Полярография заключается в расшифровке вольт-амперных кривых – полярограмм (рис. 2а), выражающих зависимость силы тока (I) от приложенного к электролитической ячейке постоянного напряжения (E) (Никаноров, 2008).

При достижении разности потенциалов, необходимой для протекания на электроде электрохимической реакции, сила тока резко возрастает (рис. 2a, участок BC). При дальнейшем увеличении разности потенциалов вследствие установления подвижного равновесия, при котором количество восстановленных ионов равно количеству ионов, продиффундировавших из раствора к электроду, сила тока заметно не изменится (рис. 2a, участок CD). Эту силу тока называют предельным диффузионным током (определяется высотой волны h).

Рис. 2. Пример вольтамперометрической кривой (а – однокомпонентная система, б – раствор соединений тяжелых металлов)

Потенциал, соответствующий середине полярографической волны, называется потенциалом полуволны E_>1/2. Oн не зависит от концентрации иона в растворе, a определяется его природой и является качественной характеристикой иона. Если в растворе присутствует несколько электроактивных веществ, каждое из них будет давать собственную характерную волну и на полярограмме получится ступенчатая кривая (рис. 2б), которую называют полярографическим спектром.

Применение полярографического метода анализа достаточно широко. Он используется для определения примесей в металлах, сплавах, полупроводниках, химических реактивах; для контроля чистоты воздуха, воды, пищевых продуктов и медицинских препаратов; при проведении биохимических исследований; для изучения электродных, абсорбционных, окислительно-восстановительных процессов в химии комплексных соединений (Никаноров, 2008; Руководство … 2009). Различные варианты полярографического метода нашли широкое распространение, главным образом в определении содержания ряда металлов (Сu, Zn, Pb, Cd, Ni и др.) в природных водах при их совместном присутствии (рис. 2б).

Достоинства метода: исследование широкого ряда электродных процессов; возможность снятия полярограмм в виде удобном для последующей обработки; возможность сопряжения с ЭВМ для обработки результатов анализа.

В основе оптических методов анализа природных вод лежит способность всех веществ поглощать лучистую энергию в виде квантов, соответствующих определенным длинам волн. Для количественной оценки концентрации веществ используются линии, или полосы, поглощения, располагающиеся в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной областях спектра (Харитонов и др., 2012).

Спектрофотометрические методы анализа основаны на законе Бугера – Ламберта – Бера, устанавливающем зависимость между оптической плотностью раствора (D) исследуемого вещества, его концентрацией и толщиной слоя раствора вещества (Предеина, Решетняк, 2012):

где I – интенсивность света, прошедшего через раствор;

I_>о – интенсивность падающего на раствор света;

ε – молярный коэффициент поглощения;

С – концентрация поглощающего вещества, моль/л;

l – толщина светопоглощающего раствора, см.

Графическое выражение закона Бугера – Ламберта – Бера дано на рисунке 3.

Рис. 3. Графическое выражение основного оптического закона (Предеина, Решетняк, 2012)

Выполнение измерения данным методом включает в себя две основные процедуры: переведение исследуемого вещества или компонента в комплексное соединение, поглощающее свет, и нахождение концентрации окрашенного соединения путем измерения оптической плотности (светопоглощения) раствора. В зависимости от технических условий концентрацию искомого вещества в растворе можно определять (Никаноров, 2008):