Kol

ory

met

ria

Wprowadzenie

Kolorymetria należy do grupy metod spektroskopowych

Metody spektroskopowe

metody

absorpcyjne

metody

emisyjne

 inne metody

spektroskopowe

- spektrofotometria w nadfiolecie

- spektrofotometria w świetle widzialnym 
  (kolorymetria)

- spektrofotometria w podczerwieni

podstawa metody  - 
zależność intensywności zabarwienia roztworu od ilości
(stężenia) pochłaniającej promieniowanie substancji

Metody kolorymetryczne

Kolorymetryczne metody analizy opierają się na tworzeniu
barwnych połączeń przez oznaczany składnik

Należą one do metod bardzo czułych
zakres detekcji 10

-4

 - 10

-6

 mol/dm

3

dobra precyzja i dokładność pomiarów

duża selektywność zarówno samych substancji oznaczanych,
jak i selektywność odczynników wywołujących zmianę barwy

Oznaczenie metodą kolorymetryczną

Metody kolorymetryczne

przeprowadzenie oznaczanego

składnika w związek barwny

pomiar natężenia

barwy

Wiarygodność  ilościowych  oznaczeń  metodą  spektroskopową
zależy od spełnienia szeregu warunków takich jak:

• a) dobór odpowiedniego przyrządu, kontrola jego sprawności i
kalibracja zgodnie z instrukcją obsługi,

• b) przygotowanie próbek do pomiaru - roztwór analizowany musi być
jednorodny, substancje koloidalne i nie rozpuszczone należy rozpuścić
albo usunąć z analizowanej próbki, dobrać odpowiedni rozpuszczalnik,
który nie absorbuje promieniowania w badanym zakresie, ustalić
odpowiednie pH,

• c) dobór analitycznej długości fali, czyli długości fali przy której mierzy
się absorbancję substancji badanej.

Metody kolorymetryczne

1)  w analizie ilościowej kationów metali

Zastosowanie spektrofotometrii UV/VIS :

2)  w analizie ilościowej anionów nieorganicznych

3)  w analizie ilościowej związków organicznych

4) do badania równowag reakcji n.p.: wyznaczania stałych 
    dysocjacji kwasów i  zasad, ustalania składu i stałych 
    trwałości związków kompleksowych

5) w analizie jakościowej

λ

ν

c

h

h

E

⋅

=

⋅

=

gdzie:  h - stała Plancka  (6,62*10

-34

 J· s),

ν - częstotliwość drgań [Hz , 1 Hz = 1 cykl/s],
c - prędkość światła (3*10

5

 km/s),

λ - długość fali [nm , µm]

Zmiany energii ∆E w procesie absorpcji lub emisji są wprost
proporcjonalne do częstotliwości drgań (a odwrotnie do
długości fali) promieniowania elektromagnetycznego:

Podstawy teoretyczne

Podstawy teoretyczne

hν

absorpcja promieniowania

Metody spektrofotometrii w świetle widzialnym i nadfiolecie polegają
na pomiarze absorpcji promieniowania elektromagnetycznego.

n

*

stan wzbudzony

n

stan podstawowy

hν

emisja promieniowania

n

*

stan wzbudzony

n

stan podstawowy

Przechodzenie przez roztwór promieniowania ultrafioletowego
(UV) czy widzialnego (VIS) może wywołać w cząsteczkach
absorbujących przejścia 

elektronów

 pomiędzy poziomami

zewnętrznych (

walencyjnych

) powłok elektronowych

warunek konieczny

odpowiednia porcja energii

Podstawy teoretyczne

Prawa absorpcji i zakres ich stosowalności

Wszystkie rozważania dotyczące pomiarów spektrofotometrycznych
dotyczą wiązki równoległej promieniowania monochromatycznego
 (o tej samej częstotliwości), o natężeniu promieniowania I

0

.

Jeżeli ośrodkiem pochłaniającym są: ciecz lub gaz, odległość b - to
odległość między wewnętrznymi, płaskimi i równoległymi ścianami
naczynia (kuwety), w którym znajduje się badana ciecz lub gaz.

Absorpcja promieniowania zależy od grubości warstwy - parametr b

Jeżeli ośrodkiem pochłaniającym jest ciało stałe, to odległość
 b jest odległością pomiędzy dwiema płaskimi, równoległymi
powierzchniami tego ciała.

Prawa 

absorpcji 

ś

wiatła 

dotyczą 

zależności 

natężenia 

ś

wiatła

przechodzącego  I

t

  od  natężenia  światła  padającego  I

0

  oraz  od  grubości

warstwy  pochłaniającej  i  (dla  roztworów  )  od  stężenia.  Zależności  te  w
odniesieniu do grubości warstwy pochłaniającej podali Bouger i Lambert,
a w odniesieniu do stężenia Beer.

Jeżeli wiązka promieniowania o natężeniu początkowym I

0

 pada na

ośrodek pochłaniający, to część promieniowania zostaje rozproszona (I

r

),

część pochłonięta (I

a

), a część przejdzie przez ośrodek (I

t

). Można więc

zapisać bilans:

I

0

 = I

r

 + I

a

 + I

t

I

r

 < 4 %, ponadto pomiaru dokonuje się 

 w taki sam sposób (I

r

=const.) 

Prawa absorpcji i zakres ich stosowalności

I

0

 = I

a

 + I

t

Połączone prawo Bougera -Lamberta -Beera

abc

t

I

I

−

⋅

=

10

0

Natężenie 

promieniowania 

monochromatycznego

przechodzącego  przez  ośrodek  absorbujący  jest  wprost
proporcjonalne  do  natężenia  światła padającego  i  maleje
wykładniczo  przy  liniowym  wzroście  grubości  warstwy  i
stężenia .

