ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Ultraviolet and Visible Molecular Absorption Spectroscopy ผศ.สุชาดา จูอนุวัฒนกุล

 Apsorption by Organic Compounds  Absorption by Inorganic Species Absorbing Species  Apsorption by Organic Compounds  Absorption by Inorganic Species  Charge-Transfer Absorption  Spectral Characteristics Qualitative Applications  Solvents  Effect of Slit Width  Effect of Scattered (Stray) Radiation 3. Quantitative Applications  Application to Absorbing Species  Application to Nonabsorbing Species  Procedural details  Analysis of Mixtures  Effect of Instrumental Uncertainties  Scale Expansion Techniques

4. Photometric and Spectrophotometric Titrations  Titration Curves  Instrumentation  Applications to Photometric Titrations 5. Spectrophotometric Studies of Complex Ions  Method of Continuous Variations  Mole-Ratio Method  Slope-Ratio Method 6. Automated Photometric and Spectrophotometric Methods

1. Absorbing Species การดูดกลืนรังสี UV และ visible โดยโมเลกุลเกิดจาก transition ของอิเล็กตรอนระหว่าง electronic energy state ต่างๆ แต่ละ electronic energy states มี vibrational energy state และ rotational energy states จำนวนมากซึ่งมีพลังงานใกล้เคียงกัน ดังนั้นการดูดกลืนรังสี UV และ visible โดยโมเลกุลจึงให้ lines จำนวนมากที่มีพลังงานใกล้เคียงกัน เกิดเป็น absorption band โมเลกุลในสถานะแก๊สจะให้ absorption spectrum ที่มีรายละเอียด (fine structure) เนื่องจากโมเลกุลในสถานะกระตุ้นมี vibrational energy states และ rotational energy states จำนวนมาก และโมเลกุลอยู่ห่างกันมากพอที่จะเกิด vibration และ rotation ได้อย่างอิสระ ทำให้ปรากฏ absorption lines จำนวนมาก

Absorbing Species โมเลกุลใน condensed state หรือในสารละลาย มีอิสระในการเกิด vibration และ rotation น้อย จึงไม่ปรากฏ lines เนื่องจากการเปลี่ยน เนื่องจากโมเลกุลในสถานะกระตุ้นมี vibrational และ rotational energy levels นอกจากนี้ โมเลกุลของตัวทำละลายที่ล้อมรอบโมเลกุลของสารจะทำให้พลังงานของ vibrational levels ต่างๆ เปลี่ยนแปลงไปในลักษณะต่างๆ กัน ทำให้เกิดเป็น broad peak ผลของตัวทำละลายนี้ จะปรากฏชัดเจนในตัวทำละลายมีขั้ว (polar solvents) เช่น น้ำ มากกว่าในตัวทำละลายไม่มีขั้ว เช่น ไฮโดรคาร์บอน

Absorption by Organic Compounds การดูดกลืนรังสีในช่วงความยาวคลื่น 180 – 780 nm ของโมเลกุลสารอินทรีย์เกิดจาก interactions ระหว่างโฟตอนกับอิเล็กตรอนที่สร้างพันธะ (bonding electrons) และอิเล็กตรอนที่ไม่สร้างพันธะ (nonbonding electrons) ความยาวคลื่น (พลังงาน) ของรังสีที่โมเลกุลสารอินทรีย์ดูดกลืนขึ้นกับ อิเล็กตรอนถูกยึดไว้ได้แน่นเพียงไร อิเล็กตรอนที่เกิดพันธะเดี่ยว (single-bond electron) จะถูกยึดไว้อย่างแน่นหนา excitation จึงต้องใช้พลังงานสูง ซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่นในช่วง vacuum UV (ต่ำกว่า 180 nm) และไม่นิยมใช้ในเคมีวิเคราะห์ เพราะต้องใช้ spectrophotometers ที่ทำให้เป็นสุญญากาศและมี optics ที่ทำด้วย LiF เนื่องจากควอตซ์และองค์ประกอบของบรรยากาศดูดกลืนรังสีในช่วงนี้ได้

Absorption by Organic Compounds อิเล็กตรอนที่เกิดพันธะคู่และพันธะสาม (double-bond and triple-bond electron) ของโมเลกุลสารอินทรีย์ จะถูกยึดไว้ไม่แข็งแรงนัก จึงถูกกระตุ้นด้วยรังสีได้ง่ายกว่าอิเล็กตรอนที่เกิดพันธะเดี่ยว species ที่มีพันธะคู่และพันธะสามจึงให้ absorption peak ในช่วง UV-visible unsaturated organic functional groups ที่ดูดกลืนรังสี UV/visible เรียกว่า chromophores

Absorption by Organic Compounds ตารางที่ 1 Absorption Characteristics of some Common Organic Chromophores Chromophore Example Solvent max, nm max Alkene C6H13CH=CH2 n-heptane 177 13,000 Conjugated alkene CH2=CHCH=CH2 217 21,000 Alkyne C5H11CC-CH3 178 10,000 196 2,000 225 160 Carbonyl O CH3CCH3 n-hexane 186 280 1,000 16 CH3CH 180 293 Large 12 = =

Absorption by Organic Compounds Chromophore Example Solvent max, nm max Carboxyl O CH3COH ethanol 204 41 Amido CH3CNH2 water 214 60 Azo CH3N=NCH3 339 5 Nitro CH3NO2 isooctane 280 22 Nitroso C4H9NO Ethyl ether 300 665 100 20 Nitrate C2H5ONO2 dioxane 270 12 Aromatic C6H6 n-hexane 256 7,900 200 = =

Absorption by Organic Compounds อิเล็กตรอนที่เกิดพันธะคู่และพันธะสาม (double-bond and triple-bond electron) ของโมเลกุลสารอินทรีย์ จะถูกยึดไว้ไม่แข็งแรงนัก จึงถูกกระตุ้นด้วยรังสีได้ง่ายกว่าอิเล็กตรอนที่เกิดพันธะเดี่ยว species ที่มีพันธะคู่และพันธะสามจึงให้ absorption peak ในช่วง UV-visible saturated organic compounds ที่มี heteroatoms เช่น O, N, S หรือ halogens จะมี nonbonding electrons ที่สามารถถูกกระตุ้นด้วยรังสีในช่วง 170–250 nm ได้

Absorption by Inorganic Species โดยทั่วไป ไอออนและสารเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน อย่างน้อย 1 oxidation state จะดูดกลืนรังสี visible เป็นแถบกว้าง (broad band) และทำให้มีสี การดูดกลืนนี้เกิดจาก electronic transitions ระหว่าง d-orbital ที่บรรจุอิเล็กตอน (filled d-orbitals) กับ d-orbitals ว่าง (unfilled d-orbitals) เหล่านี้ ผลต่างของพลังงานระหว่าง d-orbitals (และตำแหน่งของ absorption peak) ขึ้นกับ 1) ตำแหน่งของธาตุในตารางธาตุ 2) oxidation state ของธาตุ 3) ธรรมชาติของลิแกนด์ที่เกิดพันธะกับธาตุนั้น

