Teoretisk grunnlag for å bestemme den optiske tettheten til en løsning

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 17:53

Enhver partikkel, det være seg et molekyl, et atom eller et ion, som et resultat av absorpsjon av et kvantum av lys, går over til et høyere nivå av energitilstand. Oftest skjer overgangen fra grunntilstanden til den eksiterte tilstanden. Dette fører til at visse absorpsjonsbånd vises i spektrene.

Absorpsjonen av stråling fører til at når den passerer gjennom et stoff, avtar intensiteten av denne strålingen med en økning i antall partikler av et stoff med en viss optisk tetthet. Denne forskningsmetoden ble foreslått av V. M. Severgin tilbake i 1795.

Denne metoden er best egnet for reaksjoner der analytten er i stand til å transformere seg til en farget forbindelse, som forårsaker en endring i fargen på testløsningen. Ved å måle lysabsorpsjonen eller sammenligne fargen med en løsning med kjent konsentrasjon, er det enkelt å finne prosentandelen av stoffet i løsningen.

Grunnleggende lov om lysabsorpsjon

Essensen av fotometrisk bestemmelse er to prosesser:

• overføring av analytten tilabsorberende stoff;
• måling av absorpsjonsintensiteten av de samme vibrasjonene med en løsning av teststoffet.

Endringer i intensiteten til lys som passerer gjennom det lysabsorberende materialet vil også være forårsaket av lystap på grunn av refleksjon og spredning. For å gjøre resultatet pålitelig, gjennomføres det parallelle studier for å måle parametrene ved samme lagtykkelse, i identiske kyvetter, med samme løsemiddel. Så reduksjonen i lysintensitet avhenger hovedsakelig av konsentrasjonen av løsningen.

Nedgangen i intensiteten til lys som passerer gjennom løsningen er karakterisert ved lystransmisjonskoeffisienten (også k alt dens transmisjon) T:

Т=I/I_{0, hvor:}

• I - lysintensiteten som passerer gjennom stoffet;
• I_{0 - intensiteten til den innfallende lysstrålen.}

Transmisjon viser således andelen uabsorbert lysstrøm som passerer gjennom løsningen som studeres. Algoritmen for invers overføringsverdi kalles den optiske tettheten til løsningen (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Denne ligningen viser hvilke parametere som er de viktigste for forskning. Disse inkluderer bølgelengden til lyset, tykkelsen på kyvetten, konsentrasjonen av løsningen og den optiske tettheten.

Bouguer-Lambert-Beer Law

Det er et matematisk uttrykk som viser avhengigheten av reduksjonen i intensiteten til en monokromatisk lysfluks fra konsentrasjonabsorberende og tykkelsen på væskelaget som det føres gjennom:

I=I₀10^{-ε·С·ι, hvor:}

• ε - lysabsorpsjonskoeffisient;
• С - konsentrasjon av et stoff, mol/l;
• ι - lagtykkelse på den analyserte løsningen, se

Etter transformering kan denne formelen skrives: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Kjernen i loven er som følger: forskjellige løsninger av samme blanding i lik konsentrasjon og lagtykkelse i kyvetten absorberer den samme delen av lyset som faller på dem.

Ved å ta logaritmen til den siste ligningen, kan du få formelen: D=εCι.

Det er klart at den optiske tettheten avhenger direkte av konsentrasjonen av løsningen og tykkelsen på laget. Den fysiske betydningen av den molare absorpsjonskoeffisienten blir tydelig. Den er lik D for en enmolar løsning og med en lagtykkelse på 1 cm.

Begrensninger for anvendelsen av loven

Denne delen inkluderer følgende elementer:

1. Den er kun gyldig for monokromatisk lys.
2. Koeffisienten ε er relatert til brytningsindeksen til mediet, spesielt sterke avvik fra loven kan observeres ved analyse av høykonsentrerte løsninger.
3. Temperaturen ved måling av optisk tetthet må være konstant (innen noen få grader).
4. Lysstrålen må være parallell.
5. pH-verdien til mediet må være konstant.
6. Loven gjelder for stofferhvis lysabsorberende senter er partikler av samme type.

Metoder for å bestemme konsentrasjon

Det er verdt å vurdere kalibreringskurvemetoden. For å bygge den, tilbered en serie løsninger (5-10) med forskjellige konsentrasjoner av teststoffet og mål deres optiske tetthet. I henhold til de oppnådde verdiene plottes et plott av D versus konsentrasjon. Grafen er en rett linje fra origo. Den lar deg enkelt bestemme konsentrasjonen av et stoff fra resultatene av målinger.

Det finnes også en metode for tillegg. Den brukes sjeldnere enn den forrige, men den lar deg analysere løsninger med kompleks sammensetning, siden den tar hensyn til påvirkningen av tilleggskomponenter. Dens essens er å bestemme den optiske tettheten til mediet D_x, som inneholder analytten med ukjent konsentrasjon С_x, med gjentatt analyse av den samme løsningen, men med tillegg av en viss mengde av testkomponenten (С_st). Verdien av C_{x er funnet ved hjelp av beregninger eller grafer.}

Forskningsbetingelser

For at fotometriske studier skal gi et pålitelig resultat, må flere betingelser være oppfylt:

• reaksjonen må avsluttes raskt og fullstendig, selektivt og reproduserbart;
• fargen på det resulterende stoffet må være stabil over tid og ikke endres under påvirkning av lys;
• teststoffet tas i en tilstrekkelig mengde til å omdanne det til en analytisk form;
• måloptisk tetthet utføres i bølgelengdeområdet der forskjellen i absorpsjon av de initiale reagensene og den analyserte løsningen er størst;
• lysabsorpsjon av referanseløsningen anses å være optisk null.