Dawniej do pomiarów kolorymetrycznych stosowano przyrzą­dy wizualne (np. fotometr Pulfricha). Następnie do praktyki ana­litycznej wprowadzono przyrządy zaopatrzone w filtry i fotoko­mórki (fotokolorymetry). Zastosowanie ich pozwoliło na pomiar natężenia światła na podstawie powstającego pod jego wpływem prądu fotoelektrycznego. Prąd ten mierzono za pomocą czułego amperomierza.

Zastąpienie filtrów przez odpowiednie monochromatory (siat­kowe lub pryzmatyczne) pozwoliło na uzyskanie wiązek światła o określonej długości fali. Wprowadzono również urządzenia elek­troniczne do rejestracji prądu. Wykorzystując zmianę położenia siatki lub pryzmatu można mierzyć absorbancję w zależności od długości fali światła padającego na roztwór. Przyrządy takie na­zywają się spektrofotometrami.

Najnowsze przyrządy są wyposażone w komputery, które umoż­liwiają sterowanie pracą spektrofotometru (do tego celu służą spe­cjalne programy, które zapamiętują warunki pracy w czasie wykonania pomiarów i pozwalają na ich wielokrotne automatyczne powtarzanie) oraz rejestrują i zapamiętują wyniki pomiarów i dokonują odpowiednich obliczeń na podstawie programów goto­wych lub napisanych przez użytkownika. Wyniki pomiarów i obli­czeń mogą być drukowane w postaci tablic lub przedstawiane jako wykresy w dowolnie dobieranych układach współrzędnych. Zależ­nie od zakresu długości fal, w którym są dokonywane pomiary, rozróżnia się spektrofotometry na zakres :

n a d f i o l e t o w y

w i ­d z i a l n y

p o d c z e r w i e n i

Charakterystyka metod spektrofotometrycznych UV

Metody spektrofotometryczne UV charakteryzują te same parametry, które zostały omówione w spektrofotometrii w części widzialnej.

Główną dziedziną zastosowania spektrofotometrii w nadfiolecie jest identyfikacja i analiza substancji organicznych. Występowanie maksimów w określonych zakresach długości fali promieniowania pozwala stwierdzać obecność określonych grup funkcyjnych, co czasem wystarcza do identyfikacji próbki. Na ogół pewność identyfikacji można mieć tylko wtedy, gdy porównuje się widmo badanej substancji z widmem wzorca otrzymanym w tych samych warunkach.

Istnienie określonych maksimów pozwala na opracowanie metod oznaczania jednej lub więcej substancji w mieszaninie. W przypadku mieszaniny substancji istotny jest właści­wy dobór analitycznych długości fal, pozwalający uniknąć wzajemnego wpływu na siebie maksimów pochodzących od różnych substancji. Ponieważ maksima w nadfiolecie są zwyk­le dość szerokie, dobór właściwych analitycznych długości fal jest często utrudniony albo wręcz niemożliwy. Pod tym względem spektrofotometria UV znacznie ustępuje spektro­fotometrii IR. Zastosowanie komputerów i metod statystyki matematycznej pozwala obecnie rozwiązywać zadowalająco również ilościową analizę mie­szanin kilkuskładnikowych.

Główną dziedziną zastosowania spektrofotometrii UV jest jednak analiza nieskompli­kowanych mieszanin związków organicznych. Z tego względu znajduje ona zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym, półproduktów, rozpuszczalników, w przemyśle naftowym. Stosuje się też metody spektrofotometrii UV w badaniach biologicznych i biochemicznych.

W analizie nieorganicznej stosuje się spektrofotometrię UV sporadycznie po przepro­wadzeniu reakcji jonów nieorganicznych z odczynnikami absorbującymi w tym zakre­sie widma.

Ciekawym raczej wyjątkiem są roztwory pierwiastków ziem rzadkich, które dają ostre i liczne maksima w nadfiolecie i które oznacza się tą metodą. Ze względu na małe molowe współczynniki absorpcji trzeba operować dość dużymi stężeniami pierwiastków ziem rzad­kich. Maksima mierzalne występują dopiero w stężeniach rzędu mg/ml.

