Г. Кристиан - Аналитическая химия, том 2 (1108738), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Если бы, наоборот, поглощала анионная форма, отклонение было бы отрицательным. Аналогичные рассуждения применимы к окрашенным (поглощающим) комплексам ионов металлов (в частности, хелатам) в отсутствие большого избытка комплексообразующего реагента, так как в таких системах степень диссоциации также увеличивается по мере разбавления. Иногда ситуацию чрезвычайно сложно предсказать, так как комплекс может диссоциировать последовательно, образуя другие комплексы, которые могут поглощать, а могут и не поглощать при данном значении длины волны. На эти равновесия также влияет значение рН.
Кажущиеся отклонения могут также возникать в том случае, если вещество способно существовать и в виде димера, и в виде мономера. Положение равновесия опять же зависит от концентрации. Примером служит поглощение метиленового голубого, которое демонстрирует отрицательное отклонение при высоких концентрациях красителя.
Самый лучший способ минимизировать эти обусловленные химическими факторами отклонения от закона Бера состоит в использовании соответствующих буферных растворов, добавлении большого избытка комплексообразующего реагента, подборе определенной ионной силы раствора и т. д. Построение градуировочного графика во всем диапазоне измерений позволяет нивелировать большинство отклонений.
Если поглощают обе частицы, участвующие в химическом равновесии, и их спектры частично перекрываются, длина волны, при которой кривые поглощения пересекаются, называется изобестической точкой; молярные коэффициенты поглощения обеих частиц в этой точке равны (рис. 16.28).
Приведенные на этом рисунке спектры записаны при разных значениях рН, чтобы нивелировать влияние среды, приводящее к сдвигу равновесия. Влияние рН можно устранить, если проводить измерения в изобестической точке, но следует отметить, что чувствительность в этом случае будет ниже. В сильнокислом или сильнощелочном растворе преобладает один вид частиц, поэтому измерения в таких условиях более чувствительны. Для двухкомпонентной системы, в которой обе поглощающие частицы находятся в равновесии, все кривые поглощения пересекаются в изобестической точке (где одно и то же значение е). Наличие изобестической точки — это необходимое (но не достаточное) условие для утверждения, что в равновесии участвуют только два вида частиц с перекрывающимися спектрами.
Если закону Бера подчиняются растворы обоих видов частиц, спектры поглощения любой равновесной смеси этих двух частиц пересекаются при фиксированном значении длины волны. 16.14. ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ЗАКОНА БЕРА РИС. 16.28 0,95 Положение изобествческой точки для бромтимолового голубого (501 пм): А — рН 5,45;  — рН 6,95; С вЂ” рН 7,50; 17 — рН 11,60 Ф 0,80 й~ 0,50 о а 0,20 О,О1 400 450 500 550 600 650 700 Длина волны, нм Инструментальные факторы В основе закона Бера лежит предположение о монохроматичности применяемого излучения.
Но выше уже говорилось о том, что из излучения с непрерывным спектром невозможно выделить строго монохроматическое излучение. В действительности есть полоса излучения, ширина которой зависит от диспергирующего элемента и ширины щели. В спектре поглощения излучение с различными длинами волн поглощается в разной степени, т. е. коэффициент поглощения изменяется с длиной волны. При длинах волн, соответствующих достаточно широкому максимуму в спектре, излучение в пределах всей полосы будет поглощаться в приблизительно одинаковой степени. Однако на крутом участке спектра это не так. Наклон полосы спектра увеличивается по мере увеличения концентрации, в результате степени поглощения излучения с разными длинами волн могут изменяться, особенно при наличии дрейфа в настройках прибора во время измерений.
По этой причине наблюдается отрицательное отклонение зависимости поглощения от концентрации. Чем круче наклон полосы спектра, тем зто отклонение сильнее. Так, различно окрашенные формы индикатора 1например, красная и желтая формы метилового оранжевого), находящиеся в равновесии, часто имеют в спектрах изобестическую точку, подтверждая тем самым, что две и только две окрашенные частицы участвуют в равновесии.
Наличие изобестической точки не означает, что присутствуют только два компонента. Может быть третий компонент с 8 = О для данной длины волны. В то же время отсутствие изобестической точки надежно указывает на присутствие третьего компонента при условии, что отклонение от закона Бера в двухкомпонентной системе можно не учитывать. В двухкомпонентной системе изобестическая точка †это единственноезначениедлинывол,котороепригоднодляколичественного определения общего содержания двух поглощающих частиц, находящихся в равновесии. ГЛАВА 1В. МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОМЕГРИИ Очевидно, что измерения следует проводить, если это возможно, в максимумах пиков поглощения; при этом минимизируется описанное выше отклонение и достигается максимальная чувствительность.
