พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับกำหนดความหนาแน่นเชิงแสงของสารละลาย

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

อนุภาคใดๆ ไม่ว่าจะเป็นโมเลกุล อะตอม หรือไอออน อันเป็นผลมาจากการดูดกลืนควอนตัมของแสง จะส่งผ่านไปยังสถานะพลังงานในระดับที่สูงขึ้น ส่วนใหญ่มักจะเกิดการเปลี่ยนแปลงจากสถานะพื้นดินเป็นสถานะตื่นเต้น ทำให้แถบดูดกลืนแสงปรากฏขึ้นในสเปกตรัม

การดูดกลืนรังสีนำไปสู่ความจริงที่ว่าเมื่อมันผ่านสาร ความเข้มของรังสีนี้จะลดลงตามจำนวนอนุภาคของสารที่มีความหนาแน่นเชิงแสงเพิ่มขึ้น วิธีการวิจัยนี้เสนอโดย V. M. Severgin ในปี ค.ศ. 1795

วิธีนี้เหมาะที่สุดสำหรับปฏิกิริยาที่สารวิเคราะห์สามารถเปลี่ยนเป็นสารประกอบที่มีสี ซึ่งทำให้สีของสารละลายทดสอบเปลี่ยนไป โดยการวัดการดูดกลืนแสงหรือการเปรียบเทียบสีกับสารละลายที่มีความเข้มข้นที่ทราบ จะทำให้หาเปอร์เซ็นต์ของสารในสารละลายได้ง่าย

กฎพื้นฐานของการดูดกลืนแสง

สาระสำคัญของการวัดแสงคือสองกระบวนการ:

• โอนตัววิเคราะห์ไปที่สารประกอบดูดซับ;
• วัดความเข้มข้นของการดูดซับของการสั่นสะเทือนแบบเดียวกันนี้ด้วยสารละลายของสารทดสอบ

การเปลี่ยนแปลงของความเข้มของแสงที่ผ่านวัสดุดูดซับแสงจะเกิดจากการสูญเสียแสงเนื่องจากการสะท้อนและการกระเจิง เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือ จึงมีการศึกษาแบบขนานเพื่อวัดพารามิเตอร์ที่ความหนาของชั้นเดียวกัน ในคิวเวตที่เหมือนกัน โดยใช้ตัวทำละลายเดียวกัน ดังนั้นการลดความเข้มของแสงจึงขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลายเป็นหลัก

การลดลงของความเข้มของแสงที่ผ่านสารละลายนั้นมีลักษณะเฉพาะโดยสัมประสิทธิ์การส่งผ่านแสง (เรียกอีกอย่างว่าการส่งผ่านของมัน) T:

Т=I / I_{0 โดยที่:}

• I - ความเข้มของแสงผ่านสาร;
• I_{0 - ความเข้มของลำแสงตกกระทบ}

ดังนั้น การส่งผ่านจะแสดงสัดส่วนของฟลักซ์แสงที่ไม่ถูกดูดซับที่ไหลผ่านสารละลายภายใต้การศึกษา อัลกอริธึมการส่งค่าผกผันเรียกว่าความหนาแน่นของแสงของสารละลาย (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

สมการนี้แสดงว่าพารามิเตอร์ใดเป็นพารามิเตอร์หลักสำหรับการวิจัย ซึ่งรวมถึงความยาวคลื่นของแสง ความหนาของคิวเวตต์ ความเข้มข้นของสารละลาย และความหนาแน่นของแสง

Bouguer-Lambert-Beer Law

เป็นนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่แสดงการขึ้นต่อกันของการลดความเข้มของฟลักซ์แสงสีเดียวจากความเข้มข้นตัวดูดซับและความหนาของชั้นของเหลวที่ผ่าน:

I=I₀10^{-ε·С·ι โดยที่:}

• ε - สัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสง
• С - ความเข้มข้นของสาร, mol/l;
• ι - ความหนาของชั้นของสารละลายที่วิเคราะห์ ดู

หลังจากแปลงแล้ว สูตรนี้สามารถเขียนได้: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

สาระสำคัญของกฎหมายมีดังนี้: สารละลายต่างๆ ของสารประกอบเดียวกันที่มีความเข้มข้นเท่ากันและความหนาของชั้นในคิวเวตต์จะดูดซับแสงส่วนเดียวกันที่ตกกระทบพวกมัน

โดยการหาลอการิทึมของสมการสุดท้าย จะได้สูตร: D=εCι.