Absorption by Inorganic Species ไอออนของธาตุแลนทาไนด์และแอกทิไนด์ จะดูดกลืนรังสีเนื่องจากเกิด transitions ของอิเล็กตรอนใน 4f และ 5f ตามลำดับ ให้ absorption band แคบและไม่ขึ้นกับ species ที่เกิดพันธะกับ outer electrons เนื่องอิเล็กตรอนใน 4f และ 5f orbitals จะถูกบังจากอิทธิพลภายนอกโดยอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานที่มี principal quantum number สูงกว่า

Charge-Transfer Absorption charge-transfer complex ประกอบด้วย ตัวให้อิเล็กตรอน (electron donor) เกิดพันธะกับ ตัวรับอิเล็กตรอน (electron acceptor) เช่น Fe(III)/SCN- complex, I2/I- complex, … เมื่อ charge-transfer complexs ดูดกลืนรังสี อิเล็กตรอนจาก donor จะถูกถ่ายโอน (transfer) ไปยังออร์บิทัลของ acceptor เช่น สีแดงของ Fe(III)/SCN- complex เกิดจากการดูดกลืนโฟตอน ทำให้มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจาก SCN- ไปยังออร์บิทัลของ Fe(III) ไอออน เกิด internal oxidation/reduction process ทำให้ excited species มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็น Fe(II) และ SCN radical ส่วนใหญ่ excited species จะกลับสู่สภาวะเดิม แต่ในบางกรณีอาจเกิดการแตกตัวเกิด photochemical oxidation/reduction product

Spectral Characteristics 1. ตำแหน่งของ absorption band (max) ขึ้นกับ electronic transition energy ใช้สำหรับ qualitative analysis 2. Peak intensity (max) ขึ้นกับ probability of transition และ polarity of excited state ใช้สำหรับ quantitative analysis

Spectral Characteristics รูปที่ 1 Absorption spectrum ของสารละลาย X

2. Qualitative Applications of Ultraviolet/Visible Spectroscopy spectrophotometric measurement ด้วยรังสี UV ใช้ตรวจหา chromophore โดยสเปกตราของโมเลกุลสารอินทรีย์ที่มี unsaturated groups หรือ มีอะตอมเช่น S, halogen จะมี peak อย่างน้อย 1 peak ในช่วง 200 - 400 nm การพิสูจน์เอกลักษณ์ (identification) ของ absorbing groups ทำโดยการเปรียบเทียบ spectrum ของ analyte กับ spectrum ของโมเลกุลที่มี chromophoric groups ต่าง ๆ อย่างไรก็ดี UV spectra ไม่มีรายละเอียดเพียงพอสำหรับ identify analyte อย่างชัดเจน ดังนั้นจะต้องใช้ข้อมูลอื่นๆ เช่น IR, NMR, และ mass spectra รวมทั้ง solubility, melting point, boiling point ประกอบด้วย

Qualitative Applications ตัวอย่างที่นำมาวัด UV spectra เพื่อการวิเคราะห์คุณภาพได้แก่ สารละลายเจือจางของ analyte (solution spectra) สารประกอบระเหยง่าย (volatile compounds) 1-2 หยด ปล่อยให้ระเหยและเข้าสู่สมดุลกับบรรยากาศภายใน cuvette ที่มีฝาปิด (gas-phase spectra)

Qualitative Applications Solvents ต้องโปร่งใส (transparent) ตลอดช่วงที่วัด ต้องละลายตัวอย่างได้มากพอเพื่อให้ได้ well-defined peaks ต้องคำนึงถึง interactions ของ solvent กับ absorbing species polar solvents (เช่น น้ำ แอลกอฮอล์ เอสเทอร์ คีโทน) จะทำ ให้มี vibration spectra จึงควรหลีกเลี่ยงเมื่อต้องการให้ spectra มีรายละเอียด nonpolar solvents (เช่น cyclohexane) ให้ spectra ที่คล้าย spectra ของแก๊ส

Qualitative Applications นอกจากนี้ polarity ของ solvent มักมีผลต่อตำแหน่งของ absorption maxima ดังนั้นในการเปรียบเทียบ spectra เพื่อ identification จึงต้องใช้ solvent ชนิดเดียวกัน ตารางที่ 2 แสดง solvents ที่ใช้กันทั่วไปในช่วง UV/visible และความยาวคลื่นต่ำสุดที่ใช้ได้ (ขึ้นกับความบริสุทธิ์ของ solvents)

Qualitative Applications Lower wavelength limit (nm) ตารางที่ 2 Solvents for the UV and Visible Regions Solvent Lower wavelength limit (nm) Water 180 Hexane 200 Cyclohexane Diethyl ether 210 Ethanol 220 Carbon tetrachloride 260 Dioxane 320 Cellosolve Acetone 330

Qualitative Applications Effect of Slit Width การเปลี่ยน slit width (และ effective bandwidth) มีผลต่อ spectra ถ้า slit width กว้าง ความสูงและการแยกของ peak จะลดลง qualitative analysis ต้องใช้ slit width แคบที่สุด เพื่อให้ spectra มีรายละเอียดมากที่สุด

Qualitative Applications Effect of Scattered (Stray) Radiation ● scattered radiation ทำให้เกิด instrumental deviations จาก Beer’s law ● scattered radiation ทำให้เกิด false peak เมื่อใช้ spectrophotometer ที่ความยาวคลื่นสุดขีดที่เครื่องใช้ได้

3. Quantitative Applications of Ultraviolet/Visible Spectroscopy UV/visible absorption spectroscopy เป็นเทคนิคหนึ่งที่มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการวิเคราะห์ปริมาณ (quantitative analysis) ลักษณะเฉพาะที่สำคัญของ spectrophotometric/photometric methods คือ 1. ใช้ประโยชน์ได้อย่างกว้างขวาง ใช้หาปริมาณ absorbing species (inorganic, organic, biochemical species): หาปริมาณได้โดยตรง nonabsorbing species : หาปริมาณได้หลังจากทำปฏิกิริยาเคมี ให้เป็น absorbing derivatives

