Θεωρητικά θεμέλια για τον προσδιορισμό της οπτικής πυκνότητας ενός διαλύματος

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 17:44

Οποιοδήποτε σωματίδιο, είτε είναι μόριο, άτομο ή ιόν, ως αποτέλεσμα της απορρόφησης ενός κβαντικού φωτός, περνά σε ένα υψηλότερο επίπεδο ενεργειακής κατάστασης. Τις περισσότερες φορές, συμβαίνει η μετάβαση από τη βασική κατάσταση στη διεγερμένη κατάσταση. Αυτό προκαλεί την εμφάνιση ορισμένων ζωνών απορρόφησης στα φάσματα.

Η απορρόφηση της ακτινοβολίας οδηγεί στο γεγονός ότι όταν διέρχεται από μια ουσία, η ένταση αυτής της ακτινοβολίας μειώνεται με την αύξηση του αριθμού των σωματιδίων μιας ουσίας με μια ορισμένη οπτική πυκνότητα. Αυτή η ερευνητική μέθοδος προτάθηκε από τον V. M. Severgin το 1795.

Αυτή η μέθοδος είναι η καταλληλότερη για αντιδράσεις όπου η αναλυόμενη ουσία μπορεί να μετατραπεί σε έγχρωμη ένωση, η οποία προκαλεί αλλαγή στο χρώμα του διαλύματος δοκιμής. Μετρώντας την απορρόφησή του φωτός ή συγκρίνοντας το χρώμα με διάλυμα γνωστής συγκέντρωσης, είναι εύκολο να βρεθεί το ποσοστό της ουσίας στο διάλυμα.

Βασικός νόμος της απορρόφησης φωτός

Η ουσία του φωτομετρικού προσδιορισμού είναι δύο διαδικασίες:

• μεταφορά της αναλυόμενης ουσίας σεαπορροφητική ένωση;
• μέτρηση της έντασης απορρόφησης αυτών των ίδιων δονήσεων από ένα διάλυμα της ελεγχόμενης ουσίας.

Οι αλλαγές στην ένταση του φωτός που διέρχεται από το υλικό που απορροφά το φως θα προκληθούν επίσης από απώλεια φωτός λόγω ανάκλασης και σκέδασης. Για να είναι το αποτέλεσμα αξιόπιστο, πραγματοποιούνται παράλληλες μελέτες για τη μέτρηση των παραμέτρων στο ίδιο πάχος στρώσης, σε πανομοιότυπες κυψελίδες, με τον ίδιο διαλύτη. Άρα η μείωση της έντασης φωτός εξαρτάται κυρίως από τη συγκέντρωση του διαλύματος.

Η μείωση της έντασης του φωτός που διέρχεται από το διάλυμα χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή μετάδοσης φωτός (ονομάζεται επίσης μετάδοση του) T:

Т=I / I_{0, όπου:}

• I - ένταση φωτός που διέρχεται από την ουσία;
• I_{0 - ένταση της προσπίπτουσας δέσμης φωτός.}

Έτσι, η μετάδοση δείχνει την αναλογία της μη απορροφούμενης φωτεινής ροής που διέρχεται από το υπό μελέτη διάλυμα. Ο αλγόριθμος τιμής αντίστροφης μετάδοσης ονομάζεται οπτική πυκνότητα της λύσης (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Αυτή η εξίσωση δείχνει ποιες παράμετροι είναι οι κύριες για έρευνα. Αυτά περιλαμβάνουν το μήκος κύματος του φωτός, το πάχος της κυψελίδας, τη συγκέντρωση του διαλύματος και την οπτική πυκνότητα.

Νόμος Bouguer-Lambert-Beer

Είναι μια μαθηματική έκφραση που εμφανίζει την εξάρτηση της μείωσης της έντασης μιας μονοχρωματικής ροής φωτός από τη συγκέντρωσηαπορροφητικό και το πάχος του υγρού στρώματος από το οποίο περνάει:

I=I₀10^{-ε·С·ι, όπου:}

• ε - συντελεστής απορρόφησης φωτός;
• С - συγκέντρωση μιας ουσίας, mol/l;
• ι - πάχος στρώσης του αναλυόμενου διαλύματος, βλέπε

Μετά τη μετατροπή, μπορεί να γραφτεί αυτός ο τύπος: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Η ουσία του νόμου είναι η εξής: διαφορετικά διαλύματα της ίδιας ένωσης σε ίση συγκέντρωση και πάχος στρώματος στην κυψελίδα απορροφούν το ίδιο μέρος του φωτός που πέφτει πάνω τους.

