бугера – Ламберта – Бера справедлив только для монохроматического излучения в средах с постоянным показателем преломления. При изменении концентрации вещества в растворе не должно происходить химических превращений (полимеризации, конденсации, гидролиза, диссоциации и т.д.). С изменением температуры молярный коэффициент погашения изменяется сравнительно мало.
Рисунок 1 – Калибровочный график