Podstawy teoretyczne wyznaczania gęstości optycznej roztworu

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 17:54

Każda cząsteczka, czy to cząsteczka, atom czy jon, w wyniku absorpcji kwantu światła przechodzi na wyższy poziom energetyczny. Najczęściej następuje przejście ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego. Powoduje to pojawienie się pewnych pasm absorpcyjnych w widmach.

Pochłanianie promieniowania prowadzi do tego, że gdy przechodzi ono przez substancję, intensywność tego promieniowania maleje wraz ze wzrostem liczby cząstek substancji o określonej gęstości optycznej. Ta metoda badawcza została zaproponowana przez V. M. Severgina już w 1795 roku.

Ta metoda najlepiej nadaje się do reakcji, w których analit jest w stanie przekształcić się w barwny związek, co powoduje zmianę koloru roztworu testowego. Mierząc jego absorpcję światła lub porównując kolor z roztworem o znanym stężeniu, łatwo jest określić procent substancji w roztworze.

Podstawowe prawo pochłaniania światła

Istotą oznaczania fotometrycznego są dwa procesy:

• transfer analitu dozwiązek absorbujący;
• pomiar intensywności pochłaniania tych samych drgań przez roztwór substancji badanej.

Zmiany natężenia światła przechodzącego przez materiał pochłaniający światło będą również spowodowane utratą światła w wyniku odbicia i rozproszenia. Aby wynik był wiarygodny, prowadzone są równoległe badania mające na celu pomiar parametrów przy tej samej grubości warstwy, w identycznych kuwetach, z tym samym rozpuszczalnikiem. Zatem spadek natężenia światła zależy głównie od stężenia roztworu.

Spadek natężenia światła przechodzącego przez roztwór charakteryzuje się współczynnikiem przepuszczalności światła (zwanym również jego przepuszczalnością) T:

Т=I / I_{0, gdzie:}

• I - intensywność światła przechodzącego przez substancję;
• I_{0 - intensywność wiązki światła padającego.}

W związku z tym transmisja pokazuje proporcję niezaabsorbowanego strumienia światła przechodzącego przez badany roztwór. Algorytm odwrotnej wartości transmisji nazywa się gęstością optyczną roztworu (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

To równanie pokazuje, które parametry są głównymi parametrami do badań. Obejmują one długość fali światła, grubość kuwety, stężenie roztworu i gęstość optyczną.

Prawo Bouguera-Lamberta-Beera

Jest to wyrażenie matematyczne, które przedstawia zależność spadku natężenia monochromatycznego strumienia świetlnego od stężeniachłonnego i grubości warstwy cieczy, przez którą przechodzi:

I=I₀10^{-ε·С·ι, gdzie:}

• ε - współczynnik pochłaniania światła;
• С - stężenie substancji, mol/l;
• ι - grubość warstwy analizowanego rozwiązania, patrz

Po przekształceniu wzór ten można zapisać: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Istota prawa jest następująca: różne roztwory tego samego związku o równym stężeniu i grubości warstwy w kuwecie pochłaniają tę samą część padającego na nie światła.

Biorąc logarytm z ostatniego równania, możesz otrzymać wzór: D=εCι.

Oczywiście gęstość optyczna zależy bezpośrednio od stężenia roztworu i grubości jego warstwy. Fizyczne znaczenie molowego współczynnika absorpcji staje się jasne. Jest równy D dla roztworu jednomolarnego i grubości warstwy 1 cm.

Ograniczenia w stosowaniu prawa

Ta sekcja zawiera następujące elementy:

1. Dotyczy tylko światła monochromatycznego.
2. Współczynnik ε jest związany ze współczynnikiem załamania światła ośrodka, szczególnie silne odchylenia od prawa można zaobserwować podczas analizy roztworów o wysokim stężeniu.
3. Temperatura podczas pomiaru gęstości optycznej musi być stała (w zakresie kilku stopni).
4. Wiązka światła musi być równoległa.
5. PH medium musi być stałe.
6. Prawo dotyczy substancjiktórych centra pochłaniające światło są cząsteczkami tego samego typu.

Metody określania stężenia

Warto rozważyć metodę krzywej kalibracyjnej. Aby go zbudować należy przygotować serię roztworów (5-10) o różnych stężeniach substancji badanej i zmierzyć ich gęstość optyczną. Zgodnie z uzyskanymi wartościami wykreśla się wykres D w funkcji stężenia. Wykres jest linią prostą od początku. Pozwala w prosty sposób określić stężenie substancji na podstawie wyników pomiarów.

Istnieje również metoda dodawania. Jest używany rzadziej niż poprzedni, ale pozwala analizować rozwiązania o złożonym składzie, ponieważ uwzględnia wpływ dodatkowych składników. Jego istotą jest wyznaczenie gęstości optycznej ośrodka D_x, zawierającego analit o nieznanym stężeniu С_x, z wielokrotną analizą tego samego roztworu, ale z dodanie pewnej ilości składnika testowego (С_st). Wartość C_{x można znaleźć za pomocą obliczeń lub wykresów.}

Warunki badania

Aby badania fotometryczne dały wiarygodne wyniki, należy spełnić kilka warunków:

• reakcja musi zakończyć się szybko i całkowicie, selektywnie i powtarzalnie;
• kolor powstałej substancji musi być stabilny w czasie i nie zmieniać się pod wpływem światła;
• substancja badana jest pobierana w ilości wystarczającej do przekształcenia jej w postać analityczną;
• pomiarygęstość optyczną przeprowadza się w zakresie długości fal, w którym różnica w absorpcji odczynników wyjściowych i analizowanego roztworu jest największa;
• Pochłanianie światła przez roztwór odniesienia jest uważane za optyczne zero.