Quantitative Applications 2. Sensitivity สูง absorption spectroscopy มี detection limits 10-4-10-7 M 3. Selectivity ปานกลางถึงสูง ถ้าใช้ความยาวคลื่นที่ analyte เท่านั้นดูดกลืน ไม่จำเป็นต้องทำแยกสารอื่นก่อนการวิเคราะห์ เมื่อเกิดการซ้อนกันของ absorption band อาจทำการวัดที่ความยาวคลื่นอื่นเพิ่มเติม ทำให้ไม่จำเป็นต้องทำการแยก 4. ความแม่นสูง (Good accuracy) relative errors ของความเข้มข้นอยู่ในช่วง 1% ถึง 5% 5. เป็นวิธีที่ง่ายและสะดวก และสามารถทำเป็นระบบอัตโนมัติ (automation) ได้

Quantitative Applications Application to Absorbing Species spectrophotometry สามารถใช้หาปริมาณสารอินทรีย์จำนวนมากที่มี chromophore และสารอนินทรีย์จำนวนมากที่ดูดกลืนรังสี UV/visible (เช่น ไอออนของโลหะแทรนซิชันที่มีสีในสารละลาย ไนไทรต์ ไนเทรต และโครเมตไอออน ออกไซด์ของไนโตรเจน ธาตุแฮโลเจน และโอโซน)

Quantitative Applications Application to Nonabsorbing Species nonabsorbing + complexing/chelating  absorbing analytes reagents products ● inorganic reagents ● organic reagents ปฏิกิริยาต้องเกิดอย่างสมบูรณ์และมีปริมาณสัมพันธ์ complexes/chelates ที่เกิดขึ้นต้องเสถียร (stable) complexes/chelates ที่เกิดขึ้นต้องดูดกลืนรังสี UV/visible absorption spectrum ของ complexes/chelates ต้องไม่ซ้อนกับ absorption spectrum ของ ligand หรือ metal ion

Quantitative Applications วิธีดำเนินการทดลอง (Procedure details) 1. การเลือกความยาวคลื่น เพื่อให้มี sensitivity สูงสุด การวัด absorbance จะทำที่ความยาวคลื่นซึ่งมีการดูดกลืนสูงสุด (max) เนื่องจาก - มีการเปลี่ยนแปลง absorbance ต่อหน่วยความเข้มข้นมีค่าสูงสุด - absorption curve บริเวณ max จะราบ ทำให้เป็นไปตาม Beer’s law และความไม่แน่นอนในการตั้งความยาวคลื่นของเครื่องมือมี ค่าน้อย

Quantitative Applications 2. เลือกสภาวะ (conditions) ของการทดลอง ตัวแปรที่มีผลต่อค่า absorbance ของสารได้แก่ ● ธรรมชาติของตัวทำละลาย ● pH ของสารละลาย ● อุณหภูมิ ● ความเข้มข้นของอิเล็กโตรไลต์สูง ● การมีสารแทรกสอด (interfering substances) ก่อนการวิเคราะห์จะต้องทราบผลของตัวแปรเหล่านี้ และเลือกสภาวะของการวิเคราะห์ให้ค่า absorbance ไม่ขึ้นกับการเปลี่ยนแปลง (ที่มีค่าน้อยและควบคุมไม่ได้) ของตัวแปรเหล่านี้

Quantitative Applications 3. การหาความสัมพันธ์ของ absorbance และความเข้มข้น ทำได้โดย ● Calibration methods ● Standard addition methods

Quantitative Applications 3.1 Calibration Methods ● เตรียมสารละลายมาตรฐานความเข้มข้นต่างๆ ● วัด %T หรือ A ของสารละลายมาตรฐาน ● เขียนกราฟระหว่าง A กับความเข้มข้น ถ้าเป็นไปตาม Beer’s law จะได้กราฟเส้นตรง slope = b ซึ่งเรียกว่า Calibration curve ● เตรียมสารละลายตัวอย่างและวัด %T หรือ A ● หาความเข้มข้นของสารละลายตัวอย่างจาก calibration curve

Quantitative Applications Concentration of analyte  A of unknown c of analyte in unknown slope = b รูปที่ 2 Calibration curve

Quantitative Applications สารละลายมาตรฐาน (calibration standard solution) สำหรับ photometric/spectrophotometric analysis ควรมีองค์ประกอบใกล้เคียงกับองค์ประกอบของตัวอย่างมากที่สุด และควรครอบคลุมช่วงความเข้มข้นของ analyte โดยทั่วไปจะสร้าง calibration curve โดยให้ความเข้มข้นของสารมาตรฐานและ analyte มีหน่วยเดียวกัน และต้องนำ dilution factor มาคำนวณด้วยถ้าเจือจางสารละลายตัวอย่างก่อนนำไปวัด absorbance (ถ้าเจือจางสารละลายมาตรฐานและสารละลายตัวอย่างเท่ากันไม่จำเป็นต้องนำ dilution factor มาคำนวณ) ไม่ควรหาค่า molar absorptivity โดยใช้สารละลายมาตรฐานความเข้มข้นเดียวและสมมุติว่าเป็นไปตาม Beer’s law และไม่ควรใช้ค่า molar absorptivity จาก literature

Quantitative Applications ตัวอย่างที่ 1 จากการทดลองวัด Absorbance ของสารละลาย K2Cr2O7 ที่ 257 nm โดยใช้เซลล์ขนาด 1 cm ได้ผลดังในตาราง ก) จงสร้าง calibration curve และหา molar absorptivity ข) จงหาความเข้มข้นของสารละลายตัวอย่าง K2Cr2O7 ซึ่งวัด A ที่ 257 nm ได้ 0.729 ความเข้มข้น (ppm) A 10 0.142 20 0.284 40 0.565 60 0.840 80 1.105 100 1.370

Quantitative Applications ก. ข. ความเข้มข้นของสารละลายตัวอย่าง K2Cr2O7 = (0.729 – 0.0125)/0.0136 = 52.7 ppm

Quantitative Applications 3.2 Standard Additions Methods ● ใช้เมื่อตัวอย่างมีองค์ประกอบอื่นซึ่งดูดกลืนหรือมีอิทธิพลต่อabsorbance ของ analyte ● ทำโดยเติมสารละลายมาตรฐานปริมาตรต่างๆ กัน (ทราบปริมาณ) ลงในสารละลายตัวอย่างปริมาตรเท่ากัน เจือจางสารละลายให้มีปริมาตรเท่ากันในขวดวัดปริมาตร นำไปวัด absorbance สร้างกราฟระหว่าง absorbance กับความเข้มข้นของสารละลายมาตรฐานที่เติม ถ้าระบบเป็นไปตาม Beer’s law จะได้กราฟเส้นตรง ซึ่งเมื่อต่อไปยังแกนความเข้มข้น จะให้ความเข้มข้นของ unknown

Quantitative Applications cx A Concentration of std added  รูปที่ 3 Standard addition curve

