Lahendi optilise tiheduse määramise teoreetilised alused

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 17:45

Iga osake, olgu see siis molekul, aatom või ioon, läheb valguskvanti neeldumise tulemusena kõrgemale energiatasemele. Kõige sagedamini toimub üleminek põhiolekust ergastatud olekusse. See põhjustab teatud neeldumisribade ilmumist spektritesse.

Kiirguse neeldumine viib selleni, et ainet läbides väheneb selle kiirguse intensiivsus teatud optilise tihedusega aine osakeste arvu suurenemisega. Selle uurimismeetodi pakkus välja V. M. Severgin juba 1795. aastal.

See meetod sobib kõige paremini reaktsioonide jaoks, kus analüüt on võimeline muutuma värviliseks ühendiks, mis põhjustab uuritava lahuse värvuse muutumise. Mõõtes selle valguse neeldumist või võrreldes värvust teadaoleva kontsentratsiooniga lahusega, on lihtne leida aine protsenti lahuses.

Valguse neeldumise põhiseadus

Fotomeetrilise määramise olemus seisneb kahes protsessis:

• analüüdi ülekandmineabsorbeeriv ühend;
• samade vibratsioonide neeldumise intensiivsuse mõõtmine uuritava aine lahuses.

Valgust neelavat materjali läbiva valguse intensiivsuse muutused on põhjustatud ka peegeldumisest ja hajumisest tingitud valguse kadumisest. Tulemuse usaldusväärseks muutmiseks viiakse läbi paralleeluuringud parameetrite mõõtmiseks sama kihi paksuse juures, identsetes küvettides, sama lahustiga. Seega sõltub valguse intensiivsuse vähenemine peamiselt lahuse kontsentratsioonist.

Lahust läbiva valguse intensiivsuse vähenemist iseloomustab valguse läbilaskevõime (nimetatakse ka selle läbilaskvuseks) T:

Т=I / I_{0, kus:}

• I - ainet läbinud valguse intensiivsus;
• I_{0 - langeva valgusvihu intensiivsus.}

Seega näitab läbilaskvus uuritavat lahust läbiva neeldumata valgusvoo osakaalu. Pöördülekande väärtuse algoritmi nimetatakse lahenduse optiliseks tiheduseks (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

See võrrand näitab, millised parameetrid on uuringute jaoks peamised. Nende hulka kuuluvad valguse lainepikkus, küveti paksus, lahuse kontsentratsioon ja optiline tihedus.

Bouguer-Lambert-Beer Law

See on matemaatiline avaldis, mis näitab monokromaatilise valgusvoo intensiivsuse vähenemise sõltuvust kontsentratsioonistabsorbent ja vedelikukihi paksus, millest see läbi lastakse:

I=I₀10^{-ε·С·ι, kus:}

• ε - valguse neeldumistegur;
• С - aine kontsentratsioon, mol/l;
• ι - analüüsitava lahuse kihi paksus, vt

Pärast teisendamist saab selle valemi kirjutada: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Seaduse olemus on järgmine: sama ühendi erinevad lahused võrdse kontsentratsiooni ja kihi paksusega küvetis neelavad sama osa neile langevast valgusest.

Võttes viimase võrrandi logaritmi, saate järgmise valemi: D=εCι.

Ilmselt sõltub optiline tihedus otseselt lahuse kontsentratsioonist ja selle kihi paksusest. Selgub molaarse neeldumisteguri füüsikaline tähendus. See on võrdne D-ga ühemolaarse lahuse puhul ja kihi paksusega 1 cm.

Seaduse kohaldamise piirangud

See jaotis sisaldab järgmisi üksusi:

1. Kehtib ainult monokromaatilise valguse puhul.
2. Koefitsient ε on seotud keskkonna murdumisnäitajaga, eriti tugevaid kõrvalekaldeid seadusest võib täheldada väga kontsentreeritud lahuste analüüsimisel.
3. Optilise tiheduse mõõtmisel peab temperatuur olema konstantne (mõne kraadi piires).
4. Valgusvihk peab olema paralleelne.
5. Söötme pH peab olema konstantne.
6. Ainetele kehtib seadusmille valgust neelavad tsentrid on sama tüüpi osakesed.

Kontsentratsiooni määramise meetodid

Kaaluda tasub kalibreerimiskõvera meetodit. Selle ehitamiseks valmistage lahuste seeria (5-10) uuritava aine erineva kontsentratsiooniga ja mõõtke nende optiline tihedus. Vastav alt saadud väärtustele joonistatakse graafik D versus kontsentratsioon. Graafik on lähtepunktist sirgjoon. See võimaldab teil mõõtmistulemuste põhjal hõlpsasti määrata aine kontsentratsiooni.

On olemas ka lisamise meetod. Seda kasutatakse harvemini kui eelmist, kuid see võimaldab analüüsida keeruka koostisega lahendusi, kuna see võtab arvesse lisakomponentide mõju. Selle põhiolemus on sama lahuse korduva analüüsiga määrata keskkonna optiline tihedus D_x, mis sisaldab tundmatu kontsentratsiooniga analüüti С_x. teatud koguse testkomponendi lisamine (С_st). C_{x väärtus leitakse arvutuste või graafikute abil.}

Uurimistingimused

Selleks et fotomeetrilised uuringud annaksid usaldusväärse tulemuse, peavad olema täidetud mitmed tingimused:

• reaktsioon peab lõppema kiiresti ja täielikult, valikuliselt ja reprodutseeritav alt;
• saadud aine värvus peab olema aja jooksul stabiilne ega tohi valguse mõjul muutuda;
• uuritavat ainet võetakse koguses, mis on piisav selle muutmiseks analüütiliseks vormiks;
• mõõtmisedoptiline tihedus määratakse lainepikkuste vahemikus, mille juures algreaktiivide ja analüüsitava lahuse neeldumise erinevus on suurim;
• võrdluslahuse valguse neeldumist loetakse optiliseks nulliks.