Baze teoretice pentru determinarea densității optice a unei soluții

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 17:54

Orice particulă, fie că este o moleculă, un atom sau un ion, ca urmare a absorbției unei cuantum de lumină, trece la un nivel superior de stare de energie. Cel mai adesea, are loc trecerea de la starea fundamentală la starea excitată. Acest lucru face ca anumite benzi de absorbție să apară în spectre.

Absorbția radiațiilor duce la faptul că atunci când aceasta trece printr-o substanță, intensitatea acestei radiații scade odată cu creșterea numărului de particule dintr-o substanță cu o anumită densitate optică. Această metodă de cercetare a fost propusă de V. M. Severgin încă din 1795.

Această metodă este cea mai potrivită pentru reacțiile în care analitul este capabil să se transforme într-un compus colorat, ceea ce provoacă o schimbare a culorii soluției de testat. Măsurându-și absorbția luminii sau comparând culoarea cu o soluție de concentrație cunoscută, este ușor de găsit procentul de substanță din soluție.

Legea de bază a absorbției luminii

Esența determinării fotometrice sunt două procese:

• transferul analitului cătrecompus absorbant;
• măsurând intensitatea absorbției acestor vibrații de către o soluție a substanței de testat.

Modificările intensității luminii care trece prin materialul absorbant de lumină vor fi cauzate, de asemenea, de pierderea luminii datorată reflectării și împrăștierii. Pentru ca rezultatul să fie fiabil, se efectuează studii paralele pentru măsurarea parametrilor la aceeași grosime a stratului, în cuve identice, cu același solvent. Deci scăderea intensității luminii depinde în principal de concentrația soluției.

Scăderea intensității luminii trecute prin soluție se caracterizează prin coeficientul de transmisie a luminii (numit și transmisia acesteia) T:

Т=I / I_{0, unde:}

• I - intensitatea luminii trecute prin substanta;
• I_{0 - intensitatea fasciculului de lumină incidentă.}

Astfel, transmisia arată proporția fluxului luminos neabsorbit care trece prin soluția studiată. Algoritmul valorii de transmisie inversă se numește densitatea optică a soluției (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Această ecuație arată care parametri sunt principalii pentru cercetare. Acestea includ lungimea de undă a luminii, grosimea cuvei, concentrația soluției și densitatea optică.

Legea Bouguer-Lambert-Beer

Este o expresie matematică care afișează dependența scăderii intensității unui flux de lumină monocromatic de la concentrareabsorbant și grosimea stratului de lichid prin care este trecut:

I=I₀10^{-ε·С·ι, unde:}

• ε - coeficientul de absorbție a luminii;
• С - concentrația unei substanțe, mol/l;
• ι - grosimea stratului soluției analizate, vezi

După transformare, această formulă poate fi scrisă: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Esența legii este următoarea: soluții diferite ale aceluiași compus la aceeași concentrație și grosime de strat în cuvă absorb aceeași parte a luminii care cade asupra lor.

Luând logaritmul ultimei ecuații, puteți obține formula: D=εCι.

Evident, densitatea optică depinde direct de concentrația soluției și de grosimea stratului acesteia. Semnificația fizică a coeficientului molar de absorbție devine clară. Este egal cu D pentru o soluție cu un molar și cu o grosime a stratului de 1 cm.

Restricții privind aplicarea legii

Această secțiune include următoarele articole:

1. Este valabil numai pentru lumina monocromatică.
2. Coeficientul ε este legat de indicele de refracție al mediului, în special abateri puternice de la lege pot fi observate atunci când se analizează soluții foarte concentrate.
3. Temperatura la măsurarea densității optice trebuie să fie constantă (în câteva grade).
4. Fasciculul luminos trebuie să fie paralel.
5. pH-ul mediului trebuie să fie constant.
6. Legea se aplică substanțelorale căror centri absorbanți de lumină sunt particule de același tip.

Metode pentru determinarea concentrației

Merită să luați în considerare metoda curbei de calibrare. Pentru a-l construi, se prepară o serie de soluții (5-10) cu diferite concentrații ale substanței de testat și se măsoară densitatea optică a acestora. În funcție de valorile obținute, este reprezentată graficul D față de concentrație. Graficul este o linie dreaptă de la origine. Vă permite să determinați cu ușurință concentrația unei substanțe din rezultatele măsurătorilor.

Există și o metodă de adăugiri. Este folosit mai puțin frecvent decât precedentul, dar vă permite să analizați soluții de compoziție complexă, deoarece ține cont de influența componentelor suplimentare. Esența acestuia este de a determina densitatea optică a mediului D_x, care conține analitul de concentrație necunoscută С_x, cu analize repetate ale aceleiași soluții, dar cu adăugarea unei anumite cantități din componenta de testare (С_st). Valoarea lui C_{x este găsită folosind calcule sau grafice.}

Condiții de cercetare

Pentru ca studiile fotometrice să dea un rezultat fiabil, trebuie îndeplinite mai multe condiții:

• reacția trebuie să se termine rapid și complet, selectiv și reproductibil;
• culoarea substanței rezultate trebuie să fie stabilă în timp și să nu se schimbe sub acțiunea luminii;
• substanța de testat este luată într-o cantitate suficientă pentru a o transforma într-o formă analitică;
• măsurăridensitatea optică se realizează în intervalul de lungimi de undă la care diferența de absorbție a reactivilor inițiali și a soluției analizate este cea mai mare;
• absorbția luminii a soluției de referință este considerată a fi zero optic.