М.И. Булатов, И.П. Калинкин - Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа, страница 7

(93. 32 зование продукта реакции МВ'к '" минимальной наблюдаемой концентрации. Константа диссоциации (нестойкости) продукта реакции выражается уравнением [м"к)[в [ [мв"- ) =к (8) которое можно преобразовать следующим образом: [мв — ) [в-) [мн+)+ [ыв~к-1н] = д+ [в-] (9) При вычислении чувствительности этой реакции следует принять во внимание, что концентрация МВ'" "+ равна величине С в уравнении (6). Знаменатель в левой части уравнения (9) равновелик минимальной начальной концентрации М'*, при которой воаможно наблюдение продукта реакции и которую можно обозначить через С„'„,.

Поэтому уравнение (9) можно переписать в следующем виде: [в ) екав )С К+ [В ) откуда [8) * Чувствительность фотометричееиих методов определения целого ряда элементов ем. а Приложении иа етр 27( сл. 3 эвквв ~ьте. )3 кЖ4[В ]) ([9) Зная константу диссоциации К окрашенного соединения и концентрацию избытка реактива, можно более точно рассчитать чувствительность цветной реакции. Если [В ) )) К, то уравнение (10) превращается в более простое уравнение (6). Как известно, чувствительность реакции характеризуется не только минимальной концентрацией, но и оогкрыеаемым минимумом, т.

е. наименьшим количеством вещества, которое может быть еще обнаружено данным реактивом при определенных условиях наблюдения продуктов реакции [8, 9). Гинзбург и Лурье [10), а также Сендел [11) показали, что чувствительность цветной реакции однозначно выражается числом микрограммов (1 мкг== 1 10 ' г) определяемого элемента, превращенного в окрашенное соединение, которое в слое раствора с поперечным сечением 1 ем' показывает оптическую плотность, равную 0,001 (условная чувствительность цветной реакции) *. В табл.

4 [11) в качестве примера приведены условные чувствительности некоторых методов определения меди и никеля. В большинстве чувствительных цветных реакций обнаруживаемый минимум при спектрофотометрических и фотоколориметрических определениях находится в пределах 0,01 — 0,001 мкг!смв.

Во многих работах чувствительность выражают в мкг!мл, хотя без указания толщины поглощающего слоя такая характеристика не является объективной. ннг Чувотовтельноогь, —, ' ом* (в он»бааз унаоана ллвна волны) Применяемый реагевт <о скобках унааан рант»о»атель) Са«+ Дитизоя (СС1«, СНС)з) Дизтилдитиокарбамиват (СС)4, СНС)») Салицилальдоксим (амилацетат), 0,0022 (533 нл) 0,0040 (436 нм) 0,0008 (344 нл) )9[2+ лАарп т=-5 10» е Диметялгляоксем+окислитель Диэтилдитиокарбамниат (изоамиловый спирт) (хлороформ) 0,0042 (445 нл) 0,010 (390 ня) 0,0019 (325 нм) (14) з)т 10» лУА т Т) о = — = — нА ° 10« » в (13) 3* Таблица 4 Условная чувствительность некоторых колориметрических методов определения меди и никеля [П) В то же время в некоторых методических работах чувствительность цветной реакции обычно оценивают, исходя из воспроизводимости предлагаемого аналитического метода, В связи с гтим, очевидно целесообразно (12, 1Я использовать две различные характеристики цветной реакции, одна из которых рассмогпрена выше и определяется лишь интенсивностью окраски соответствующего соединения (условная чувствительность цветной реакции: т/з, где т — наименьшее количество определяемого вещества, мкг; з — эффективное сечение кюветы, см'), а вторая учитывает погрешности конкретного метода анализа (определяемый минимум т — мкг).

Для расчета т)з и т в уравнении (6) следует заменить С (в г-мол)'л) ее значением (14): т 10» нУА где и — число атомов определяемого элемента, входящих в молекулу поглощающего свет соединения; И вЂ” конечный объем раствора, мл; А — атомный вес элемента. Следовательно, Учитывая, что КЛ = з и решая уравнение (11) относительно т и тlз = а получаем соответственно: т= — лА 10» йв е Если Р— минимальное допустимое значение оптической плотности, то уравнения (12) и (13) позволяют рассчитать наименьшее количество определяемого вещества.

Значения условной чувствительности о могут быть использовавы при описании новых реагентов или сравнении реагентов друг с другом (см. стр. 271 и [11[), зиачения определяемогомияимумат при изложеяии конкретных методов анализа см. яа стр 236. При расчете минимума т необходимо исходить из того, что величина Р в уравнении (12) определяется погрепгностью анализа, которая характеризуется обычно при помощи стандартного отклонения Яп (средней квадратичной ошибки). Принимая Р„„, = 5Я (стр.

236) и подставляя его в уравнение (12), получим: Из уравнений (12) и (14) видно, что сник«ение определяемого минимума достигается, с одной стороны, увеличением молярного коэффициента погашения, а с другой — уменьшением эффективного сечения кюветы, наименьшего допустимого значения оптической плотности Р„„, и случайных погрешностей определения Яп. Первый путь связан с использованием монохроматоров или узкополосных светофильтров, для которых е =е„„, (где г — средний молярный коэффициент погашения, зависящий от характеристики используемого светофильтра) и с поисками новых высокочувствительных реактивов. Молярные коэффициенты погашения наиболее интенсивно окрашенных соединений, как правило, не превышают 100 000 — 120 000 и, следовательно, возможности увеличения чувствительности на этой основе принципиально ограничены.