Quantitative Applications มาตรฐานที่เติม โดยทำการทดลองดังนี้  ใช้สารละลายตัวอย่าง ความเข้มข้น cx ปริมาตร Vx ใส่ขวดวัดปริมาตรขนาด VT  เติมสารละลายมาตรฐานของ analyte ที่ทราบความเข้มข้น cs ปริมาตรต่างๆ กัน Vs mL  เติมสารที่ทำให้เกิดสีแล้วเจือจางจนมีปริมาตรเป็น VT นำไปวัด A

Quantitative Applications Volume of std added  (Vs)0 AT = + bVscs VT bVxcx AT = kVscs + kVxcx k = b/VT

Quantitative Applications AT = kVscs + kVxcx ถ้าสร้างกราฟระหว่าง AT กับ Vs จะได้กราฟเส้นตรง slope (m) = kcs intercept (b) = kVxcx และหา cx ได้จาก m b = kcs kVxcx cx = bcs Vxcx

Quantitative Applications ตัวอย่างที่ 2 ปิเปตน้ำตัวอย่าง 10 mLใส่ในขวดวัดปริมาตร 50.00 mL 5 ขวด เติม สารละลายมาตรฐาน Fe3+ 11.1 ppm ปริมาตร 0.00, 5.00, 10.00, 15.00 และ 20.00mL แล้วเติมSCN- ให้มากเกินพอเพื่อให้เกิดสารเชิงซ้อนสีแดง Fe(SCN)2+ หลังจากเจือจางจนถึงขีดปริมาตร นำไปวัด absorbance ด้วย photometer ที่ใช้ green filter และเซลล์ขนาด 0.982 cm ได้ absorbance เท่ากับ 0.240, 0.437, 0.621, 0.809, และ 1.009 ตามลำดับ ความเข้มข้นของ Fe3+ในน้ำเป็นเท่าไร

Quantitative Applications b = 0.2412 m = 0.03820

Quantitative Applications cs = 11.1 ppm, Vx = 10.00 mL, VT = 50.00 mL plot A กับ Vs พบว่าเป็นไปตาม Beer’s law m = 0.03820, b = 0.2412 A = 0.03820 Vs + 0.2412 cx = bcs Vxcx 0.2412 x 11.1 10.00 x 0.03820 cx = = 7.01 ppm Fe3+

Quantitative Applications ในกรณีที่ตัวอย่างมีปริมาณน้อยหรือต้องการประหยัดเวลา อาจทำ standard addition analysis โดยใช้ 2 ตัวอย่าง และเติม standard Vs mL ลงในตัวอย่างหนึ่ง A1 = bVxcx VT A2 = + bVxcx VT bVscs A2 A1 = Vxcx+ Vscs Vxcx cx = A1Vscs (A2 – A1)Vx อย่างไรก็ดีการเติม standard เพียงตัวอย่างเดียวนี้ อาจเกิดความผิดพลาดได้มาก เนื่องจากไม่มีการตรวจสอบ linearity และผลที่ได้จะขึ้นกับความน่าเชื่อถือของการวัดเพียง 1 ครั้งเท่านั้น

Quantitative Applications ตัวอย่างที่ 3 ในการหาปริมาณฟอสเฟตใน urine โดยนำตัวอย่าง 2.00 mL มาเติม molybdenum blue reagents ซึ่งทำปฏิกิริยากับ ฟอสเฟตแล้วให้สี จากนั้นเจือจางให้เป็น 100 mL นำไปวัด A ที่ 820 nm ได้ 0.428 นำตัวอย่างอีก 2.00 mL มาเติมสารละลายซึ่งมีฟอสเฟต 0.0500 mg/mL ปริมาตร 1.00 mL แล้วเจือจางให้เป็น 100 mL วัด A ที่ 820 nm ได้ 0.517 จงคำนวณปริมาณฟอสเฟตใน urine เป็น mg/mL cx = A1Vscs (A2 – A1)Vx cx = (0.428)(1.00 mL)(0.0500 mg PO43-/mL) (0.517 - 0.428) (2.00 mL) = 0.120 mg PO43-/ mL sample

Quantitative Applications Analysis of Mixtures สารละลายที่มี absorbing species มากกว่า 1 ชนิด และ species เหล่านี้ ไม่เกิด interaction กัน Atotal = A1 + A2 + … + An ที่ความยาวคลื่นที่กำหนด = 1bc1 + 2bc2 + … + nbcn

x y Absorbance A1 A2 1 2 Wavelength A1 = Ax1 + Ay1 A2 = Ax2 + Ay2 = xbcx + ybcy รูปที่ 4 Absorption spectra ของสาร x, สาร y และสารผสมของ x และ y ที่ความเข้มข้นเดียวกัน

Quantitative Applications พิจารณาการหาปริมาณสาร x และ y ในสารผสม เลือกความยาวคลื่นสำหรับการวัด absorbance (1 และ 2) วัด absorbance ของสารละลายผสมที่ 1 A1 = Ax1 + Ay1 = x1bcx + y1bcy วัด absorbance ของสารละลายผสมที่ 2 A2 = Ax2 + Ay2 = x2bcx + y2bcy วัด absorbance ของสารละลายมาตรฐาน x ที่ 1 และ 2 หา x1, x2 จาก A = bc วัด absorbance ของสารละลายมาตรฐาน y ที่ 1 และ 2 หา y1, y2 จาก A = bc แก้สมการหาค่า cx และ cy

Quantitative Applications ตัวอย่างที่ 4 การหาปริมาณ Pd (II) และ Au (III) ในสารผสมทำได้โดยให้ทำปฏิกิริยากับ methiomeprazine (C19H24N2S2) สารเชิงซ้อนของ Pd ที่ได้ดูดกลืนสูงสุดที่ 480 nm สารเชิงซ้อนของ Au ดูดกลืนสูงสุดที่ 635 nm และมีค่า molar absorptivity ดังนี้ Molar Absorptivity,  480 nm 635 nm สารเชิงซ้อนของ Pd 3.55 x 103 5.64 x 102 สารเชิงซ้อนของ Au 2.96 x 103 1.45 x 104 ถ้านำตัวอย่าง 25.0 mL มาทำปฏิกิริยากับ methiomeprazine มากเกินพอ แล้วเจือจางเป็น 50.0 mL นำสารละลายที่ได้ไปวัด absorbance ในเซลล์ขนาด 1.00 cm พบว่า A = 0.533 ที่ 480 nm และ 0.590 ที่ 635 nm จงคำนวณ molar concentration ของ Pd(II) และ Au(III) ในตัวอย่าง

