Навчання

Теоретичні основи визначення оптичної щільності розчину

Теоретичні основи визначення оптичної щільності розчину

Будь-яка частинка, будь то молекула, атом або іон, в результаті поглинання кванта світла переходить на більш високий рівень енергетичного стану. Найчастіше здійснюється перехід з основного в порушений стан. Це викликає появу у спектрах певних смуг поглинання.

Поглинання випромінювання призводить до того, що при пропусканні його через речовину інтенсивність цього випромінювання знижується при збільшенні кількості частинок речовини, що володіє деякою оптичною щільністю. Цей метод дослідження запропонував В.М. Севергін ще в 1795 році.


Найкращим чином цей метод годиться для реакцій, де визначена речовина здатна переходити в пофарбовану сполуку, що викликає зміну забарвлення досліджуваного розчину. Виміряючи його світлопоглинання або порівнявши забарвлення з розчином відомої концентрації, нескладно знайти відсоток вмісту речовини в розчині.

Основний закон світлопоглинання

Суть фотометричного визначення полягає у двох процесах:

  • переведення визначеної речовини в поглинаюче електромагнітні коливання з'єднання;
  • завмер інтенсивності поглинання цих самих коливань розчином досліджуваної речовини.

Зміни в інтенсивності потоку світла, що проходить через світлопоглинаючу речовину, будуть викликатися також втратами світла через відбиття і розсіювання. Щоб результат був достовірним, проводять паралельні дослідження по заміру параметрів при тій же товщині шару, в ідентичних кюветах, з тим же розчинником. Так зниження інтенсивності світла залежить головним чином від концентрації розчину.

Зменшення інтенсивності світла, пропущеного через розчин, характеризують коефіцієнтом світлопропускання (також прийнято називати його пропусканням) Т:

Т = I/ I0, де:

  • I - інтенсивність світла, пропущеного через речовину;
  • I0 - інтенсивність падаючого пучка світла.

Таким чином, пропускання показує частку непоглиненого світлового потоку, що проходить через розчин, що вивчається. Зворотний алгоритм значення пропускання називають оптичною щільністю розчину (D): D = (-lgT) = (-lg) * (I / I0) = lg * (I0 / I).


Це рівняння показує, які параметри є головними для дослідження. До них належить довжина хвилі світла, товщина кювети, концентрація розчину і оптична щільність.

Закон Бугера-Ламберта-Бера

Він є математичним виразом, що відображає залежність зменшення інтенсивності монохроматичного потоку світла від концентрації світлопоглинаючої речовини і товщини рідинного шару, через який він пропущений:

I = I0 * 10-^· С· ^, де:

  • - коефіцієнт поглинання світла;
  • С - концентрація речовини, моль/л;
  • - товщина шару аналізованого розчину, див.

Перетворивши цю формулу можна записати: I/ I0 = 10-.

Суть закону зводиться до наступного: різні розчини одного і того ж з'єднання при рівній концентрації і товщині шару в кюветі поглинають однакову частину падаючого на них світла.

Прологарифмувавши останнє рівняння, можна отримати формулу: D = ^ * С * ^.

Очевидно, що оптична щільність безпосередньо залежить від концентрованості розчину і товщини його шару. Стає зрозумілим фізичний сенс молярного коефіцієнта поглинання. Він дорівнює D для одномолярного розчину і при товщині шару в 1 см.


Обмеження застосування закону

У цьому розділі містяться такі пункти:

  1. Він справедливий виключно для монохроматичного світла.
  2. Коефіцієнт пов'язаний з показником заломлення середовища, особливо сильні відхилення від закону можуть спостерігатися при аналізі висококонцентрованих розчинів.
  3. Температура при вимірюванні оптичної щільності повинна бути постійною (в рамках декількох градусів).
  4. Світловий пучок повинен бути паралельним.
  5. рН середовища повинен бути постійним.
  6. Закон застосовний для речовин, світлопоглинаючими центрами яких є частинки одного виду.

Методи визначення концентрації

Варто розглянути метод градурувального графіка. Для його побудови готують ряд розчинів (5-10) з різною концентрацією досліджуваної речовини і заміряють їх оптичну щільність. За отриманими значеннями вибудовують графік залежності D від концентрації. Графік є прямою лінією, що йде від початку координат. Він дозволяє легко визначити концентрацію речовини за результатами проведених вимірювань.

Також існує метод добавок. Застосовується рідше, ніж попередній, але дозволяє проаналізувати розчини складного складу, оскільки враховує вплив додаткових компонентів. Суть його полягає у визначенні оптичної щільності середовища Dx, що містить визначену речовину невідомої концентрації Сх, з повторним аналізом того ж розчину, але з додаванням певної кількості досліджуваного компонента (Сст). Величину Сх знаходять, використовуючи розрахунки або графіки.

Умови проведення дослідження

Щоб фотометричні дослідження давали достовірний результат, необхідно дотримуватися кількох умов:

  • реакція повинна закінчуватися швидко і повністю, вибірково і відтворювано;
  • фарбування речовини, що утворюється, повинна бути стійка в часі і не змінюватися під дією світла;
  • досліджувану речовину беруть у кількості, якої достатньо для переведення її в аналітичну форму;
  • заміри оптичної щільності проводять у тому інтервалі довжин хвиль, при якому відмінність у поглинанні вихідних реагентів і аналізованого розчину найбільша;
  • світлопоглинання розчину порівняння прийнято вважати оптичним нулем.
Image

Publish modules to the "offcanvas" position.