ABSORBANCE: CO TO JE, PŘÍKLADY A ŘEŠENÁ CVIČENÍ - FYZICKÝ - 2025

Absorbance je logaritmus se záporným znaménkem kvocientu mezi vznikající intenzity světla a dopadající intenzitě světla na vzorku průsvitného roztoku, která byla osvětlena monochromatického světla. Tento kvocient je propustnost.

Fyzický proces světla procházejícího vzorkem se nazývá propustnost světla a jeho míra je absorbance. Proto se absorbance stává nejmenším logaritmem propustnosti a je to důležitá data pro stanovení koncentrace vzorku, který je obecně rozpuštěn v rozpouštědle, jako je voda, alkohol nebo jakékoli jiné.

Obrázek 1. Schéma absorpčního procesu. Připravil F. Zapata

K měření absorbance je zapotřebí zařízení zvané elektro-fotometr, kterým se měří proud, který je úměrný intenzitě světla dopadajícímu na jeho povrch.

Při výpočtu propustnosti je nejprve měřen intenzitní signál odpovídající samotnému rozpouštědlu a tento výsledek je zaznamenán jako Io.

Poté se rozpuštěný vzorek umístí do rozpouštědla za stejných světelných podmínek. Signál měřený elektrofotometrem je označen jako I, což umožňuje vypočítat propustnost T podle následujícího vzorce:

T = I / I nebo

Je to bezrozměrné množství. Absorbance A je tedy vyjádřena jako:

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

Molární absorbance a nasákavost

Molekuly, které tvoří chemickou látku, jsou schopny absorbovat světlo, a jedním měřítkem toho je přesně absorbance. Je to výsledek interakce mezi fotony a molekulárními elektrony.

Je to tedy velikost, která bude záviset na hustotě nebo koncentraci molekul, které tvoří vzorek, a také na optické dráze nebo vzdálenosti, kterou prochází světlo.

Experimentální data ukazují, že absorbance A je lineárně úměrná koncentraci C a vzdálenosti d, kterou prochází světlo. Abychom ji mohli vypočítat na základě těchto parametrů, lze stanovit následující vzorec:

A = ε⋅C⋅d

Ve výše uvedeném vzorci je e konstanta proporcionality známá jako molární absorptivita.

Molární absorptivita závisí na typu látky a vlnové délce, při které se měří absorbance. Molární nasákavost je také citlivá na teplotu vzorku a pH vzorku.

Beer-Lambertův zákon

Tento vztah mezi absorbancí, absorpcí, koncentrací a vzdáleností tloušťky dráhy, kterou světlo sleduje ve vzorku, se nazývá Beer-Lambertův zákon.

Obrázek 2. Beer-Lambertův zákon. Zdroj: F. Zapata, Zde je několik příkladů, jak ji používat.

Příklady

Příklad 1

Během experimentu je vzorek osvětlen červeným světlem z heliového neonového laseru, jehož vlnová délka je 633 nm. Elektrofotometr měří 30 mV, když laserové světlo dopadá přímo, a 10 mV, když prochází vzorkem.

V tomto případě je propustnost:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

Absorbance je:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Příklad 2

Pokud je stejná látka umístěna do nádoby, která je poloviční než tloušťka látky použité v příkladu 1, sdělte, kolik elektrofotometru bude označovat, když světlo ze heliového neonového laseru prochází vzorkem.

Je třeba vzít v úvahu, že pokud tloušťka klesne o polovinu, pak se absorbance, která je úměrná optické tloušťce, sníží o polovinu, tj. A = 0,28. Propustnost T bude dána následujícím vztahem:

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

Elektrofotometr bude odečítat 0,53 x 30 mV = 15,74 mV.

Řešená cvičení

Cvičení 1

Chceme určit molární nasákavost určité proprietární sloučeniny, která je v roztoku. Za tímto účelem je roztok osvětlen světlem ze sodíkové lampy 589 nm. Vzorek bude umístěn do držáku vzorku o tloušťce 1,50 cm.

Výchozím bodem je roztok o koncentraci 4,00 × 10 ^ -4 mol na litr a měří se propustnost, což vede k 0,06. Na základě těchto údajů stanovte molární absorptivitu vzorku.

Řešení

Nejprve je stanovena absorbance, která je definována jako nejmenší logaritmus k desítce propustnosti:

A = - log (T)

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

Pak je použit zákon Lambert-Beer, který stanoví vztah mezi absorbancí, molární absorptivitou, koncentrací a optickou délkou:

A = ε⋅C⋅d

Při řešení molární absorptivity se získá následující vztah:

ε = A / (C⋅d)

nahrazující dané hodnoty máme:

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

Výše uvedený výsledek byl zaokrouhlen na tři významné číslice.

Cvičení 2

Za účelem zlepšení přesnosti a stanovení chyby měření molární absorptivity vzorku v cvičení 1 se vzorek postupně zředí na polovinu koncentrace a v každém případě se měří propustnost.

Počínaje Co = 4 × 10 ^ -4 M s propustností T = 0,06 se pro propustnost a absorbanci vypočítanou z propustnosti získá následující datová sekvence:

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

Pomocí těchto údajů proveďte:

a) Graf absorbance jako funkce koncentrace.

b) Lineární přizpůsobení dat a nalezení sklonu.

c) Ze získaného sklonu vypočítat molární absorptivitu.

Řešení

Obrázek 3. Absorbance vs. koncentrace. Zdroj: F. Zapata.

Získaný sklon je součinem molární absorptivity a optické vzdálenosti, takže vydělením sklonu délkou 1,5 cm získáme molární absorptivitu

e = 3049 / 1,50 = 2033 (ml3) ^ - 1

Cvičení 3

S údaji z cvičení 2:

a) Vypočítejte absorptivitu pro každý kus dat.

b) Určete průměrnou hodnotu molární absorptivity, její standardní odchylku a statistickou chybu spojenou s průměrem.

Řešení

Molární nasákavost se počítá pro každou z testovaných koncentrací. Nezapomeňte, že světelné podmínky a optická vzdálenost zůstávají pevné.

Výsledky pro molární absorptivitu jsou:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1 872, 1862 v jednotkách 1 / (M * cm).

Z těchto výsledků můžeme vzít průměrnou hodnotu:

<e> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Při standardní odchylce: 184 (M * cm) ^ - 1

Střední chyba je standardní odchylka dělená druhou odmocninou počtu dat, která je:

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

Nakonec se dochází k závěru, že patentovaná látka má molární absorptivitu při frekvenci 589 nm produkované sodíkovou lampou:

<e> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

Reference

1. Atkins, P. 1999. Fyzikální chemie. Vydání Omega. 460-462.
2. Průvodce. Transmitance a absorbance. Obnoveno z: quimica.laguia2000.com
3. Toxikologie prostředí. Přenos, absorbance a Lambertův zákon. Obnoveno z: repositorio.innovacionumh.es
4. Fyzické dobrodružství. Absorbance a propustnost. Obnoveno z: rpfisica.blogspot.com
5. Spektofotometrie. Obnoveno z: chem.libretexts.org
6. Toxikologie prostředí. Přenos, absorbance a Lambertův zákon. Obnoveno z: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. Absorbance Obnoveno z: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektrofotometrie. Obnoveno z: wikipedia.com