Quantitative Applications ที่ 480 nm : 0.533 = (3.55 x 103)(1.00)cPd + (2.96 x 103)(1.00)cAu ที่ 635 nm : 0.590 = (5.64 x 102)(1.00)cPd + (1.45 x 104)(1.00)cAu CAu = 3.60 x 10-5 M CPd = 1.20 x 10-4 M เนื่องจากสารละลายที่นำไปวัด absorbance มีการเจือจาง 2 เท่า ดังนั้นความเข้มข้นของ Au(III) และ Pd(II) ในตัวอย่างคือ CAu = 7.20 x 10-5 M CPd = 2.40 x 10-4 M

Quantitative Applications สารผสมที่มี absorbing species มากกว่า 2 ชนิดก็สามารถวิเคราะห์ได้ โดยต้องวัด absorbance เพิ่ม 1 ครั้งเมื่อมี absorbing species เพิ่มขึ้น 1 ชนิด อย่างไรก็ดี ความไม่แน่นอนของข้อมูลที่ได้จะเพิ่มขึ้นเมื่อจำนวน absorbing species เพิ่มขึ้น แต่ถ้าใช้สเปกโทรโฟโตมิเตอร์ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ จะสามารถลดความไม่แน่นอนนี้ลงได้บ้าง

Quantitative Applications Effect of Instrumental Uncertainties ความแม่น (accuracy) และความเที่ยง (precision) ของ spectrophotometric analysis มักถูกจำกัดโดย indeterminate error หรือ noise ของเครื่องมือ noise หมายถึง การเปลี่ยนแปลงของ output จากเครื่องมือ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของไฟฟ้าและตัวแปรอื่นๆ เช่น การอ่านมิเตอร์ของผู้ทดลอง ตำแหน่งของเซลล์ในลำแสง อุณหภูมิของสารละลาย และ output ของsource

Quantitative Applications ความสัมพันธ์ระหว่าง noise ในการวัด T และความไม่แน่นอนของความเข้มข้นที่ได้ หาได้โดยเขียน Beer’s law ในรูปของ –log T A = -log T = bc c = - log T = - b ln T = - ln T 1 b 2.303 0.434

Quantitative Applications c = - ln T หา partial derivative โดยถือว่า b คงที่ จะได้ c = -  T  c = ความไม่แน่นอนของ c ซึ่งเกิดจาก noise (ความไม่แน่นอนของ T) = - = relative random error ของ T ที่เกิดจาก noise ในการวัด T = relative random error ของความเข้มข้น 0.434 b bT c c logT T T

ตารางที่ 3 ความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ของความเข้มข้น (relative concentration error) เป็นฟังก์ชันของ T และ A (T= 0.5% ). T A c/c x 100 0.95 0.022  10.20 0.90 0.046  4.74 0.80 0.097  2.80 0.70 0.155  2.00 0.60 0.222  1.63 0.50 0.301  1.44 0.40 0.399  1.36 0.30 0.523  1.38 0.20 0.699  1.55 0.10 1.000  2.17 0.030 1.523  4.75 0.020 1.699  6.38

Quantitative Applications ความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ของความเข้มข้น (relative concentration error) จะมีค่าน้อยที่สุดเมื่อ T = 0.368 หรือ %T = 36.8% หรือ A = 0.434 ความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ของความเข้มข้นจะมีค่าไม่เกิน 3% เมื่อ T = 0.10 – 0.80 %T = 10 – 80% A = 0.1 – 1.0

Quantitative Applications รูปที่ 5 Relative Errors in Spectrophotometric Analysis.  4.0  3.0 1.0  2.0 0 20 40 60 80 100 % relative error , c/c x 100 Low-absorbance method % Transmittance Ordinary High-absorbance Method of ultimate precision

Quantitative Applications Scale Expansion Techniques เทคนิคที่ใช้ลด relative concentration error ที่เกิดจากความไม่แน่นอนของเครื่องมือ เรียกว่า differential หรือ precision methods แบ่งเป็น 3 วิธี วิธีทั้งสามทำให้ความเที่ยง (precision) เพิ่มขึ้นโดยการเปลี่ยนการปรับเครื่องมือให้สเกลของ transmittance (absorbance) ครอบคลุมช่วงความเข้มข้นแคบๆ ทำให้มี instrumental error คงที่ จึงทำให้มี concentration error น้อยกว่า วิธีนี้อาจใช้ทำให้ความแม่น (accuracy) เพิ่มขึ้นไม่ได้เนื่องจากช่วงความเข้มข้นที่ใช้งานได้จำกัด

Quantitative Applications 1. Transmittance-Ratio (High–Absorbance) Methods ใช้เมื่อสารละลายตัวอย่างเข้มข้นเกินไป โดย  ปรับ 0% T โดยใช้ shutter  ปรับ 100% T ด้วยสารละลายมาตรฐานที่มีความเข้มข้นน้อยกว่าสารละลายตัวอย่าง SAMPLE %T, Expanded scale 100%T STD %T, Ordinary scale Shutter Transmittance-Ratio Method (High-absorbance method) Method A : For highly absorbing samples

Quantitative Applications 2. Trace-Analysis (Low–Absorbance) Methods ใช้เมื่อสารละลายตัวอย่างเจือจางเกินไป โดย  ปรับ 0% T ด้วยสารละลายมาตรฐานที่มีความเข้มข้นมากกว่าสารละลายตัวอย่าง  ปรับ 100% T โดยใช้ตัวทำละลาย Trace-Analysis Method (Low-Absorbance Method) Method B : For weakly absorbing samples SAMPLE STD 100%T %T, Ordinary Scale Solvent %T, Expanded Scale

Quantitative Applications 3. Double-Reference (Ultimate Precision) Methods เป็นวิธีที่ให้ความเที่ยงสูงสุด โดยรวมวิธีที่ 1 และ 2 เข้าด้วยกัน  ปรับ 0% T ด้วยสารละลายมาตรฐานซึ่งมีความเข้มข้นมากกว่าสารละลายตัวอย่าง  ปรับ 100% T ด้วยสารละลายมาตรฐานซึ่งมีความเข้มข้นน้อยกว่าสารละลายตัวอย่าง STD 1 SAMPLE %T, Expanded Scale Double-reference Method (The Method of Ultimate Precision) Method C : For maximum precision. STD 2 100%T %T, Ordinary Scale

Quantitative Applications ตารางที่ 4 เปรียบเทียบการวัดการดูดกลืนด้วยวิธีต่างๆ Method Imposed in Beam for indicator Setting of 0 %T 100 %T Ordinary shutter solvent High-absorbance standard solution less concentrated than sample Low absorbance Standard solution more concentrated than sample Ultimate precision

Spectrophotometric Titrations 4. Photometric and Spectrophotometric Titrations มีประโยชน์ในการหาจุดสมมูลของการไทเทรต ตัวทำปฏิกิริยาหรือผลิตภัณฑ์อย่างน้อย 1 ชนิดต้องดูดกลืนแสง หรือเติมอินดิเคเตอร์ที่ดูดกลืนแสงลงในสารละลายของ analyte การดูดกลืนแสงต้องเป็นไปตาม Beer’s law

