Teoretiska grunder för att bestämma den optiska densiteten för en lösning

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 17:56

Varje partikel som helst, vare sig det är en molekyl, en atom eller en jon, övergår till en högre nivå av energitillstånd som ett resultat av absorption av ett kvantum av ljus. Oftast sker övergången från grundtillståndet till det exciterade tillståndet. Detta gör att vissa absorptionsband dyker upp i spektrat.

Absorptionen av strålning leder till att när den passerar genom ett ämne, minskar intensiteten av denna strålning med en ökning av antalet partiklar av ett ämne med en viss optisk densitet. Denna forskningsmetod föreslogs av V. M. Severgin redan 1795.

Denna metod är bäst lämpad för reaktioner där analyten kan omvandlas till en färgad förening, vilket orsakar en förändring i färgen på testlösningen. Genom att mäta dess ljusabsorption eller jämföra färgen med en lösning med känd koncentration är det lätt att hitta procentandelen av ämnet i lösningen.

Grundlag för ljusabsorption

Kärnan i fotometrisk bestämning är två processer:

• överföring av analyten tillabsorberande blandning;
• mätning av absorptionsintensiteten av samma vibrationer med en lösning av testämnet.

Förändringar i intensiteten av ljus som passerar genom det ljusabsorberande materialet kommer också att orsakas av ljusförlust på grund av reflektion och spridning. För att göra resultatet tillförlitligt genomförs parallella studier för att mäta parametrarna vid samma skikttjocklek, i identiska kyvetter, med samma lösningsmedel. Så minskningen i ljusintensitet beror huvudsakligen på lösningens koncentration.

Minskningen av ljusintensiteten som passerar genom lösningen kännetecknas av ljustransmissionskoefficienten (även kallad dess transmission) T:

Т=I/I_{0, där:}

• I - ljusintensiteten som passerar genom ämnet;
• I_{0 - intensiteten hos den infallande ljusstrålen.}

Transmission visar således andelen oabsorberat ljusflöde som passerar genom lösningen som studeras. Algoritmen för omvänd överföringsvärde kallas lösningens optiska densitet (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Denna ekvation visar vilka parametrar som är de viktigaste för forskning. Dessa inkluderar ljusets våglängd, kyvettens tjocklek, lösningens koncentration och den optiska densiteten.

Bouguer-Lambert-Beer Law

Det är ett matematiskt uttryck som visar beroendet av minskningen av intensiteten hos ett monokromatiskt ljusflöde från koncentrationabsorbent och tjockleken på vätskeskiktet genom vilket det passerar:

I=I₀10^{-ε·С·ι, där:}

• ε - ljusabsorptionskoefficient;
• С - koncentration av ett ämne, mol/l;
• ι - skikttjocklek på den analyserade lösningen, se

Efter transformation kan denna formel skrivas: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Kärnan i lagen är som följer: olika lösningar av samma förening i samma koncentration och skikttjocklek i kyvetten absorberar samma del av ljuset som faller på dem.

Genom att ta logaritmen för den sista ekvationen kan du få formeln: D=εCι.

Självklart beror den optiska densiteten direkt på koncentrationen av lösningen och tjockleken på dess skikt. Den fysiska innebörden av den molära absorptionskoefficienten blir tydlig. Det är lika med D för en enmolars lösning och med en skikttjocklek på 1 cm.

Restriktioner för tillämpningen av lagen

Det här avsnittet innehåller följande artiklar:

1. Det gäller endast för monokromatiskt ljus.
2. Koefficienten ε är relaterad till mediets brytningsindex, särskilt kraftiga avvikelser från lagen kan observeras vid analys av högkoncentrerade lösningar.
3. Temperaturen vid mätning av optisk densitet måste vara konstant (inom några få grader).
4. Ljusstrålen måste vara parallell.
5. Mediets pH måste vara konstant.
6. Lagen gäller för ämnenvars ljusabsorberande centrum är partiklar av samma typ.

Metoder för att bestämma koncentration

Det är värt att överväga kalibreringskurvmetoden. För att bygga den, förbered en serie lösningar (5-10) med olika koncentrationer av testämnet och mät deras optiska densitet. Enligt de erhållna värdena ritas ett diagram av D mot koncentrationen. Grafen är en rät linje från origo. Det låter dig enkelt bestämma koncentrationen av ett ämne utifrån mätresultaten.

Det finns också en metod för tillägg. Den används mindre ofta än den föregående, men den låter dig analysera lösningar med komplex sammansättning, eftersom den tar hänsyn till påverkan av ytterligare komponenter. Dess essens är att bestämma den optiska densiteten för mediet D_x, innehållande analyten med okänd koncentration С_x, med upprepad analys av samma lösning, men med tillägg av en viss mängd av testkomponenten (С_st). Värdet på C_{x hittas med hjälp av beräkningar eller grafer.}

Forskningsvillkor

För att fotometriska studier ska ge ett tillförlitligt resultat måste flera villkor vara uppfyllda:

• reaktionen måste avslutas snabbt och fullständigt, selektivt och reproducerbart;
• färgen på det resulterande ämnet måste vara stabil över tiden och inte förändras under inverkan av ljus;
• testämnet tas i en mängd som är tillräcklig för att omvandla det till en analytisk form;
• måttoptisk densitet utförs i det våglängdsområde där skillnaden i absorptionen av de initiala reagensen och den analyserade lösningen är störst;
• ljusabsorption av referenslösningen anses vara optisk noll.