FotometriaMennyiségi elemzés

A spektrofotometria módszerét mennyiségi elemzésre az ultraibolya és az infravörös tartományban egyaránt felhasználjuk. Míg az utóbbi tartományban analitikai szempontból a minőségi azonosítás dominál, az előbbinél a mennyiségi módszerek terjedtek el.Minden fényelnyelésen alapuló mennyiségi meghatározás alapja a Lambert-Beer-törvény.A fény oldaton való áthaladása közben számos kölcsönhatásnak van kitéve: egy része reflektálódik a felületen, az oldat belsejébe hatolva fényabszorpció és szóródás következtében csökken az intenzitás, a fennmaradó rész pedig változatlanul áthalad.A spektrofotometriás mérés során csak az elnyelésből származó intenzitáscsökkenéssel foglalkozunk, mivel ebből lehet az anyag koncentrációjára következtetni.Fotometriában a vizsgálandó színes oldat fényelnyelését mérjük, s ebből következtetünk a koncentrációjára.A színes anyagok az oldaton áthaladó fény intenzitását csökkentik, mert az oldatban levő molekulák a fény egy részét abszorbeálják. Csak bizonyos hullámhosszúságú, energiájú fénykvantumokat nyel el az anyag, ezt a fényt abszorbeálja legnagyobb mértékben.Az egyes anyagok fénykioltása tehát függ az alkalmazott fény hullámhosszától, ezért a mérést egyszínű (monokromatikus) fénnyel végezzük. A hullámhossz (szín) változtatása színszűrő közbeiktatásával történik.Célunk a maximális abszorpció elérése, mert a legnagyobb mértékű abszorpció teszi lehetővé a mérési eljárás legnagyobb pontosságát. Kirekesztjük azt a hullámsávot, melynél a fényelnyelés kismértékű. A legerősebb elnyelt szín mindig az oldat színének kiegészítő színe, ezért vörös színű oldathoz pl. zöld színszűrőt használunk.

Lambert – Beer – törvény

Az abszorbeáló közegben létrejövő intenzitáscsökkenésből kvantitatív következtetéseket vonhatunk le, ha figyelembe vesszük az intenzitáscsökkenésnek egyrészt az átvilágított réteg vastagságától, másrészt az oldat koncentrációjától való függését.A rétegvastagságtól való függést Írja le a Lambert-törvény, amely szerint valamely differenciális dl vastagságú rétegben bekövetkező dI/I relatív intenzitáscsökkenés arányos dl-lel:

dI/I = - βn dl

Ha az integrálás véges l vastagságú rétegre elvégezzük, és a belépő fény intenzitását I0-lal jelöljük, a kilépő fény intenzitása:

I = I0e-βnl,

Az egyenlet átrenedezve, és áttérve a tízes alapú logaritmusra

lg I0/I = βl,

1

ahol β a Bunsen – féle extinkciós modulus, β = 0.434 βn, I0 a beeső fény intenzitása; I pedig az intenzitás l vastagságú rétegen való áthaladás után.

A β számértéke annak a rétegvastagságnak a reciprok értékével egyenlő, amelyen áthaladva a fényintenzitás az eredeti tizedére csökken. A lg I0/I értéket extinkciónak (E) nevezzük.

A koncentrációtól való függést a Beer-törvény fejezi ki, az extinkciós modulus arányos a koncentrációval, feltéve, hogy hígítás alkalmával az oldott anyag nem megy át molekuláris változáson:

β = ε c ,

Ahol ε az extinkciós koefficiens; ha a c koncentrációt mol/l-ben fejezzük ki, akkor a moláris extinkciós koefficiens.

Az extinkciós koefficiens annak a valószínűségnek a mértéke, amellyel a fotonokat az útjukba eső molekulák elnyelik. A fotonok száma arányos a fény intenzitásával.Az extinkciós koefficiens az anyagi minőségre jellemző állandó, független a koncentrációtól.

Az extinkciós koefficiens az anyag minőségén és állapotán kívül általában a fény hullámhosszának a függvénye. Azok az anyagok, melyeknek az extinkciós koefficiense a színkép látható részében (λ = 400 – 800 nm) állandó, színtelenek ( fehérek, szürkék, feketék), azok viszont, amelyeknek extinkciós koefficiense egy vagy több hullámhosszra nagyobb mint a többire (vagyis, amelyek a különböző színű fényt különböző mértékben abszorbeálják) , színesek.

A Lambert-Beer törvényt tehát a következőképpen írhatjuk fel:

E = lg I0/I = ε c l

Analitikai szempontból az extinkció értékének használata előnyös, mivel lineárisan változik a koncentrációval.

Az I/I0 viszonyt áteresztésnek, (transzmissziónak) T nevezzük. Ennek értéke 0 és 1 (vagyis 0 és 100 % ) között változhat. Abban az esetben ha a fény az oldaton áthaladva teljes mértékben abszorbeálódik a transzmisszió értéke 0% -ék.

2

A transzmisszió negatív logaritmusa az extinkció:

T = I/ I0 ; E = - lg T

Ha nincs tükrözési veszteség, az áteresztés és az abszorpció ( A ) összege :

T+A = 1

Az oldat által abszorbeált fénynek a mennyisége közvetlen kapcsolatban van az oldat koncentrációjával, vele egyenesen arányos. Mivel az abszorbeált és az áteresztett fény mennyisége között a következő összefüggés áll fenn,

A = - lgT

ezért az abszorbeált fény mennyiségéből következtetni tudunk az oldat ionkoncentrációjára:

A = ε c l

3