ABSORBANCJA: CO TO JEST, PRZYKŁADY I ROZWIĄZANE ĆWICZENIA - FIZYCZNY - 2025

Absorbancji oznacza logarytm ze znakiem ujemnym ilorazu pomiędzy powstającej natężenie i natężenie światła padającego na próbkę roztworu przezroczystego, które zostały oświetlone światłem monochromatycznym. Ten iloraz to transmitancja.

Fizyczny proces przechodzenia światła przez próbkę nazywa się przepuszczaniem światła, a jego miarą jest absorbancja. W związku z tym absorbancja staje się najmniejszym logarytmem transmitancji i jest ważną danymi do określenia stężenia próbki, która jest zwykle rozpuszczana w rozpuszczalniku, takim jak woda, alkohol lub jakikolwiek inny.

Rysunek 1. Schemat procesu absorbancji. Opracował F. Zapata

Do pomiaru absorbancji potrzebne jest urządzenie zwane elektrofotometrem, za pomocą którego mierzony jest prąd proporcjonalny do natężenia światła padającego na jego powierzchnię.

Podczas obliczania transmitancji, sygnał natężenia odpowiadający samemu rozpuszczalnikowi jest zwykle mierzony jako pierwszy i ten wynik jest zapisywany jako Io.

Następnie rozpuszczoną próbkę umieszcza się w rozpuszczalniku w tych samych warunkach oświetleniowych. Sygnał mierzony przez elektrofotometr oznaczany jest jako I, co pozwala obliczyć transmitancję T według następującego wzoru:

T = I / I lub

Jest to wielkość bezwymiarowa. Absorbancja A jest zatem wyrażona jako:

A = - log (T) = - log (I / I o)

Absorbancja i chłonność molowa

Cząsteczki tworzące substancję chemiczną są w stanie absorbować światło, a jedną z miar tego jest właśnie absorbancja. Jest wynikiem interakcji między fotonami i elektronami molekularnymi.

Dlatego jest to wielkość, która będzie zależeć od gęstości lub stężenia cząsteczek tworzących próbkę, a także od ścieżki optycznej lub odległości pokonywanej przez światło.

Dane eksperymentalne wskazują, że absorbancja A jest liniowo proporcjonalna do stężenia C i odległości d przebytej przez światło. Aby obliczyć to na podstawie tych parametrów, można ustalić następujący wzór:

A = ε⋅C⋅d

W powyższym wzorze ε jest stałą proporcjonalności zwaną absorpcją molową.

Absorpcja molowa zależy od rodzaju substancji i długości fali, przy której mierzona jest absorbancja. Absorpcja molowa jest również wrażliwa na temperaturę i pH próbki.

Prawo Beera-Lamberta

Ta zależność między absorbancją, chłonnością, stężeniem i odległością grubości ścieżki, po której podąża światło w próbce, jest znana jako prawo Beera-Lamberta.

Rysunek 2. Prawo Beera-Lamberta. Źródło: F. Zapata,

Oto kilka przykładów, jak z niego korzystać.

Przykłady

Przykład 1

Podczas eksperymentu próbkę oświetla się czerwonym światłem lasera helowo-neonowego o długości fali 633 nm. Elektrofotometr mierzy 30 mV, gdy światło lasera pada bezpośrednio i 10 mV, gdy przechodzi przez próbkę.

W tym przypadku przepuszczalność wynosi:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

A absorbancja wynosi:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Przykład 2

Jeśli ta sama substancja jest umieszczona w pojemniku, który jest o połowę mniejszy niż ten użyty w Przykładzie 1, powiedz, ile elektrofotometr zaznaczy, kiedy światło lasera helowo-neonowego przejdzie przez próbkę.

Należy wziąć pod uwagę, że jeśli grubość zmniejszy się o połowę, to absorbancja, która jest proporcjonalna do grubości optycznej, zmniejszy się o połowę, czyli A = 0,28. Przepuszczalność T zostanie określona przez następującą zależność:

T = 10-A = 10 ^ (- 0,28) = 0,53

Elektrofotometr odczyta 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Rozwiązane ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Chcemy określić molową absorpcję pewnego zastrzeżonego związku, który jest w roztworze. W tym celu roztwór naświetla się światłem z lampy sodowej 589 nm. Próbka zostanie umieszczona w uchwycie na próbki o grubości 1,50 cm.

