» » Теоретичні основи визначення оптичної щільності розчину

Теоретичні основи визначення оптичної щільності розчину

Будь-яка частинка, будь то молекула, атом чи іон, в результаті поглинання кванта світла переходить на більш високий рівень енергетичного стану. Найчастіше здійснюється перехід з основного в збуджений стан. Це викликає появу певних смуг в спектрах 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. Севергин ще в 1795 році. Найкращим чином цей метод годиться для реакцій, де визначувана речовина здатна переходити в забарвлене з'єднання, що викликає зміну забарвлення досліджуваного розчину. Вимірявши його світлопоглинання або порівнявши забарвлення з розчином відомої концентрації, нескладно знайти відсоток вмісту речовини в розчині.


Теоретичні основи визначення оптичної щільності розчину

Основний закон світлопоглинання

Суть фотометричного визначення полягає у двох процесах:
  • переклад визначуваної речовини у поглинає електромагнітні коливання з'єднання;
  • вимір інтенсивності поглинання цих коливань розчином досліджуваного речовини.
  • Зміни в інтенсивності потоку світла, що проходить через светопоглощающее речовина, будуть викликатися також втратами світла відображення і розсіювання. Щоб результат був достовірним, проводять паралельні дослідження по вимірюванню 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, що характеризують коефіцієнтом світлопропускання (також прийнято називати його пропусканням) Т: Т = I /I 0 , де:
  • I — інтенсивність світла, пропущеного через речовину;
  • I 0 — інтенсивність падаючого пучка світла.
  • Таким чином, пропускання показує частку непоглощенного світлового потоку, що проходить через досліджуваний розчин. Зворотний алгоритм значення пропускання називають оптичною щільністю розчину (D): D = (-lgT) = (lg) * (I /I 0 ) = lg * (I 0 /I).


    Це рівняння показує, які параметри є головними для дослідження. До них відноситься довжина хвилі світла, товщина кювети, концентрація розчину і оптична щільність.
    Теоретичні основи визначення оптичної щільності розчину

    Закон Бугера-Ламберта-Бера

    Він є математичним виразом, що відображає залежність зменшення інтенсивності монохроматичного потоку світла від концентрації светопоглощающего речовини і товщини рідинного шару, через який він пропущено: I = I 0 * 10 -?·З·? , де:
  • ? — коефіцієнт поглинання світла;
  • С — концентрація речовини, моль/л;
  • ? —товщина шару аналізованого розчину, див.
  • Перетворивши, цю формулу можна записати: I /I 0 = 10 -?·З·? . 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. Прологарифмировав останнє рівняння, можна отримати формулу: D = ? * З * ?. Очевидно, що оптична щільність безпосередньо залежить від концентрованості розчину і товщини його шару. Стає ясний фізичний зміст молярного коефіцієнта поглинання. Він дорівнює D для одномолярного розчину і при товщині шару в 1 див.
    Теоретичні основи визначення оптичної щільності розчину

    Обмеження застосування закону

    Цей розділ включає наступні пункти:
  • Він справедливий виключно для монохроматичного світла.
  • Коефіцієнт ? пов'язаний з показником заломлення середовища, особливо сильні відхилення від закону можуть спостерігатися при аналізі висококонцентрованих розчинів.
  • Температура при вимірі оптичної щільності повинна бути постійною (в межах декількох градусів).
  • Світловий пучок повинен бути паралельним.
  • рН середовища повинен бути постійним.
  • Закон застосуємо для речовин, светопоглощающими центрами яких є частинки одного виду.
  • Методи визначення концентрації

    Варто розглянути метод градуювального графіка. Для його побудови готують ряд розчинів (5-10) з різною концентрацією досліджуваної речовини і заміряють їх оптичну щільність. За отриманими значеннями будують 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 D x містить визначувана речовина невідомої концентрації З х з повторним аналізом того ж розчину, але з додаванням певної кількості досліджуваного компонента (З ст ). Величину З х знаходять, використовуючи розрахунки або графіки.
    Теоретичні основи визначення оптичної щільності розчину

    Умови проведення дослідження

    Щоб фотометричні дослідження давали достовірний результат, необхідно дотримуватися кілька умов:
  • реакція повинна закінчуватися швидко і повністю, вибірково і відтворено;
  • забарвлення утворюється речовини повинна бути стійка в часі і не змінюватися під дією світла;
  • досліджувана речовина беруть у кількості, якої достатньо для переведення його в аналітичну форму;
  • виміри оптичної густини проводять у тому інтервалі довжин хвиль, при якому розходження у поглинанні вихідних реагентів і аналізованого розчину найбільшу;
  • світлопоглинання розчину порівняння прийнято вважати оптичним нулем.