Fonaments teòrics per a la determinació de la densitat òptica d'una solució

2024 Autora: Angel Austin | [email protected]. Última modificació: 2024-01-02 17:43

Qualsevol partícula, ja sigui una molècula, un àtom o un ió, com a resultat de l'absorció d'un quàntic de llum, passa a un nivell superior d'estat d'energia. Molt sovint, es produeix la transició de l'estat fonamental a l'estat excitat. Això fa que apareguin determinades bandes d'absorció als espectres.

L'absorció de la radiació porta al fet que quan travessa una substància, la intensitat d'aquesta radiació disminueix amb l'augment del nombre de partícules d'una substància amb una certa densitat òptica. Aquest mètode d'investigació va ser proposat per V. M. Severgin l'any 1795.

Aquest mètode és el més adequat per a reaccions on l'analit és capaç de transformar-se en un compost de color, cosa que provoca un canvi en el color de la solució de prova. Mitjançant la mesura de la seva absorció de llum o comparant el color amb una solució de concentració coneguda, és fàcil trobar el percentatge de la substància a la solució.

Llei bàsica de l'absorció de la llum

L'essència de la determinació fotomètrica són dos processos:

• transferència de l'analit acompost absorbent;
• mesura de la intensitat d'absorció d'aquestes mateixes vibracions per una solució de la substància d'assaig.

Els canvis en la intensitat de la llum que travessa el material absorbent també seran causats per la pèrdua de llum a causa de la reflexió i la dispersió. Per fer el resultat fiable, es fan estudis paral·lels per mesurar els paràmetres amb el mateix gruix de capa, en cubetes idèntiques, amb el mateix dissolvent. Per tant, la disminució de la intensitat de la llum depèn principalment de la concentració de la solució.

La disminució de la intensitat de la llum que passa per la solució es caracteritza pel coeficient de transmissió de la llum (també anomenat transmissió) T:

Т=I / I_{0, on:}

• I - intensitat de la llum que passa a través de la substància;
• I_{0 - intensitat del feix de llum incident.}

Així, la transmissió mostra la proporció de flux de llum no absorbit que passa per la solució objecte d'estudi. L'algorisme de valor de transmissió inversa s'anomena densitat òptica de la solució (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Aquesta equació mostra quins paràmetres són els principals per a la investigació. Aquests inclouen la longitud d'ona de la llum, el gruix de la cubeta, la concentració de la solució i la densitat òptica.

Llei de Bouguer-Lambert-Beer

És una expressió matemàtica que mostra la dependència de la disminució de la intensitat d'un flux de llum monocromàtic de la concentracióabsorbent i el gruix de la capa líquida per on es fa passar:

I=I₀10^{-ε·С·ι, on:}

• ε - coeficient d'absorció de llum;
• С - concentració d'una substància, mol/l;
• ι - gruix de la capa de la solució analitzada, vegeu

Després de transformar, aquesta fórmula es pot escriure: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

L'essència de la llei és la següent: diferents solucions d'un mateix compost a la mateixa concentració i gruix de capa a la cubeta absorbeixen la mateixa part de la llum que cau sobre elles.

En agafar el logaritme de l'última equació, podeu obtenir la fórmula: D=εCι.

Òbviament, la densitat òptica depèn directament de la concentració de la solució i del gruix de la seva capa. El significat físic del coeficient d'absorció molar es fa evident. És igual a D per a una solució d'un molar i amb un gruix de capa d'1 cm.

Restriccions a l'aplicació de la llei

Aquesta secció inclou els elements següents:

1. Només és vàlid per a llum monocromàtica.
2. El coeficient ε està relacionat amb l'índex de refracció del medi, especialment es poden observar desviacions fortes de la llei quan s'analitza solucions molt concentrades.
3. La temperatura quan es mesura la densitat òptica ha de ser constant (en uns pocs graus).
4. El feix de llum ha de ser paral·lel.
5. El pH del medi ha de ser constant.
6. La llei s'aplica a les substànciesels centres que absorbeixen la llum són partícules del mateix tipus.

Mètodes per determinar la concentració

Val la pena tenir en compte el mètode de la corba de calibratge. Per construir-lo, prepareu una sèrie de solucions (5-10) amb diferents concentracions de la substància d'assaig i mesureu-ne la densitat òptica. Segons els valors obtinguts, es dibuixa una gràfica de D en funció de la concentració. El gràfic és una línia recta des de l'origen. Us permet determinar fàcilment la concentració d'una substància a partir dels resultats de les mesures.

També hi ha un mètode d'addicions. S'utilitza amb menys freqüència que l'anterior, però permet analitzar solucions de composició complexa, ja que té en compte la influència de components addicionals. La seva essència és determinar la densitat òptica del medi D_x, que conté l'analit de concentració desconeguda С_x, amb anàlisis repetides de la mateixa solució, però amb l'addició d'una certa quantitat del component de prova (С_st). El valor de C_{x es troba mitjançant càlculs o gràfics.}

Condicions de recerca

Per tal que els estudis fotomètrics donin un resultat fiable, s'han de complir diverses condicions:

• la reacció ha d'acabar de manera ràpida i completa, de manera selectiva i reproduïble;
• el color de la substància resultant ha de ser estable al llarg del temps i no canviar sota l'acció de la llum;
• la substància de prova es pren en una quantitat suficient per convertir-la en una forma analítica;
• mesuresla densitat òptica es realitza en el rang de longituds d'ona en què la diferència en l'absorció dels reactius inicials i la solució analitzada és més gran;
• l'absorció de llum de la solució de referència es considera zero òptic.