Spectrophotometric Titrations 4. Photometric and Spectrophotometric Titrations Titration Curves Photometric titration curve เป็นกราฟระหว่าง absorbance (ที่ปรับแก้การเปลี่ยนแปลงปริมาตรแล้ว) กับปริมาตรของตัวไทเทรต (titrant) Acorrected = Aobserved (V + v)/V V = ปริมาตรเดิมของสารละลาย v = ปริมาตรของตัวไทเทรตที่เติม

Photometric and Spectrophotometric Titrations ถ้าเลือกสภาวะให้เหมาะสม titration curve จะประกอบด้วยเส้นตรง 2 เส้นที่มี slope ต่างกัน เส้นที่ 1 เป็นช่วงก่อนจุดสมมูล อีกเส้นหนึ่งเป็นช่วงหลังจุดสมมูล จุดยุติคือจุดตัดของเส้นที่ต่อจากเส้นตรงทั้งสอง

(a) s = p = 0 t > 0 (b) p > 0 s = t = 0 (c) s > 0 รูปที่ 6 Typical photometric titration curves. s = substance titrated, p = product, t = titrant Absorbance (a) s = p = 0 t > 0 (b) p > 0 s = t = 0 (c) s > 0 p = t = 0 (d) s > t > 0 p = 0 (e) t > p > 0 s = 0 (f) Volume of titrant p > t > 0

(a) s = p = 0 t > 0 Absorbance Volume of titrant Volume of titrant (a) s = p = 0 t > 0 รูปที่ 6 (a) เป็น titration curve ของการไทเทรต nonabsorbing species ด้วย absorbing titrant ซึ่งทำปฏิกิริยากับ analyte ให้ nonabsorbing product เช่น การไทเทรตสารละลาย Fe2+ ด้วยสารละลาย KMnO4 5Fe2+ + MnO4- + 8H3O+  5Fe3+ + Mn2+ + 12H2O colorless absorbing colorless product substance titrant

(b) p > 0 s = t = 0 Absorbance Volume of titrant รูปที่ 6 (b) เป็น titration curve ของการไทเทรต nonabsorbing species ด้วย nonabsorbing titrant ให้ absorbing product เช่น การไทเทรตสารละลาย I- ด้วยสารละลายมาตรฐาน IO3- เกิดเป็น I3- Absorbance Volume of titrant (b) p > 0 s = t = 0

Instrumentation ใช้ spectrophotometer หรือ photometer ซึ่งดัดแปลงให้ titration vessel อยู่ใน light path มักใช้ภาชนะรูปทรงกระบอกใน photometric titration จึงต้องระวังอย่าให้เคลื่อนหรือหมุน เพื่อให้ path length (b) คงที่ กำลังของ radiation source และ response ของ detector ต้องเหมือนกันตลอดการทดลอง

Applications of Photometric Titrations photometric titration ให้ผลถูกต้องกว่า direct photometric determination เพราะใช้ข้อมูลจากการวัดหลายครั้งในการหาจุดสมมูล ข้อดีของการหาจุดยุติจาก photometric titration curve โดยต่อส่วนที่เป็นเส้นตรง 2 เส้นมาตัดกันคือ เป็นการใช้ข้อมูลห่างจากจุดสมมูลซึ่งค่า absorbance เปลี่ยนแปลงทีละน้อย ดังนั้นจึง ใช้ได้กับปฏิกิริยาที่มีค่าคงที่สมดุล (Keq) ต่ำ ใช้ได้กับสารละลายที่เจือจางกว่า

photometric titration ใช้กับปฏิกิริยาหลายประเภท เช่น Oxidation-reduction titration standard oxidising agent ส่วนใหญ่ดูดกลืนรังสีได้ Acid/base titration standard acids หรือ bases ไม่ดูดกลืนรังสี ต้องเติม acid/base indicators ซึ่งดูดกลืนรังสีได้ Precipitation titration ตะกอนที่เกิดขึ้นจะลด radiant power โดยเกิดการกระเจิงแสง ที่จุดสมมูลจะไม่เกิดตะกอนเพิ่มขึ้นอีกและปริมาณแสงที่ตกกระทบ detector จึงมีค่าคงที่ การตรวจหาจุดยุติด้วยวิธีนี้เรียกว่า turbidimetry เนื่องจากเป็นการตรวจวัดความขุ่น (turbidity) Complexometric titration EDTA, complexing agent อื่นๆ ดูดกลืนรังสีได้

รูปที่ 7 Photometric titration curve ที่ 745 nm ของการไทเทรตสารละลายที่มี Bi3+ 2.0 x 10-3 M และ Cu2+ 2.0 x 10-3 M 100 mL ด้วย EDTA 0.10 M ซึ่งเห็นจุดยุติได้ชัดเจน 2 จุด 0 1 2 3 4 5 Volume of 0.1 M EDTA (mL) Bi end point Cu end point Absorbance 0.15 0.12 0.09 0.06 0.03 ในการไทเทรตสารละลายผสมของ Bi3+ และ Cu2+ ด้วย EDTA ที่ 745 nm Bi3+, Cu2+, EDTA และ Bi-EDTA complex ไม่ดูดกลืนแสง ส่วน Cu-EDTA complex ดูดกลืนแสง ในช่วงแรกของการไทเทรตซึ่งเกิด Bi-EDTA complex (Kf = 6.3 x 1022) สารละลายจึงไม่ดูดกลืนแสง เมื่อ Bi ทำปฏิกิริยาหมดจะเกิด Cu-EDTA complex (Kf = 6.3 x 1018) absorbance จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อถึงจุดสมมูลของ Cu การเติม EDTA จะไม่ทำให้ absorbance เปลี่ยนแปลงอีกต่อไป

5. Spectrophotometric Studies of Complex Ions spectrophotometry ใช้หาองค์ประกอบและหา formation constant ของ complex ions ในสารละลายได้ เนื่องจากเราสามารถวัดปริมาณการดูดกลืนรังสีได้โดยไม่รบกวนสมดุล เทคนิคที่ใช้กันมากที่สุดในการศึกษา complex ions มี 3 วิธี คือ 1. Method of continuous variations 2. Mole-ratio method 3. Slope-ratio method