เห็นได้ชัดว่าความหนาแน่นของแสงขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลายและความหนาของชั้นโดยตรง ความหมายทางกายภาพของค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนกรามจะชัดเจน เท่ากับ D สำหรับสารละลายฟันกรามเดียวและมีความหนาของชั้น 1 ซม.

ข้อจำกัดในการบังคับใช้กฎหมาย

ส่วนนี้รวมรายการต่อไปนี้:

1. ใช้ได้กับแสงสีเดียวเท่านั้น
2. สัมประสิทธิ์ ε สัมพันธ์กับดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเบี่ยงเบนที่รุนแรงจากกฎหมายสามารถสังเกตได้เมื่อวิเคราะห์สารละลายที่มีความเข้มข้นสูง
3. อุณหภูมิเมื่อวัดความหนาแน่นของแสงจะต้องคงที่ (ภายในไม่กี่องศา)
4. ลำแสงต้องขนานกัน
5. pH ของสื่อต้องคงที่
6. กฎหมายใช้กับสารซึ่งมีศูนย์ดูดซับแสงเป็นอนุภาคประเภทเดียวกัน

วิธีการกำหนดความเข้มข้น

การพิจารณาวิธีโค้งสอบเทียบเป็นสิ่งที่คุ้มค่า ในการสร้าง ให้เตรียมชุดของสารละลาย (5-10) ที่มีความเข้มข้นของสารทดสอบต่างกันและวัดความหนาแน่นของแสง ตามค่าที่ได้รับ พล็อตของ D เทียบกับความเข้มข้นจะถูกพล็อต กราฟเป็นเส้นตรงจากจุดกำเนิด ช่วยให้คุณกำหนดความเข้มข้นของสารได้อย่างง่ายดายจากผลการวัด

นอกจากนี้ยังมีวิธีการเพิ่มเติม ใช้น้อยกว่าก่อนหน้านี้ แต่ช่วยให้คุณสามารถวิเคราะห์โซลูชันขององค์ประกอบที่ซับซ้อนได้เนื่องจากคำนึงถึงอิทธิพลของส่วนประกอบเพิ่มเติม สาระสำคัญของมันคือการกำหนดความหนาแน่นของแสงของสื่อ D_x ที่มีการวิเคราะห์ของความเข้มข้นที่ไม่รู้จักС_x ด้วยการวิเคราะห์ซ้ำของสารละลายเดียวกัน แต่ด้วย การเพิ่มส่วนประกอบทดสอบจำนวนหนึ่ง (С_st) ค่าของ C_{x หาได้จากการคำนวณหรือกราฟ}

เงื่อนไขการวิจัย

เพื่อให้การศึกษาเชิงแสงให้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขหลายประการ:

• ปฏิกิริยาต้องจบลงอย่างรวดเร็วและสมบูรณ์ เลือกและทำซ้ำได้
• สีของสารที่ได้จะต้องคงที่เมื่อเวลาผ่านไปและไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การกระทำของแสง
• สารทดสอบได้รับในปริมาณที่เพียงพอที่จะแปลงเป็นรูปแบบการวิเคราะห์
• มาตรการความหนาแน่นของแสงจะดำเนินการในช่วงความยาวคลื่นที่ความแตกต่างในการดูดกลืนของรีเอเจนต์เริ่มต้นและสารละลายที่วิเคราะห์มีมากที่สุด
• การดูดกลืนแสงของสารละลายอ้างอิงถือเป็นศูนย์เชิงแสง