Фотометрические методы анализа основаны на измерении интенсивности света, прошедшего через раствор, или испускаемого веществом при определённой длине волны. Они позволяют количественно определять концентрацию веществ на основе их способности поглощать или излучать электромагнитное излучение. Основным законом, лежащим в основе фотометрии, является закон Бугера–Ламберта–Бера, который связывает оптическую плотность раствора с концентрацией анализируемого вещества и толщиной слоя раствора:
$$ A = \log \frac{I_0}{I} = \varepsilon c l $$
где A — оптическая плотность, I0 и I — интенсивности падающего и прошедшего света, ε — молярный коэффициент экстинкции, c — концентрация вещества, l — толщина слоя.
Фотометрические методы делятся на две большие группы:
Каждая группа методов может быть реализована с использованием различных источников света, детекторов и оптических систем для повышения точности и чувствительности.
Для абсорбционной фотометрии применяются источники с широким или узким спектральным диапазоном:
Детекторы преобразуют световую энергию в электрический сигнал:
Материал и форма кюветы существенно влияют на точность измерений. Для видимого спектра используют стеклянные и кварцевые кюветы; для УФ — только кварцевые. Толщина слоя l должна быть постоянной для корректного применения закона Бугера–Ламберта–Бера. Оптическая система включает монохроматор или фильтры для выделения длины волны, а также линзы для фокусировки света на детектор.
Прямое измерение поглощения применяется, если анализируемое вещество имеет собственную окраску или способность поглощать свет на определённой длине волны. Концентрация определяется по калибровочному графику, построенному с использованием стандартных растворов.
Методы образования окрашенных комплексов используются для бесцветных веществ. Вещество реагирует с реагентом, образуя окрашенное соединение, поглощение которого измеряют в видимом диапазоне. Примеры реагентов: тиоцианаты для Fe³⁺, фенолфталеин для щелочей, диазореагенты для анилинов.
Флуоресцентные методы основаны на измерении интенсивности испускания света веществом после возбуждения. Они обладают высокой чувствительностью и могут определять вещества в наномолярных концентрациях.
Эмиссионные методы применяются для атомарного анализа металлов. Образцы подвергаются пламенной или электротермической атомизации, после чего измеряется интенсивность спектральных линий. Метод позволяет определять элементы на уровне частей на миллион (ppm) и даже частей на миллиард (ppb).
Фотометрический анализ подвержен влиянию посторонних веществ, которые могут поглощать свет или изменять состав раствора. Основные способы устранения помех:
Чувствительность фотометрического метода зависит от интенсивности источника света, длины пути и молярного коэффициента экстинкции. Для повышения точности применяются методы усреднения сигналов, многократные измерения, автоматизация процессов и использование высококачественных оптических компонентов.
Использование специализированных программных алгоритмов позволяет корректировать данные с учётом нелинейностей детекторов и возможных отклонений закона Бугера–Ламберта–Бера при высоких концентрациях.
Фотометрия широко используется в химическом, биохимическом, экологическом анализе и контроле качества продуктов. Она позволяет определять металлы, органические соединения, анионы и катионы, а также проводить мониторинг загрязнений и оценку активности ферментов и других биомолекул. Методы фотометрического анализа обеспечивают баланс между чувствительностью, быстротой и доступностью, что делает их основным инструментом количественного анализа в лабораториях.