Method of continuous variations ผสมสารละลาย cation (M) และ ligand (L) ที่มีความเข้มข้นเท่ากัน โดยให้ปริมาตรรวมของสารผสมคงที่ แต่อัตราส่วนโดยปริมาตรของ สารละลาย M และ L ต่างๆ กัน วัด absorbance ของแต่ละสารละลายที่ความยาวคลื่นที่เหมาะสมหา corrected absorbance จาก Acorrected = Ameasured(VM + VL) / VM สร้างกราฟระหว่าง Acorrected กับเศษส่วนปริมาตรของ M หรือ L (VM / VM + VL หรือ VL / VM + VL) จุดสูงสุด (หรือจุดต่ำสุด ถ้าสารเชิงซ้อนดูดกลืนน้อยกว่าตัวทำปฏิกิริยา) เกิดขึ้นที่ VM/VL เท่ากับอัตราส่วนของ cation และ ligand ในสารเชิงซ้อน

Method of continuous variations 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 VM / (VM + VL) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 VL / (VM + VL) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Absorbance VM /(VM+ VL) = 0.33 VL /(VM+ VL) = 0.66 VM/VL= 0.33/ 0.66 = 1/2 สูตรของสารเชิงซ้อนคือ ML2 ส่วนโค้งของ experimental lines เป็นผลของความไม่สมบูรณ์ของ complex-formation reaction ค่า formation constant ของ complex หาได้จากการวัด deviations จาก theoretical straight lines - plot corrected absorbance vs volume fraction of one reactant [VM / ( VM+ VL)] - maximum (or minimum if complex absorbs less than reactants) เกิดขึ้นที่ VM/VL ซึ่งเท่ากับอัตราส่วนของ cation และ ligand ใน complex ในรูปที่ 59 VM / (VM+ VL) = 0.33 VL / (VM+ VL) = 0.66 VM / VL = 0.33 / 0.66 = 1 / 2 ดังนั้น complex มีสูตรเป็น ML2 ส่วนโค้งของ experimental lines ในรูป เป็นผลของ incompleteness of complex-formation reaction formation constant ของ complex หาได้จากการวัด deviations form the theoretical straight lines รูปที่ 8 Continuous-variation plot สำหรับสารเชิงซ้อนที่มีอัตราส่วนของโลหะต่อลิแกนด์เป็น 1:2 และ 1:3 (ML2 และ ML3).

Mole-Ratio Method  เตรียมสารละลายผสมโดยให้ ความเข้มข้นของ metal ion คงที่ ความเข้มข้นของ ligand ต่างๆ กัน  วัด absorbance ของแต่ละสารละลายที่ความยาวคลื่นที่เหมาะสม  สร้างกราฟระหว่าง Acorrected กับอัตราส่วนโดยโมลของ M และ L จะได้เส้นตรง 2 เส้นที่มี slope ต่างกัน เมื่อต่อเส้นตรงทั้งสองจะ ตัดกันที่อัตราส่วนโดยโมลของสารเชิงซ้อน

Mole-Ratio Method  เตรียมสารละลายผสมโดยให้ ความเข้มข้นของ metal ion คงที่ ความเข้มข้นของ ligand ต่างๆ กัน  วัด absorbance ของแต่ละสารละลายที่ความยาวคลื่นที่เหมาะสม  สร้างกราฟระหว่าง Acorrected กับอัตราส่วนโดยโมลของ M และ L จะได้เส้นตรง 2 เส้นที่มี slope ต่างกัน เมื่อต่อเส้นตรงทั้งสองจะ ตัดกันที่อัตราส่วนโดยโมลของสารเชิงซ้อน

Mole-Ratio Method รูปที่ 9 Mole-ratio plots ของสารเชิงซ้อนที่มีอัตราส่วนโดยโมล 1:1 และ 1:2 1:1 complex 1:2 complex 0 1 2 3 4 Mole ligand per mole cation Absorbance 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 รูปที่ 60 แสดง typical mole-ratio plots โปรดสังเกตว่า - ligand of 1:2 complex absorbที่ความยาวคลื่นที่เลือก ดังนั้น slope หลังจุดสมมูลจึงมากกว่า 0 - uncomplexed cation ที่เกิด 1:1 complex absorbs เพราะจุดเริ่มต้นมี absorbance มากกว่า 0 - formation constant สามารถหาได้จาก ส่วนที่โค้งของ mole-ratio plots mole-ratio plot แสดง stepwise formation of two or more complexes เมื่อ successive slope เปลี่ยนแปลง ให้ complexes ที่มี molar absorptivity ต่างกัน และทำให้ formation constants แตกต่างจาก แตกต่างจากกันและกันมากพอ

Mole-Ratio Method การหา formation constant (Kf) - 1:2 complex M + 2L ML2 Mass-balance equation : CM = [M] + [ML2] CL = [L] + [ML2] CM, CL = molar concentration ของ metal ion และลิแกนด์ ถ้าใช้เซลล์ขนาด 1 cm absorbance ของสารละลายคือ A = M[M] + L[L] +  [ML2] จาก mole-ratio plot จะเห็นได้ว่า M = 0 ส่วนค่าของ L และ  หาได้จากเส้นตรงทั้งสองส่วน จากการวัด A ของส่วนที่เป็นเส้นโค้งจะได้ข้อมูลเพียงพอที่จะคำนวณความเข้มข้นที่สมดุลของ M, L, ML2 และคำนวณ formation constant ML2

Slope-Ratio Method วิธีนี้มีประโยชน์สำหรับ weak complexes แต่สามารถใช้ได้เฉพาะระบบที่เกิดสารเชิงซ้อนเพียงชนิดเดียวโดยสมมุติว่า (1) สามารถทำให้ปฏิกิริยาการเกิดสารเชิงซ้อนสมบูรณ์โดยใช้ตัวทำปฎิกิริยาชนิดใดชนิดหนึ่งมากเกินพอ (2) สารเชิงซ้อนดูดกลืนรังสี (3) เป็นไปตาม Beer’s law

Slope-Ratio Method พิจารณาปฏิกิริยาซึ่งเกิดสารเชิงซ้อน MxLy จากปฏิกิริยาของ ไอออนของโลหะ M x โมล กับลิแกนด์ L y โมล x M + y L MxLy mass-balance expression ของระบบนี้คือ molar concentration of cation M = CM = [M] + x [MxLy] (1) molar concentration of ligand L = CL = [L] + y [MxLy] (2)

Slope-Ratio Method เมื่อ analytical concentration ของ L สูงมาก สมดุลจะเลื่อนไปทางขวามาก ทำให้ [M] << x [MxLy] ดังนั้น จาก (1) CM = x [MxLy] ถ้าระบบเป็นไปตาม Beer’s law A1 = b [MxLy] = b CM/x  = molar absorptivity ของ MxLy b = path length ดังนั้น เมื่อความเข้มข้นของ L สูง ถ้า plot absorbance กับ CM จะได้เส้นตรง slope = b /x

