Teoreettiset perusteet liuoksen optisen tiheyden määrittämiselle

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 17:46

Jokainen hiukkanen, olipa se molekyyli, atomi tai ioni, siirtyy valokvantin absorption seurauksena korkeammalle energiatasolle. Useimmiten tapahtuu siirtyminen perustilasta viritettyyn tilaan. Tämä aiheuttaa tiettyjen absorptiokaistojen ilmestymisen spektreihin.

Säteilyn absorptio johtaa siihen, että kun se kulkee aineen läpi, tämän säteilyn intensiteetti pienenee, kun tietyn optisen tiheyden omaavien aineen hiukkasten lukumäärä kasvaa. Tätä tutkimusmenetelmää ehdotti V. M. Severgin vuonna 1795.

Tämä menetelmä soveltuu parhaiten reaktioihin, joissa analyytti pystyy muuttumaan värilliseksi yhdisteeksi, mikä aiheuttaa muutoksen testiliuoksen värissä. Mittaamalla sen valon absorptio tai vertaamalla väriä tunnetun pitoisuuden omaavaan liuokseen on helppo löytää aineen prosenttiosuus liuoksesta.

Valon absorption peruslaki

Fotometrisen määrityksen ydin on kaksi prosessia:

• analyytin siirto kohteeseenimukykyinen yhdiste;
• näiden samojen värähtelyjen absorption voimakkuuden mittaaminen testiaineen liuoksella.

Valoa absorboivan materiaalin läpi kulkevan valon intensiteetin muutokset johtuvat myös heijastumisesta ja sironnasta johtuvasta valohäviöstä. Jotta tulos olisi luotettava, suoritetaan rinnakkaisia tutkimuksia parametrien mittaamiseksi samalla kerrospaksuudella, identtisissä kyvetissä, samalla liuottimella. Valon intensiteetin lasku riippuu siis pääasiassa liuoksen pitoisuudesta.

Liuoksen läpi kulkevan valon intensiteetin laskua kuvaa valonläpäisykerroin (kutsutaan myös sen läpäisyksi) T:

Т=I / I_{0, missä:}

• I - aineen läpi kulkeneen valon intensiteetti;
• I_{0 - tulevan valonsäteen intensiteetti.}

Siten läpäisy osoittaa tutkittavan liuoksen läpi kulkevan absorboimattoman valovirran osuuden. Käänteislähetysarvoalgoritmia kutsutaan ratkaisun optiseksi tiheydeksi (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I) _{0 / I).}

Tämä yhtälö osoittaa, mitkä parametrit ovat tärkeimmät tutkimuksessa. Näitä ovat valon aallonpituus, kyvetin paksuus, liuoksen pitoisuus ja optinen tiheys.

Bouguer-Lambert-Beer Law

Se on matemaattinen lauseke, joka näyttää monokromaattisen valovirran intensiteetin vähenemisen riippuvuuden keskittymisestäimukykyinen ja nestekerroksen paksuus, jonka läpi se kulkee:

I=I₀10^{-ε·С·ι, missä:}

• ε - valon absorptiokerroin;
• С - aineen pitoisuus, mol/l;
• ι - analysoidun liuoksen kerrospaksuus, katso

Muunnan jälkeen tämä kaava voidaan kirjoittaa: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Lain ydin on seuraava: saman yhdisteen eri liuokset saman pitoisuuden ja kerrospaksuuden ollessa samat kyvetissä absorboivat saman osan päälle tulevasta valosta.

Ottamalla viimeisen yhtälön logaritmin saat kaavan: D=εCι.

Ilmeisesti optinen tiheys riippuu suoraan liuoksen pitoisuudesta ja sen kerroksen paksuudesta. Molaarisen absorptiokertoimen fysikaalinen merkitys tulee selväksi. Se on yhtä kuin D yksimolaariselle liuokselle, jonka kerrospaksuus on 1 cm.

Lain soveltamisen rajoitukset

Tämä osio sisältää seuraavat kohteet:

1. Se koskee vain yksiväristä valoa.
2. Kerroin ε liittyy väliaineen taitekertoimeen, erityisen voimakkaita poikkeamia laista voidaan havaita analysoitaessa erittäin konsentroituja liuoksia.
3. Optista tiheyttä mitattaessa lämpötilan on oltava vakio (muutaman asteen sisällä).
4. Valosäteen on oltava yhdensuuntainen.
5. Väliaineen pH:n on oltava vakio.
6. Laki koskee aineitajoiden valoa absorboivat keskukset ovat samantyyppisiä hiukkasia.

Konsentraation määritysmenetelmät

Kalibrointikäyrämenetelmää kannattaa harkita. Sen rakentamiseksi valmista sarja liuoksia (5-10), joissa on eri pitoisuudet testiainetta, ja mittaa niiden optinen tiheys. Saatujen arvojen mukaan piirretään käyrä D:stä pitoisuuden funktiona. Kaavio on suora viiva origosta. Sen avulla voit helposti määrittää aineen pitoisuuden mittaustuloksista.

On olemassa myös lisäysmenetelmä. Sitä käytetään harvemmin kuin edellinen, mutta sen avulla voit analysoida monimutkaisen koostumuksen ratkaisuja, koska se ottaa huomioon lisäkomponenttien vaikutuksen. Sen ydin on määrittää väliaineen optinen tiheys D_x, joka sisältää analyytin, jonka pitoisuus on tuntematon С_x, analysoimalla toistuvasti samaa liuosta, mutta tietyn määrän testikomponentin lisääminen (С_st). Arvo C_{x löydetään laskelmien tai kaavioiden avulla.}

Tutkimusehdot

Jotta fotometriset tutkimukset antaisivat luotettavan tuloksen, useiden ehtojen on täytyttävä:

• reaktion tulee päättyä nopeasti ja täydellisesti, valikoivasti ja toistettavasti;
• syntyvän aineen värin on oltava vakaa ajan kuluessa, eikä se saa muuttua valon vaikutuksesta;
• testiainetta otetaan riittävä määrä muuttaakseen sen analyyttiseen muotoon;
• mitatoptinen tiheys suoritetaan aallonpituusalueella, jolla alkuperäisten reagenssien ja analysoitavan liuoksen absorption ero on suurin;
• vertailuliuoksen valon absorptiota pidetään optisena nollana.