T

I

I

t

=

0

transmitancja 

(przepuszczalność)

jaka część promieniowania
padającego została przepuszczona
przez ośrodek pochłaniający

Transmitancję można wyrazić w procentach lub przy pomocy
ułamka dziesiętnego. Skala transmitancji jest więc skalą liniową od
0 % do 100 %.

abc

T

I

I

t

=

=

1

lg

lg

0

Absorbancja  roztworu  zmienia  się  logarytmicznie  od  0  do  ∝,
przy czym transmitancji 100 % odpowiada absorbancja równa 0.

Prawo Bougera-Lamberta-Beera

A

c

b

I

I

A

t

⋅

⋅

=

=

ε

0

lg

molowy współczynnik

absorpcji

grubość warstwy 

absorbującej (w cm)

stężenie roztworu

najczęściej w mol/dm

3

absorbancja
(ekstynkcja)

Jeżeli  w  roztworze  o  grubości  warstwy  b  znajdują  się
dwie 

pochłaniające 

substancje, 

dla 

których

współczynniki 

absorpcji 

i 

stężenia 

wynoszą

odpowiednio  ε

1

  i  c

1 

oraz  ε

2

  i  c

2

,  to  absorbancja  takiego

roztworu jest równa sumie absorbancji obu składników i
wynosi: 

Prawo addytywności absorpcji

A= b⋅(ε

1

⋅c

1

+ ε

2

⋅c

2

)

Większość  pomiarów  spektrofotometrycznych  wykonuje
się w roztworach.

Najlepsze rozpuszczalniki stosowane do pomiarów w UV/VIS 
- etery 
- alkohole 
- nasycone węglowodory

W zakresie widzialnym można stosować dowolne,
czyste i bezbarwne rozpuszczalniki pod warunkiem,
ż

e nie reagują one z rozpuszczoną substancją badaną.

H

2

O 

nie absorbuje ona w zakresie UV/VIS

powszechnie stosowany rozpuszczalnik

Warunki pomiarów

Przy 

ocenie 

i 

wyborze 

metody 

oznaczenia

spektrofotometrycznego  powinno  brać  się  pod  uwagę  cały
szereg czynników, które wpływają na czułość, dokładność i
przebieg spektrofotometrycznych oznaczeń pośrednich:

Wybór metody

1) o czułości metody decyduje wielkość molowego
     współczynnika absorbancji

2) niezmienność absorbancji w czasie,

3) należy wybierać metody, w których absorbancja w
     najmniejszym stopniu zależy od pH roztworu.

Pomiary względne można realizować przez
porównanie z wzorcami różnymi metodami:

a) metodą krzywej kalibracyjnej ( metodą kalibracji )

b) metodą dodawania wzorca

c) metodą wzorca wewnętrznego

Wybór metody

gdzie:

Y - oznacza wielkość mierzoną,
c  - stężenie analitu,
m - współczynnik,
b  - wartość stała, będącą często wartością 
     eksperymentalną ślepej próby.

Y = m⋅c + b

Metoda krzywej kalibracyjnej (wzorcowej)

Równanie przedstawiające liniową zależność wielkości
mierzonej jako funkcję stężenia analitu Y = m⋅c, można
przedstawić w postaci bardziej uogólnionej:

Wartość  ślepej  próby  jest  to  wartość  mierzona  zgodnie  z
procedurą  dla  próbki,  w  której  znajdują  się  wszystkie
składniki z wyjątkiem analitu.

Y

0

α

α

α

α

M

N

L

α

tg

_____

=

=

LM

MN

m

b

c

Współczynnik  proporcjonalności
m  jest  nachyleniem  krzywej
kalibracyjnej

Przygotowuje się roztwory wzorcowe o stężeniu analitu:
0 (ślepa próba),  1, 2, 3, 4, 5 i dla każdego roztworu mierzy się
wartość Y. Następnie wykreśla się krzywą kalibracyjną

Metoda krzywej kalibracyjnej (wzorcowej)

UWAGA !!!     Wzorce i analit powinny być przygotowywane w

takim samym środowisku

)

krzywa kalibracyjna

Y

c

1

2

3

4

5

6

7

c

x

Y

x

Dla próbki badanej x
mierzy się wartość Y

x

z krzywej kalibracyjnej
odczytuje stężenie c

x

Aby  pomiary  przy  użyciu  krzywej  kalibracyjnej  dawały
prawidłowe wyniki, należy zdawać sobie sprawę z tego, że:

b)  na  wartość  wielkości  mierzonej  może  mieć  duży  wpływ
matryca,  tzn.  wszystkie  te  substancje,  które  znajdują  się  w
analizowanej próbce obok analitu.

0-a

 - występuje

liniowa zależność Y
od c,
a-b

 - w miarę wzrostu

stężenia analitu
obserwujemy wzrost
krzywizny dla
zależności Y od c.

Y

c

a

b

0

a) krzywa kalibracyjna ma  ograniczony zakres prostoliniowości, 
    tak jak na rysunku 

Metodę  kalibracji  można  zastosować  w  postaci  skróconej
gdy w równaniu:

Y = m⋅c + b

b=0

w

w

c

c

Y

Y

=

w

w

Y

c

Y

c

⋅

=

Wykonujemy wówczas tylko dwa pomiary:
1) dla próby badanej Y 

Y  = m· c

2) dla wzorca Y

w

Y

w

= m· c

w

Metoda krzywej kalibracyjnej (wzorcowej)

wersja uproszczona

Uwaga!!!  
Na podobnej zasadzie oparta jest metoda dodatku wzorca