При переходе от одного прибора к другому в зависимости от разрешения, ширины щели и формы максимума поглощения наблюдаемый коэффициент поглощения при данной длине волны может изменяться. Таким образом, не следует полагаться на литературные данные о величине е, правильнее проверять коэффициент поглощения и линейность градуировочной зависимости на своем спектрометре.
Обычно строят градуировочный график зависимости оптической плотности от концентрации, а не полагаются на прямые вычисления концентрации по закону Бера. При наличии посторонних поглощаюгдих частиц, спектр поглощения которых перекрывается со спектром анализируемого вещества, зависимость общей оптической плотности от концентрации аналита может оказаться нелинейной. Это обстоятельство можно учесть, добавляя в стандартные образцы для построения градуировочного графика мешающее соединение в соответствующей концентрации. Однако нужно учитывать, что этот метод пригоден только в том случае, если концентрация примеси постоянна и относительно невелика.
В противном случае необходимо анализировать образец как смесь (см. выше). Другие инструментальные факторы, которые могут вносить свой вклад в отклонения от закона Бера, — это постороннее излучение, попадающее в монохроматор и детектор, внутреннее отражение в монохроматоре и неодинаковая толщина кювет, используемых для разных растворов аналита или в двухлучевом спектрометре (когда поглощение растворителя или раствора сравнения достаточно велико). Постороннее излучение (любое излучение, которое не поглощается образцом или находится вне выбранной полосы длин волн) — наиболее распространенная причина отрицательных отклонений от закона Бера — становится особенно значимым при высоком поглощении. В соответствии с законом Бера интенсивность падающего на детектор света стремится к нулю при бесконечно большой концентрации (весь свет поглощается).
Но это невозможно, если на детектор падает постороннее излучение. Шум, возникающий от такого излучения, также вносит существенный вклад в инструментальную погрешность при высоком поглощении. Излучение, которое не взаимодействует с образцом, может возникать из-за утечек излучения в приборе, из-за рассеяния света на оптических деталях или самом образце. Ложные сигналы, эквивалентные 0,1ВВ пропускания, приводят к погрешности в 0,4'А для образца с оптической плотностью, равной 1.
Можно перечислить и еще несколько химических и инструментальных факторов, приводящих к нарушениям линейной зависимости при измерениях оптической плотности: образование водородных связей, взаимодействие с растворителем, нелинейность характеристик детектора и электроники, непараллельность излучения и высокий уровень сигнала (насыщение). На результаты количественного анализа может также влиять непостоянство толщины кюветы. Это достаточно серьезная проблема, особенно в ИК-спектрометрии, где используются кюветы с прокладками. Пузырьки воздуха могут вли- 16.15.
ФЛУОРИМЕТРИЯ ять на длину оптического пути и вызывать рассеяние света, поэтому их очень важно удалять, особенно в кюветах для ИК-области спектра. 16.15. Флуориметрия Флуориметрический анализ характеризуется исключительной чувствительностью и широко используется в биохимии, клинической химии и аналитической химии в целом. Сущность явления флуоресценции Когда молекула поглощает электромагнитное излучение, его энергия обычно рассеивается в виде теплоты, т. е.
молекула дезактивируется в результате столкновений. Однако некоторые молекулы (-5 — 10%), особенно при поглощении высокоэнергетического излучения (УФ-излучения), через столкновения теряют только часть энергии, другая же ее часть превращается в испускаемое излучение: электрон переходит обратно на основной уровень и при этом испускается фотон с меньшей энергией (большей длиной волны), чем поглощенный фотон.
Обратимся к рис. 1б.29. При комнатной температуре молекула обычно находится в основном состоянии. Основное состояние, как правило, является сннглетным (Юс): все электроны спарены. Спаренные электроны, занимающие одну молекулярную орбиталь, име- -н Колебательная релаксация (-1О с) тояние РИС. 16.29. диаграмма энергетических уровней; указаны процессы поглощения, релаксации и их скорости ГЛАВА 16. МЕГОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕК1РОМЕТРИИ ют противоположные спины. Если два электрона имеют одинаковые спины— они являются неспаренными, а молекула находится в триплетном состоянии. Термины «синглетное» и «триплетное» характеризуют мультиплетпость состояния молекулы. Процесс, приводящий к испусканию фотона в результате флуоресценции, начинается с поглощения фотона (на это требуется 10-м с) молекулой флуоресцирующего соединения, в результате чего происходит возбуждение электрона на уровень с более высокой энергией (возбужденное состояние).
Для молекул большинства органических соединений при комнатной температуре это поглошение соответствует переходу с нижнего колебательного уровня основного состояния на один из колебательных уровней первого или второго возбужденного электронного состояния той же мультиплетности (бп б ). Расположение колебательных и вращательных уровней на высших электронных состояниях порождает спектр поглощения молекулы. Если осуществился переход на более высокое состояние, чем Юп то происходит быстрая внутренняя конверсия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