Λαμβάνοντας τον λογάριθμο της τελευταίας εξίσωσης, μπορείτε να πάρετε τον τύπο: D=εCι.

Προφανώς, η οπτική πυκνότητα εξαρτάται άμεσα από τη συγκέντρωση του διαλύματος και το πάχος του στρώματός του. Η φυσική έννοια του μοριακού συντελεστή απορρόφησης γίνεται σαφής. Είναι ίσο με D για ένα γραμμομοριακό διάλυμα και με πάχος στρώσης 1 cm.

Περιορισμοί στην εφαρμογή του νόμου

Αυτή η ενότητα περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία:

1. Ισχύει μόνο για μονόχρωμο φως.
2. Ο συντελεστής ε σχετίζεται με τον δείκτη διάθλασης του μέσου, ιδιαίτερα ισχυρές αποκλίσεις από το νόμο μπορούν να παρατηρηθούν κατά την ανάλυση διαλυμάτων υψηλής συγκέντρωσης.
3. Η θερμοκρασία κατά τη μέτρηση της οπτικής πυκνότητας πρέπει να είναι σταθερή (μέσα σε λίγους βαθμούς).
4. Η δέσμη φωτός πρέπει να είναι παράλληλη.
5. Το pH του μέσου πρέπει να είναι σταθερό.
6. Ο νόμος ισχύει για ουσίεςτων οποίων τα κέντρα απορρόφησης φωτός είναι σωματίδια του ίδιου τύπου.

Μέθοδοι για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης

Αξίζει να εξετάσετε τη μέθοδο της καμπύλης βαθμονόμησης. Για την κατασκευή του, παρασκευάστε μια σειρά από διαλύματα (5-10) με διαφορετικές συγκεντρώσεις της υπό δοκιμή ουσίας και μετρήστε την οπτική τους πυκνότητα. Σύμφωνα με τις λαμβανόμενες τιμές, σχεδιάζεται ένα διάγραμμα D ως προς τη συγκέντρωση. Το γράφημα είναι μια ευθεία γραμμή από την αρχή. Σας επιτρέπει να προσδιορίζετε εύκολα τη συγκέντρωση μιας ουσίας από τα αποτελέσματα των μετρήσεων.

Υπάρχει επίσης μια μέθοδος προσθηκών. Χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά από το προηγούμενο, αλλά σας επιτρέπει να αναλύετε διαλύματα σύνθετης σύνθεσης, καθώς λαμβάνει υπόψη την επίδραση πρόσθετων συστατικών. Η ουσία του είναι να προσδιορίσει την οπτική πυκνότητα του μέσου D_x, που περιέχει την αναλυόμενη ουσία άγνωστης συγκέντρωσης С_x, με επαναλαμβανόμενη ανάλυση του ίδιου διαλύματος, αλλά με την προσθήκη ορισμένης ποσότητας του συστατικού δοκιμής (С_st). Η τιμή του C_{x βρίσκεται χρησιμοποιώντας υπολογισμούς ή γραφήματα.}

Συνθήκες έρευνας

Για να δώσουν οι φωτομετρικές μελέτες αξιόπιστο αποτέλεσμα, πρέπει να πληρούνται αρκετές προϋποθέσεις:

• Η αντίδραση πρέπει να τελειώσει γρήγορα και πλήρως, επιλεκτικά και αναπαραγώγιμα;
• το χρώμα της ουσίας που προκύπτει πρέπει να είναι σταθερό με την πάροδο του χρόνου και να μην αλλάζει υπό τη δράση του φωτός.
• η ελεγχόμενη ουσία λαμβάνεται σε ποσότητα επαρκή για τη μετατροπή της σε αναλυτική μορφή·
• μετρήσειςΗ οπτική πυκνότητα πραγματοποιείται στο εύρος μήκους κύματος στο οποίο η διαφορά στην απορρόφηση των αρχικών αντιδραστηρίων και του αναλυόμενου διαλύματος είναι μεγαλύτερη·
• η απορρόφηση φωτός του διαλύματος αναφοράς θεωρείται οπτικό μηδέν.