Slope-Ratio Method เมื่อ analytical concentration ของ M สูงมาก สมดุลจะเลื่อนไปทางขวามาก สมมุติว่า [L] << y [MxLy] จาก (2) CL = y [MxLy] จาก Beer’s law A2 = b [MxLy] = b CL/y ดังนั้นถ้าความเข้มข้นของ M สูง เมื่อ plot absorbance กับ CL จะได้เส้นตรง slope = b /y อัตราส่วนของ slope ของเส้นตรงทั้งสองจะแสดงอัตราส่วนในการรวมตัวของ M และ L slope ratio = (b /x) / (b /y) = y/x

6. Automated Photometric and Spectrophotometric Methods เครื่องมืออัตโนมัติสำหรับวิเคราะห์ทางเคมี (Technicon Auto Analyzer) มีจำหน่ายเป็นครั้งแรกใน ค.ศ. 1957 เพื่อสนองความต้องการของห้องปฏิบัติการคลินิกซึ่งต้องวิเคราะห์ตัวอย่างเลือดและปัสสาวะเพื่อหา species ต่างๆ เป็นจำนวนมาก ในปัจจุบันการแพทย์สมัยใหม่ต้องการการวิเคราะห์สูงมากและเพื่อให้ค่าใช้จ่ายในการวิเคราะห์อยู่ในระดับที่สมเหตุผล จึงได้มีการพัฒนาระบบการวิเคราะห์ซึ่งสามารถวิเคราะห์ได้พร้อมๆ กันเป็นจำนวนมาก โดยใช้แรงงานจากคนน้อยที่สุด

Automated Photometric and Spectrophotometric Methods นอกจากนี้ การใช้เครื่องมืออัตโนมัติได้ขยายไปสู่ห้องปฏิบัติการสำหรับควบคุมกระบวนการในอุตสาหรรมและการหาปริมาณที่ทำเป็นงานประจำ สำหรับ species ต่างๆ ในอากาศ น้ำ ดิน ยา และผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรมากมาย การวิเคราะห์เหล่านี้ ส่วนใหญ่ใช้ photometry, spectrophotometry หรือ fluorometry

Automated Photometric and Spectrophotometric Methods ชนิดของ Automated instruments automatic analytical instruments มี 2 ชนิด คือ discrete และ continuous-flow instruments Discrete instrument แต่ละตัวอย่างจะอยู่ในภาชนะแยกกันและดำเนินการแยกกันตลอดการวิเคราะห์หนึ่งหน่วย (การสุ่มตัวอย่าง การวัดมวลหรือปริมาตร การเจือจาง การเติมรีเอเจนต์ การทำให้ผสมกัน การเซนตริฟิวจ์ และการขนส่งไปสู่เครื่องวัด)

Automated Photometric and Spectrophotometric Methods 2. Continuous-flow systems ตัวอย่างจะเป็นส่วนหนึ่งของสารละลายที่มีการไหล (flowing stream) การวิเคราะห์หลายหน่วยจะเกิดขึ้นเมื่อตัวอย่างถูกพาจากจุดฉีดตัวอย่าง (injection point) ไหลผ่านไปยังเครื่องมือวัดชนิดไหลผ่านได้ (flow-through measuring device) continuous-flow method วิธีหนึ่งเรียกว่า flow-injection analysis (FIA) ซึ่งมักใช้ photometry, spectrophotometry หรือ ion-selective measurements

Automated Photometric and Spectrophotometric Methods การหาปริมาณคลอไรด์ รูปที่ 10 แสดง flow diagram ของ flow-injection systems ที่ง่ายที่สุด colorimetric reagent สำหรับ chloride จะถูกสูบโดย peristaltic pump เข้าไปยัง valve ซึ่งมีการฉีดตัวอย่างเข้าสู่ flowing stream จากนั้นตัวอย่างและรีเอเจนต์จะผ่านเข้าสู่ reactor coil ยาว 50 cm ซึ่งรีเอเจนต์จะแพร่เข้าสู่ตัวอย่างทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่มีสี ดังสมการ Hg(SCN)2 + 2 Cl- Hg(Cl)2 + 2SCN- จาก reactor coil สารละลายจะผ่านเข้าไปยัง flow-through photometer ซึ่งมี interference filter 480 nm

รูปที่ 10 Flow-injection determination of chloride. Flow diagram Reagent Bypass Hg(SCN)2 Fe3+ mL/min Peristaltic pump Sample Reactor coil 50cm D Photometer To waste 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 6 min 15 sec 75 R75 R30 S2 Time (a) (b) (c) 1% A 50 40 30 20 10 S1 5 รูปที่ 10 Flow-injection determination of chloride. Flow diagram สัญญาณจากการวิเคราะห์ (run) ซ้ำ 4 ครั้ง ของสารละลายมาตรฐานที่มี Cl- 5 – 75 ppm Fast scan ของตัวอย่างที่มี Cl- 30 ppm (R30) และ 75 ppm (R75) เพื่อแสดงให้เห็นว่าการปนเปื้อนระหว่างการวิเคราะห์ตัวอย่างทั้งสองน้อย เมื่อเริ่มฉีดตัวอย่างที่สอง (S2) หลังจากฉีดตัวอย่างแรก 28 วินาทีจะมีตัวอย่างแรกเหลืออยู่ใน flow cell น้อยกว่า 1% Instrumentation colorimetric regent for Cl- ions จะถูก pumped โดย peristaltic pump โดยตรงเข้าไปใน valve เพื่อ injection samples เข้าไปยัง flowing stream จากนั้น sample และ reagent จะผ่าน 50-cm reactor coil ซึ่ง reagent จะ diffuses เข้าไปใน sample plug และทำให้เกิด colored product โดยปฏิกิริยาต่อไปนี้ Hg(SCN)2(aq) + 2Cl- ซ HgCl2(aq) + 2SCN- Fe3+ + SCN- ซ Fe(SCN)2+ (red ) จาก reactor coil สารละลายจะผ่านเข้าไปยัง flow-through photometer eqipped with 480-nm interference filter recorder output จากระบบนี้สำหรับ series of standards ที่มี chloride 5-75 ppm แสดงในรูป b โดยทำ 4 injections สำหรับแต่ละ standard เพื่อแสดง reproducibility of system 2 curves ทางด้านขวาเป็น high-speed recorder scans of samples ซึ่งมี Cl- 30 ppm (R30) และ 75 ppm (R75) curves ทั้งสองนี้แสดงว่า cross-contamination มีค่าน้อยที่สุดใน unsegmented stream ดังนั้น น้อยกว่า 1% ของ first analyte จะอยู่ใน flow cell หลัง 28 s ซึ่งเป็นเวลาสำหรับ injection ครั้งต่อไป (S2) ระบบนี้ใช้ได้สำหรับ routine determination of chloride ion ในน้ำกร่อยและน้ำเสีย รวมทั้ง serum samples