Charakterystyka metod spektrofotometrycznych IR

Zasadniczy układ spektrofotometru IR nie różni się od omówionych spektro­fotometrów UV i VIS i składa się ze źródła promieniowania, układu optycznego z monochromatorem, próbki badanej, detektora promieniowania oraz układu wzmacniającego, pomiarowego i ewentualnie rejestrującego, natomiast poszczególne elementy układu wykonane są z innych materiałów.

Źródło promieniowania w spektrofotometrach IR stanowi zwykle włókno Nernsta (mieszanina tlenków pierwiastków ziem rzadkich) lub tzw. Globar (węglik krzemu), rozżarzane elektrycznie do temp. 1300-1500°C. Pokrywa ono konieczny zakres promienio­wania podczerwonego, jednak z niejednakowym natężeniem w zależności od liczby falowej (długości fali). Natężenie emitowanego promieniowania maleje wraz z liczbą falową (czyli ze wzrostem długości fali). Aby zachować zatem jednakowe natężenie wiązki padającej na próbkę, trzeba ze zmniejszaniem się liczby falowej powiększać szczelinę, regulującą szerokość wiązki, a tym samym natężenie promieniowania padającego. Jest to w spektro­fotometrach IR regulowane automatycznie.

Układ optyczny spektrofotometru IR składa się z szeregu luster, nadających właściwy bieg wiązce, oraz z monochromatora, którym jest pryzmat lub siatka dyfrakcyjna. Materiał pryzmatu musi być przepuszczalny dla promieniowania IR. W tym celu stosuje się pryzmaty z kryształów chlorku sodu, który jest przepuszczalny w zakresie 4000-650 cm-1 (2,5-15 mm). Do prac w bardziej długofalowym zakresie stosuje się pryzmaty z bromku potasu (do 400 cm-1 lub 25 mm), bromku cezu (do 250 cm-1 lub 40 mm) lub jodku cezu (do 200 cm-1 lub 50 mm ). Siatki dyfrakcyjne, używane jako monochromatory, umożliwiają po­miary w szerszym zakresie widma IR.

Ścianki kuwet, w których zawarta jest próbka, leżące w biegu promieniowania, muszą być również przepuszczalne dla mierzonego zakresu widma. Wykonuje się je z tych samych materiałów, co omówione wyżej pryzmaty. Można również stosować BaFz (przepuszcza do 850 cm" i lub 11,5 urn), AgCl (przepuszcza w zakresie do 400 cm" i lub 0,6-25 urn) oraz w specjalnych przypadkach, dla pomiarów w zakresie 650-33 cm~1 (15-300mm) — specjalne gatunki polietylenu. Ostatnie trzy materiały (BaF2, AgCl, polietylen) mają tę zaletę, że nie są rozpuszczalne w wodzie. Ścianki kuwet wykonane z Nad, KBr, CsBr lub CsJ ulegają z czasem zmętnieniu wskutek skorodowania przez wodę i wymagają odpolerowania.

Wreszcie jako detektory w spektrofotometrach IR stosuje się głównie termo ogniwa generujące pod wpływem ogrzewania siłę elektromotoryczną i bolometry zmieniające oporność elektryczną w zależności od temperatury.

Wskazania detektora są następnie wzmacniane i elektronicznie przekształcane, a w obec­nie używanych aparatach rejestrowane automatycznie pisakiem na odpowiednio wyskalowanym papierze. Przesuw papieru jest zsynchronizowany z obrotem pryzmatu tak, że w wy­niku otrzymuje się krzywą absorpcji badanej substancji zwykle w układzie liczba falowa-przepuszczalność lub liczba falowa-absorbancja;

W przypadku interpretacji jakościowej widma można bezpośrednio używać oba wy­kresy.

Jeżeli używa się wykresów do oznaczania substancji, trzeba przepuszczalność (w %) przeliczać na absorbancję (istnieją do tego celu specjalne tablice). W nowoczesnych spek­trofotometrach IR można dowolnie programować rejestrację widma w celu np. otrzy­mania bardziej dokładnych danych w określonych zakresach.

Spektrofotometry IR budowane są ostatnio wyłącznie jako aparaty dwuwiązkowe. Przepuszczenie jednej wiązki przez badaną próbkę a drugiej przez rozpuszczalnik pozwala w znacznej mierze wyeliminować zakłócenia powodowane przez rozpuszczalnik.