Theoretische Grundlagen zur Bestimmung der optischen Dichte einer Lösung

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 17:44

Jedes Teilchen, sei es ein Molekül, ein Atom oder ein Ion, geht durch die Absorption eines Lichtquants in einen höheren Energiezustand über. Am häufigsten tritt der Übergang vom Grundzustand in den angeregten Zustand auf. Dadurch erscheinen bestimmte Absorptionsbanden in den Spektren.

Die Absorption von Strahlung führt dazu, dass beim Durchgang durch einen Stoff die Intensität dieser Strahlung mit zunehmender Teilchenzahl eines Stoffes mit einer bestimmten optischen Dichte abnimmt. Diese Forschungsmethode wurde bereits 1795 von V. M. Severgin vorgeschlagen.

Diese Methode eignet sich am besten für Reaktionen, bei denen sich der Analyt in eine farbige Verbindung umwandeln kann, die eine Farbänderung der Testlösung verursacht. Durch Messung der Lichtabsorption oder Vergleich der Farbe mit einer Lösung bekannter Konzentration lässt sich der prozentuale Anteil der Substanz in der Lösung leicht ermitteln.

Grundgesetz der Lichtabsorption

Das Wesen der photometrischen Bestimmung sind zwei Prozesse:

• Transfer des Analyten zusaugfähige Verbindung;
• Messung der Absorptionsintensität derselben Vibrationen durch eine Lösung der Testsubstanz.

Änderungen in der Intensität des Lichts, das durch das lichtabsorbierende Material fällt, werden auch durch Lichtverlust aufgrund von Reflexion und Streuung verursacht. Um das Ergebnis belastbar zu machen, werden parallele Studien durchgeführt, um die Parameter bei gleicher Schichtdicke, in identischen Küvetten, mit dem gleichen Lösungsmittel zu messen. Die Abnahme der Lichtintensität hängt also hauptsächlich von der Konzentration der Lösung ab.

Die Abnahme der Lichtintensität, die durch die Lösung geleitet wird, wird durch den Lichttransmissionskoeffizienten (auch Transmission genannt) T gekennzeichnet:

Т=I / I_{0, wobei:}

• I - Lichtintensität, die durch die Substanz hindurchgegangen ist;
• I_{0 - Intensität des einfallenden Lichtstrahls.}

Daher zeigt die Transmission den Anteil des nicht absorbierten Lichtflusses, der durch die untersuchte Lösung geht. Der inverse Transmissionswert-Algorithmus wird als optische Dichte der Lösung (D) bezeichnet: D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Diese Gleichung zeigt, welche Parameter die wichtigsten für die Forschung sind. Dazu gehören die Wellenlänge des Lichts, die Dicke der Küvette, die Konzentration der Lösung und die optische Dichte.

Bouguer-Lambert-Bier-Gesetz

Es ist ein mathematischer Ausdruck, der die Abhängigkeit der Abnahme der Intensität eines monochromatischen Lichtstroms von der Konzentration anzeigtAbsorptionsmittel und die Dicke der Flüssigkeitsschicht, durch die es geleitet wird:

I=I₀10^{-ε·С·ι, wobei:}

• ε - Lichtabsorptionskoeffizient;
• С - Konzentration eines Stoffes, mol/l;
• ι - Schichtdicke der analysierten Lösung, siehe

Nach der Transformation kann diese Formel geschrieben werden: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Der Kern des Gesetzes ist folgender: Verschiedene Lösungen der gleichen Verbindung bei gleicher Konzentration und Schichtdicke in der Küvette absorbieren den gleichen Teil des auf sie fallenden Lichts.

Indem Sie die letzte Gleichung logarithmieren, erh alten Sie die Formel: D=εCι.

Offensichtlich hängt die optische Dichte direkt von der Konzentration der Lösung und der Dicke ihrer Schicht ab. Die physikalische Bedeutung des molaren Absorptionskoeffizienten wird deutlich. Sie ist gleich D für eine einmolare Lösung und bei einer Schichtdicke von 1 cm.

Einschränkungen der Rechtsanwendung

Dieser Abschnitt enthält die folgenden Elemente:

1. Gilt nur für monochromatisches Licht.
2. Der Koeffizient ε hängt mit dem Brechungsindex des Mediums zusammen, besonders starke Abweichungen vom Gesetz sind bei der Analyse hochkonzentrierter Lösungen zu beobachten.
3. Die Temperatur bei der Messung der optischen Dichte muss konstant sein (innerhalb weniger Grad).
4. Der Lichtstrahl muss parallel sein.
5. Der pH-Wert des Mediums muss konstant sein.
6. Für Stoffe gilt das Gesetzderen lichtabsorbierende Zentren gleichartige Teilchen sind.

Methoden zur Konzentrationsbestimmung

Es lohnt sich, die Kalibrierkurvenmethode in Betracht zu ziehen. Bereiten Sie dazu eine Reihe von Lösungen (5-10) mit unterschiedlichen Konzentrationen der Testsubstanz vor und messen Sie deren optische Dichte. Entsprechend den erh altenen Werten wird ein Diagramm von D gegen die Konzentration aufgetragen. Der Graph ist eine gerade Linie vom Ursprung. Damit lässt sich die Konzentration eines Stoffes einfach aus den Messergebnissen bestimmen.

Es gibt auch eine Additionsmethode. Es wird seltener als das vorherige verwendet, ermöglicht jedoch die Analyse von Lösungen mit komplexer Zusammensetzung, da es den Einfluss zusätzlicher Komponenten berücksichtigt. Sein Wesen besteht darin, die optische Dichte des Mediums D_x zu bestimmen, das den Analyten unbekannter Konzentration С_x enthält, mit wiederholter Analyse derselben Lösung, aber mit die Zugabe einer bestimmten Menge der Testkomponente (С_st). Der Wert von C_{x wird mithilfe von Berechnungen oder Grafiken ermittelt.}

Forschungsbedingungen

Damit photometrische Untersuchungen ein zuverlässiges Ergebnis liefern, müssen mehrere Bedingungen erfüllt sein:

• Reaktion muss schnell und vollständig, selektiv und reproduzierbar enden;
• die Farbe der resultierenden Substanz muss über die Zeit stabil sein und sich unter Lichteinwirkung nicht verändern;
• die Testsubstanz wird in einer ausreichenden Menge aufgenommen, um sie in eine analytische Form umzuwandeln;
• Messungenoptische Dichte wird in dem Wellenlängenbereich durchgeführt, in dem der Unterschied in der Absorption der Ausgangsreagenzien und der analysierten Lösung am größten ist;
• Lichtabsorption der Referenzlösung gilt als optischer Nullpunkt.