Punktem wyjścia jest roztwór o stężeniu 4,00 × 10 ^ -4 moli na litr i mierzona jest transmitancja, uzyskując 0,06. Korzystając z tych danych, określ molową absorpcję próbki.

Rozwiązanie

Najpierw określa się absorbancję, którą definiuje się jako najmniejszy logarytm dziesiętny transmitancji:

A = - log (T)

A = - log (0,06) = 1,22

Następnie stosuje się prawo Lamberta-Beera, które określa zależność między absorbancją, absorpcją molową, stężeniem i długością optyczną:

A = ε⋅C⋅d

Rozpatrując absorpcję molową, otrzymujemy następującą zależność:

ε = A / (C⋅d)

podstawiając podane wartości mamy:

ε = 1,22 / (4,00 × 10 ^ -4 M⋅1,5 cm) = 2030 (M⋅cm) ^ - 1

Powyższy wynik został zaokrąglony do trzech cyfr znaczących.

Ćwiczenie 2

W celu poprawienia precyzji i określenia błędu pomiaru chłonności molowej próbki w ćwiczeniu 1 próbkę rozcieńcza się sukcesywnie do połowy stężenia i każdorazowo mierzy transmitancję.

Zaczynając od Co = 4 × 10 ^ -4 M z transmitancją T = 0,06, otrzymujemy następującą sekwencję danych dla transmitancji i absorbancji obliczonej z transmitancji:

Co / 1–> 0,06–> 1,22

Co / 2–> 0,25–> 0,60

Co / 4–> 0,50–> 0,30

Co / 8–> 0,71–> 0,15

Co / 16–> 0,83–> 0,08

Co / 32–> 0,93–> 0,03

Co / 64–> 0,95–> 0,02

Co / 128–> 0,98–> 0,01

Co / 256–> 0,99–> 0,00

Z tymi danymi wykonaj:

a) Wykres absorbancji jako funkcji stężenia.

b) Liniowe dopasowanie danych i wyznaczenie nachylenia.

c) Na podstawie uzyskanego nachylenia obliczyć molową absorpcję.

Rozwiązanie

Rysunek 3. Absorbancja a stężenie. Źródło: F. Zapata.

Uzyskane nachylenie jest iloczynem absorpcji molowej i odległości optycznej, więc dzieląc nachylenie przez długość 1,5 cm otrzymujemy absorpcję molową

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

Ćwiczenie 3

Z danymi z ćwiczenia 2:

a) Oblicz chłonność dla każdego fragmentu danych.

b) Określić średnią wartość absorpcji molowej, jej odchylenie standardowe i błąd statystyczny związany ze średnią.

Rozwiązanie

Absorpcję molową oblicza się dla każdego z badanych stężeń. Pamiętaj, że warunki oświetleniowe i odległość optyczna pozostają stałe.

Wyniki dla absorpcji molowej są następujące:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1872, 1862 w jednostkach 1 / (M * cm).

Z tych wyników możemy wziąć średnią wartość:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Z odchyleniem standardowym: 184 (M * cm) ^ - 1

Średni błąd to odchylenie standardowe podzielone przez pierwiastek kwadratowy z liczby danych, czyli:

Δ <ε> = 184/9 ^ 0,5 = 60 (M * cm) ^ - 1

Ostatecznie stwierdza się, że opatentowana substancja ma molową absorpcję przy częstotliwości 589 nm wytwarzaną przez lampę sodową:

<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

Bibliografia

1. Atkins, P. 1999. Physical Chemistry. Wydania Omega. 460-462.
2. Przewodnik. Przepuszczalność i absorbancja. Odzyskany z: quimica.laguia2000.com
3. Toksykologia środowiskowa. Przepuszczalność, absorbancja i prawo Lamberta. Odzyskany z: repositorio.innovacionumh.es
4. Fizyczna przygoda. Absorbancja i przepuszczalność. Odzyskany z: rpfisica.blogspot.com
5. Spektrofotometria. Odzyskane z: chem.libretexts.org
6. Toksykologia środowiskowa. Przepuszczalność, absorbancja i prawo Lamberta. Odzyskany z: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Absorbancja Odzyskane z: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektrofotometria. Odzyskane z: wikipedia.com