Теоретические основы метода абсорбционной спектрофотометрии

Применение метода абсорбционной спектрофотометрии основано на способности соединений, содержащих хромофорные или ауксохромные группы поглощать электромагнитное излучение.

Хромофором (др.-греч. χρоμα – цвет и φέρω – несу) называют ненасыщенную группу атомов, обуславливающую цвет химического соединения и способную избирательно поглощать электромагнитное излучение. Введение в молекулу ауксохромных групп (от др.-греч. αὔξω – увеличиваю, χρоμα – цвет), таких, как амино- или гидроксогруппа, способствует усилению окраски.

Эти группы атомов могут выполнять функции донора (гидроксо-, амино-, метоксигруппа, вторичная аминогруппа, третичный атом азота) или акцептора (нитрогруппа, карбоксильная группа, простая и сложноэфирная группы) электронов.

Наличие в молекуле таких фрагментов обуславливает способность молекулы к избирательному поглощению электромагнитного излучения в видимой или ультрафиолетовой области спектра.

Поглощение определенных квантов энергии, связанное с электронными переходами, характеризуется наличием полос поглощения в электронных спектрах атомов или молекул. Природа этих полос одинакова для ультрафиолетовой и видимой области спектра. Она обусловлена количеством и расположением электронов, способных к поглощению электромагнитного излучения. Если вещество способно к поглощению света только в УФ-области, визуально оно воспринимается как бесцветное.

Рассмотрим процесс поглощения электромагнитного излучения подробнее. Представим, что через кювету, заполненную раствором с анализируемым веществом, пропускают луч света интенсивностью I0. Испытуемый раствор поглощает электромагнитное излучение, и на выходе мы получаем луч с меньшей интенсивностью, которую обозначим как I.

Рисунок 1. Явление поглощения веществом электромагнитного излучения

Разделив интенсивность света, прошедшего через вещество (I)на интенсивность света, падающего на вещество (I₀), получим показатель, который называют пропускаемостью (Т). Десятичный логарифм обратной величины пропускаемости называют поглощением (обозначают буквой А – от «абсорбция»), или используют термины «оптическая плотность» (обозначают буквой D) либо экстрикция (обозначают буквой Е).

Разделив величину поглощения (А) на произведение концентрации вещества, выраженной в граммах на литр (С), и длины слоя поглощения в сантиметрах (b), получим величину поглощаемости (а).

Если же при расчете мы выразим концентрацию в граммах на 100 мл, а толщину слоя примем за 1 см, полученная величина будет носить название удельный показатель поглощения (Е^1%1см). Таким образом, Е^1% 1см = 10×a. Удельный показатель поглощения часто используют для расчета количественного содержания вещества в образце.

Графическое выражение зависимости отношения оптической плотности к длине волны называют спектром поглощения. Область интенсивной абсорбции на этом графике называют полосой или максимумом светопоглощения, а соответствующую этой области длину волны (λmax) – аналитической. В спектрах поглощения может быть один или несколько максимумов, которые соответствуют различным типам электронных переходов.

Рисунок 2. Спектр поглощения водного раствора карбамазепина

Если поглощение вызывается определенной группой атомов, и его характер мало изменяется с изменением остальной части молекулы, его называют характеристическим. По наличию характеристических полос поглощения в спектре вещества можно сделать вывод о наличии в его структуре определенных структурных элементов, сделав, таким образом, вывод о строении соединения.

По этой причине растворы для анализа изготавливают в одних и тех же условиях, а в качестве «холостого» раствора обычно используют растворитель, оптическую плотность которого «обнуляют» перед снятием спектра.

(Макиева М.С., Морозов Ю.А., Морозова Е.В., Морозов В.А. Оптические методы анализа лекарственных средств, ИПЦ Сев. Осет. гос. ун-т им. К. Л. Хетагурова)