יסודות תיאורטיים לקביעת הצפיפות האופטית של פתרון

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 17:47

כל חלקיק, בין אם זה מולקולה, אטום או יון, כתוצאה מספיגה של קוונטי אור, עובר למצב אנרגיה גבוה יותר. לרוב מתרחש המעבר ממצב הקרקע למצב הנרגש. זה גורם להופעת פסי ספיגה מסוימים בספקטרום.

בליעה של קרינה מביאה לכך שכאשר היא עוברת דרך חומר, עוצמת הקרינה הזו יורדת עם עלייה במספר החלקיקים של חומר בעל צפיפות אופטית מסוימת. שיטת מחקר זו הוצעה על ידי V. M. Severgin עוד בשנת 1795.

שיטה זו מתאימה ביותר לתגובות שבהן האנליט מסוגל להפוך לתרכובת צבעונית, הגורמת לשינוי בצבע תמיסת הבדיקה. על ידי מדידת ספיגת האור שלו או השוואת הצבע לתמיסה בריכוז ידוע, קל למצוא את אחוז החומר בתמיסה.

חוק בסיסי של בליעת אור

המהות של קביעה פוטומטרית היא שני תהליכים:

• העברת האנליט אלתרכובת סופגת;
• מדידת עוצמת הספיגה של אותן רעידות על ידי תמיסה של החומר הנבדק.

שינויים בעוצמת האור העובר בחומר הסופג אור ייגרמו גם מאובדן אור עקב השתקפות ופיזור. כדי להפוך את התוצאה לאמינה, מתבצעים מחקרים מקבילים למדידת הפרמטרים באותו עובי שכבה, בקובטות זהות, עם אותו ממס. אז הירידה בעוצמת האור תלויה בעיקר בריכוז התמיסה.

הירידה בעוצמת האור העובר בתמיסה מאופיינת במקדם העברת האור (נקרא גם השידור שלו) T:

Т=I / I_{0, שבו:}

• I - עוצמת האור שעברה דרך החומר;
• I_{0 - עוצמת אלומת האור הנכנסת.}

לכן, שידור מראה את השיעור של שטף האור הבלתי נספג העובר דרך התמיסה הנבדקת. אלגוריתם ערך השידור ההפוך נקרא הצפיפות האופטית של הפתרון (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

משוואה זו מראה אילו פרמטרים הם הפרמטרים העיקריים למחקר. אלה כוללים את אורך הגל של האור, עובי הקובטה, ריכוז התמיסה והצפיפות האופטית.

חוק בוגר-למברט-בירה

זהו ביטוי מתמטי המציג את התלות של הירידה בעוצמת שטף האור המונוכרומטי מריכוזסופג ועובי שכבת הנוזל שדרכה הוא מועבר:

I=I₀10^{-ε·С·ι, שבו:}

• ε - מקדם בליעת אור;
• С - ריכוז של חומר, מול/ליטר;
• ι - עובי השכבה של התמיסה המנותחת, ראה

לאחר ההמרה, ניתן לכתוב את הנוסחה הזו: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

מהות החוק היא כדלקמן: תמיסות שונות של אותה תרכובת בריכוז שווה ובעובי שכבה בקובטה סופגות את אותו חלק מהאור הנופל עליהן.

על ידי לקיחת הלוגריתם של המשוואה האחרונה, אתה יכול לקבל את הנוסחה: D=εCι.

כמובן שהצפיפות האופטית תלויה ישירות בריכוז התמיסה ובעובי השכבה שלה. המשמעות הפיזית של מקדם הספיגה הטוחנית מתבררת. זה שווה ל-D עבור תמיסה טוחנת אחת ובעובי שכבה של 1 ס מ.

הגבלות על יישום החוק

קטע זה כולל את הפריטים הבאים:

1. זה תקף רק עבור אור מונוכרומטי.
2. מקדם ε קשור לאינדקס השבירה של המדיום, ניתן להבחין בסטיות חזקות במיוחד מהחוק בעת ניתוח פתרונות מרוכזים מאוד.
3. הטמפרטורה בעת מדידת צפיפות אופטית חייבת להיות קבועה (בתוך כמה מעלות).
4. אלומת האור חייבת להיות מקבילה.
5. ה-pH של המדיום חייב להיות קבוע.
6. החוק חל על חומריםשמרכזי קליטת האור שלהם הם חלקיקים מאותו סוג.

שיטות לקביעת ריכוז

כדאי לשקול את שיטת עקומת הכיול. כדי לבנות אותו, הכינו סדרה של תמיסות (5-10) עם ריכוזים שונים של החומר הנבדק ומדדו את הצפיפות האופטית שלהם. על פי הערכים שהתקבלו, משרטטים מגרש של D לעומת ריכוז. הגרף הוא קו ישר מהמקור. זה מאפשר לך לקבוע בקלות את הריכוז של חומר מתוצאות המדידות.

יש גם שיטת תוספות. הוא משמש בתדירות נמוכה יותר מהקודם, אבל הוא מאפשר לך לנתח פתרונות של הרכב מורכב, מכיוון שהוא לוקח בחשבון את ההשפעה של רכיבים נוספים. המהות שלו היא לקבוע את הצפיפות האופטית של המדיום D_x, המכיל את האנליט בריכוז לא ידוע С_x, עם ניתוח חוזר של אותה תמיסה, אך עם תוספת של כמות מסוימת של רכיב הבדיקה (С_st). הערך של C_{x נמצא באמצעות חישובים או גרפים.}

תנאי מחקר

כדי שמחקרים פוטומטריים יתנו תוצאה מהימנה, יש לעמוד במספר תנאים:

• תגובה חייבת להסתיים במהירות ובשלמות, באופן סלקטיבי וניתן לשחזור;
• הצבע של החומר המתקבל חייב להיות יציב לאורך זמן ולא להשתנות תחת פעולת האור;
• החומר הנבדק נלקח בכמות מספיקה כדי להמיר אותו לצורה אנליטית;
• מדידותצפיפות אופטית מתבצעת בטווח אורכי הגל שבו ההבדל בספיגת הריאגנטים הראשוניים והתמיסה המנותחת הוא הגדול ביותר;
• בליעת האור של תמיסת הייחוס נחשבת לאפס אופטי.