Теоретични основи за определяне на оптичната плътност на разтвор

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 17:41

Всяка частица, било то молекула, атом или йон, в резултат на поглъщане на квант светлина, преминава към по-високо ниво на енергийно състояние. Най-често се случва преходът от основно състояние към възбудено състояние. Това води до появата на определени абсорбционни ленти в спектрите.

Поглъщането на радиация води до факта, че когато преминава през вещество, интензитетът на това излъчване намалява с увеличаване на броя на частиците на вещество с определена оптична плътност. Този метод на изследване е предложен от В. М. Севергин през 1795 г.

Този метод е най-подходящ за реакции, при които аналитът може да се трансформира в оцветено съединение, което причинява промяна в цвета на тестовия разтвор. Чрез измерване на неговото поглъщане на светлина или сравняване на цвета с разтвор с известна концентрация е лесно да се намери процентът на веществото в разтвора.

Основен закон за поглъщане на светлината

Същността на фотометричното определяне е два процеса:

прехвърляне на аналита къмабсорбираща смес;
измерване на интензитета на поглъщане на същите тези вибрации от разтвор на изпитваното вещество.

Промените в интензитета на светлината, преминаваща през поглъщащия светлина материал, също ще бъдат причинени от загуба на светлина поради отражение и разсейване. За да бъде резултатът надежден, се провеждат паралелни изследвания за измерване на параметрите при една и съща дебелина на слоя, в идентични кювети, със същия разтворител. Така че намаляването на интензитета на светлината зависи главно от концентрацията на разтвора.

Намаляването на интензитета на светлината, преминаваща през разтвора, се характеризира с коефициента на пропускане на светлина (наричан още неговото пропускане) T:

Т=I / I_{0, където:}

I - интензитет на светлината, преминала през веществото;

I_{0 - интензитет на падащия светлинен лъч.}

По този начин предаването показва пропорцията на неабсорбирания светлинен поток, преминаващ през изследвания разтвор. Алгоритъмът на обратната стойност на предаване се нарича оптична плътност на разтвора (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Това уравнение показва кои параметри са основните за изследване. Те включват дължината на вълната на светлината, дебелината на кюветата, концентрацията на разтвора и оптичната плътност.

Bouguer-Lambert-Beer Law

Това е математически израз, който показва зависимостта на намаляването на интензитета на монохроматичен светлинен поток от концентрациятаабсорбент и дебелината на течния слой, през който се преминава:

I=I₀10^{-ε·С·ι, където:}

ε - коефициент на поглъщане на светлина;
С - концентрация на вещество, mol/l;
ι - дебелина на слоя на анализирания разтвор, вижте

След трансформиране, тази формула може да бъде написана: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Същността на закона е следната: различни разтвори на едно и също съединение при еднаква концентрация и дебелина на слоя в кюветата абсорбират една и съща част от светлината, падаща върху тях.

Като вземете логаритъма на последното уравнение, можете да получите формулата: D=εCι.

Очевидно, оптичната плътност зависи пряко от концентрацията на разтвора и дебелината на неговия слой. Физическият смисъл на моларния коефициент на абсорбция става ясен. То е равно на D за едномоларен разтвор и с дебелина на слоя 1 см.

Ограничения за прилагането на закона

Този раздел включва следните елементи:

Важи само за монохроматична светлина.
Коефициентът ε е свързан с коефициента на пречупване на средата, особено силни отклонения от закона могат да се наблюдават при анализ на силно концентрирани разтвори.
Температурата при измерване на оптичната плътност трябва да е постоянна (в рамките на няколко градуса).
Светлинният лъч трябва да е успореден.
РН на средата трябва да е постоянно.
Законът се прилага за веществатачиито центрове на поглъщане на светлина са частици от същия тип.

Методи за определяне на концентрация

Заслужава си да се вземе предвид методът на калибровъчната крива. За изграждането му се приготвя серия от разтвори (5-10) с различни концентрации на изпитваното вещество и се измерва тяхната оптична плътност. Според получените стойности се нанася графика на D спрямо концентрацията. Графиката е права линия от началото. Позволява ви лесно да определите концентрацията на вещество от резултатите от измерванията.

Има и метод за добавяне. Използва се по-рядко от предишния, но ви позволява да анализирате разтвори със сложен състав, тъй като отчита влиянието на допълнителни компоненти. Същността му е да се определи оптичната плътност на средата D_x, съдържаща аналита с неизвестна концентрация С_x, с повторен анализ на същия разтвор, но с добавянето на определено количество от тестовия компонент (С_st). Стойността на C_{x се намира с помощта на изчисления или графики.}

Условия за изследване

За да могат фотометричните изследвания да дадат надежден резултат, трябва да бъдат изпълнени няколко условия:

реакцията трябва да приключи бързо и напълно, избирателно и възпроизводимо;
цветът на полученото вещество трябва да е стабилен във времето и да не се променя под действието на светлина;
изпитваното вещество се приема в количество, достатъчно, за да се превърне в аналитична форма;
измерванияоптичната плътност се извършва в диапазона на дължината на вълната, при който разликата в абсорбцията на изходните реагенти и анализирания разтвор е най-голяма;
поглъщането на светлина от референтния разтвор се счита за оптична нула.