Teoretické základy na určenie optickej hustoty roztoku

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 17:55

Akákoľvek častica, či už je to molekula, atóm alebo ión, v dôsledku absorpcie kvanta svetla prechádza do vyššieho energetického stavu. Najčastejšie dochádza k prechodu zo základného do excitovaného stavu. To spôsobí, že sa v spektrách objavia určité absorpčné pásy.

Absorpcia žiarenia vedie k tomu, že pri prechode látkou sa intenzita tohto žiarenia znižuje s nárastom počtu častíc látky s určitou optickou hustotou. Túto výskumnú metódu navrhol V. M. Severgin už v roku 1795.

Táto metóda je najvhodnejšia pre reakcie, kde je analyt schopný premeniť sa na farebnú zlúčeninu, ktorá spôsobí zmenu farby testovaného roztoku. Meraním absorpcie svetla alebo porovnaním farby s roztokom známej koncentrácie je ľahké nájsť percento látky v roztoku.

Základný zákon absorpcie svetla

Podstatou fotometrického stanovenia sú dva procesy:

• prenos analytu doabsorpčná zlúčenina;
• meranie intenzity absorpcie tých istých vibrácií roztokom testovanej látky.

Zmeny v intenzite svetla prechádzajúceho materiálom absorbujúcim svetlo budú tiež spôsobené stratou svetla v dôsledku odrazu a rozptylu. Aby bol výsledok spoľahlivý, vykonávajú sa paralelné štúdie na meranie parametrov pri rovnakej hrúbke vrstvy, v identických kyvetách, s rovnakým rozpúšťadlom. Pokles intenzity svetla teda závisí hlavne od koncentrácie roztoku.

Pokles intenzity svetla prechádzajúceho cez roztok je charakterizovaný koeficientom priepustnosti svetla (nazývaným aj jeho priepustnosť) T:

Т=I / I_{0, kde:}

• I - intenzita svetla prechádzajúceho látkou;
• I_{0 - intenzita dopadajúceho svetelného lúča.}

Prestup teda ukazuje podiel neabsorbovaného svetelného toku prechádzajúceho cez skúmaný roztok. Algoritmus inverznej hodnoty prenosu sa nazýva optická hustota roztoku (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Táto rovnica ukazuje, ktoré parametre sú hlavné pre výskum. Tieto zahŕňajú vlnovú dĺžku svetla, hrúbku kyvety, koncentráciu roztoku a optickú hustotu.

Bouguer-Lambert-Pivný zákon

Je to matematický výraz, ktorý zobrazuje závislosť poklesu intenzity monochromatického svetelného toku od koncentrácieabsorbent a hrúbka vrstvy kvapaliny, cez ktorú prechádza:

I=I₀10^{-ε·С·ι, kde:}

• ε - koeficient absorpcie svetla;
• С - koncentrácia látky, mol/l;
• ι - hrúbka vrstvy analyzovaného roztoku, pozri

Po transformácii možno tento vzorec napísať: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Podstata zákona je nasledovná: rôzne roztoky tej istej zlúčeniny pri rovnakej koncentrácii a hrúbke vrstvy v kyvete absorbujú rovnakú časť svetla, ktoré na ne dopadá.

Logaritmovaním poslednej rovnice môžete získať vzorec: D=εCι.

Je zrejmé, že optická hustota priamo závisí od koncentrácie roztoku a hrúbky jeho vrstvy. Fyzikálny význam molárneho absorpčného koeficientu je jasný. Rovná sa D pre jednomólový roztok a s hrúbkou vrstvy 1 cm.

Obmedzenia uplatňovania zákona

Táto sekcia obsahuje nasledujúce položky:

1. Platí iba pre monochromatické svetlo.
2. Koeficient ε súvisí s indexom lomu média, obzvlášť silné odchýlky od zákona možno pozorovať pri analýze vysoko koncentrovaných roztokov.
3. Teplota pri meraní optickej hustoty musí byť konštantná (v rozmedzí niekoľkých stupňov).
4. Lúč svetla musí byť rovnobežný.
5. Hodnota pH média musí byť konštantná.
6. Zákon sa vzťahuje na látkyktorých stredy pohlcujúce svetlo sú častice rovnakého typu.

Metódy na určenie koncentrácie

Oplatí sa zvážiť metódu kalibračnej krivky. Na jej zostavenie pripravte sériu roztokov (5 – 10) s rôznymi koncentráciami testovanej látky a zmerajte ich optickú hustotu. Podľa získaných hodnôt sa vynesie graf D versus koncentrácia. Graf je priamka od začiatku. Umožňuje vám jednoducho určiť koncentráciu látky z výsledkov meraní.

Existuje aj spôsob pridávania. Používa sa menej často ako predchádzajúci, ale umožňuje vám analyzovať riešenia komplexného zloženia, pretože zohľadňuje vplyv ďalších komponentov. Jeho podstatou je stanovenie optickej hustoty média D_x, obsahujúceho analyt neznámej koncentrácie С_x, s opakovanou analýzou toho istého roztoku, ale s pridanie určitého množstva testovanej zložky (С_st). Hodnota C_{x sa zistí pomocou výpočtov alebo grafov.}

Podmienky výskumu

Na to, aby fotometrické štúdie poskytli spoľahlivý výsledok, musí byť splnených niekoľko podmienok:

• reakcia musí skončiť rýchlo a úplne, selektívne a reprodukovateľne;
• farba výslednej látky musí byť stabilná v priebehu času a nesmie sa meniť pôsobením svetla;
• testovaná látka sa odoberie v množstve dostatočnom na jej premenu na analytickú formu;
• meraniaoptická hustota sa vykonáva v rozsahu vlnových dĺžok, pri ktorom je rozdiel v absorpcii počiatočných činidiel a analyzovaného roztoku najväčší;
• absorbcia svetla referenčného roztoku sa považuje za optickú nulu.