Однако значительная часть окрашенных комплексных соединений, используемых в спектрофотометрни, имеет молярные коэффициенты на 1 — 1,5 порядка ниже предельных величин и поэтому возможности уменьшения определяемого минимума с помощью новых высокочувствительных реагентов еще не исчерпаны. Вместе с тем разрабатываются методики, которые позволяют получить «эффективные» молярные коэффициенты погашения значительно выше 100000, Это можно проиллюстрировать на примере определения субмикроколичеств (10 ' г) фосфат-иона, предложенного Пестом и др.

(15 — 17). Принцип метода заключается в применении «усилительной реакцигг» (ап)р[П[са1юп геас(юп), в которой исходный определяемый пон является ответственным за образование нескольких других ионов того же самого или иного вещества, Авторы получали в вод))ок растворе фосфомолибдат-ион 12МоО, РО», который отделялся от избытка молибдата экстрагированием гетерополикислоты в бутацол-хлороформ, Затем фосфомолибдат-ион реэкстрагировали в аммпачный оуферный раствор, где он разрушался и молнбдат-ионы определяли с помощью реактива Киркбрайта и Джойса [17]— 2-амипо-4-хлорбензолтиола. При этом образовывалось 12 сильно поглощающих молекул молибденового комплекса на каждый первоначальный фосфат-ион. Таким образом, «эффективный» молярный коэффициент погашения для фосфат-иона становился равным 360000 [15, 18].

Если следы определяемого иона могут слуя'ить катализатором какой-либо реакции [18 — 21], продукты которой окрашены, то чувствительность такой «кинетохроматической спектрофотометрип (фотоколориметрии)» — «Ыпе[ос]ьгош]с зрес[ гор]ьо1оше[ту» может быть повышена во много раз за счет высоких значений ()100 000) «кинетохроматических коэффициентов погашения» ]18), Например, реакция между цирконием и индикатором ксиленоловым оранжевым Н« г'» в солянокислой среде протекает медленно с образованием красного комплекса (2: 1): медленна 2Х«0»ь+Н«у»» Ег»у«+2Н О В присутствии некоторых ионов — арсенатов, фторидов, фосфатов и в меньшей степени сульфатов реакция между попом металла и реактивом ускоряется и красный комплекс образуется намного быстрее. Можно подобрать условия, при которых не катализируемая реакция протекает только до ограниченного предела, а каталитическая реакция будет нротекать с приемлемой скоростью и можно будет измерить количественно эффект катализа, При этом соблюдаются следующие соотношения для арсенат-, фторид-, фосфат- и сульфат-ионов арсенат: нсвленеловый оранжевый: ~1нрнокнй 1: 1: 8 фторнд: ксвлеволовый оранжевый: цирконий 1: 4: 8 фосфат: нснленозезый оранжевый: цирконий 1: 8: 16 сульфат: нснленолезый оранжевый: цирконий 1: 2: 4 Отсюда видно, что как арсенат-ион, так и фторид-ион катализируют образование четырех хелатных молекул циркония, тогда как фосфат-ион — образование 8 молекул.

Микроколичества фосфат-, арсенат-, фторид- и сульфат- ионов образуют с ионом циркония лабильные комплексы, которые могут реагировать с лигандом более быстро, чем устойчивые к замещению полимерные молекулы циркопила, обычно существующие в слабокислых растворах, На основе этих кинетохроматических реакций были найдены «кинетохроматическпе коэффициенты погашения» для арсенат-иона (200 000), фторидмона (200 000), фосфат-иона (400 000) и сульфат-иона (40 000). Описанные системы просты в исполнении, высокоизбирательны и на порядок (до 6 ° 10 г моль при 1 = 1 см) чувствительнее, чем любая прямая спектрофотометрическая методика для этих ионов [18!.

Используя каталитическое действие диэтилдитиокарбамината меди на обесцвечивание иод-азидных растворов при Л = 420 нм, А К, Бабко и др, [21] предложили методику определения следов меди (до 0,06 мкг) Максимальное значение молярпого коэффициента погашения е„е,„диэтилдитиокарбамината меди равно 12 800, а условный молярный коэффициент погашения каталитнческой реакции е„— 3,4 10' при Л =- 420 км, т, е.

е, в 50 раз больше ен„и во столько же раз чувствительность определения меди по иод-азидной реакции больше, чем с диэтилдитиокарбаминатом. Второй путь повышения чувствительности связан с усовершенствованием аналитической методики, аппаратуры и техники измерений, Уменьшение площади поперечного сечения кювет в сочетании с экстракционным концентрированием микропрнмесей позволяет значительно уменьшить открываемый минимум [8, 9, 12, 13], В литературе описано большое число микрокювет различной конструкции [8, 13, 14, 22 — 39], эффективное сечение которых па 1 — 3 порядка меньше, чем у обычных кювет, В табл, 5 представлены основные характеристики некоторых моделей, Если г = 10 ' см', а условная чувствительность реакции а = = 0,01 мкг/см», то т =- аг = 10 4 мкг =-- 10 " г, т.

е. применение мпкроспектрофотометрии позволяет определять субмикрограммовые количества примесей. В литературе описан ряд микроспектрофотометров на основе микроскопов и монохроматоров, специально предназначенных для кювет малого объема [29 — 32] и в большинстве случаев для малых толщин поглощающих слоев Во многих конструкциях [30 — 32, 39) кювету устанавливают на предметном столике микроскопа, в котором на месте окуляра помещены фотоумножитель или фотосопротивление, Отечественной промышленностью выпускается микроспектрофотометр МУФ-5 с автоматической записью спектра в ультрафиолетовой и видимой областях, Помимо этого освоен выпуск приставок ПМО к спектрофотометрам СФ-4, СФ-4А, СФД-2, позволяющих уменьшить поперечное сечение пучка света до 5,76 ° 10 см (2,4 Х вЂ” »» х 2,4 мм).