Elk deeltje, of het nu een molecuul, een atoom of een ion is, gaat als gevolg van absorptie van een kwantum van licht naar een hoger niveau van energietoestand. Meestal vindt de overgang van de grondtoestand naar de aangeslagen toestand plaats. Hierdoor verschijnen bepaalde absorptiebanden in de spectra.
De absorptie van straling leidt ertoe dat wanneer het door een stof gaat, de intensiteit van deze straling afneemt met een toename van het aantal deeltjes van een stof met een bepaalde optische dichtheid. Deze onderzoeksmethode werd in 1795 voorgesteld door V. M. Severgin.
Deze methode is het meest geschikt voor reacties waarbij de analyt in een gekleurde verbinding kan veranderen, wat een verandering in de kleur van de testoplossing veroorzaakt. Door de lichtabsorptie te meten of de kleur te vergelijken met een oplossing met een bekende concentratie, is het gemakkelijk om het percentage van de stof in de oplossing te vinden.
Basiswet van lichtabsorptie
De essentie van fotometrische bepaling bestaat uit twee processen:
- overdracht van de analyt naarabsorberende verbinding;
- meten van de intensiteit van de absorptie van dezelfde trillingen door een oplossing van de teststof.
Veranderingen in de intensiteit van het licht dat door het lichtabsorberende materiaal gaat, worden ook veroorzaakt door lichtverlies door reflectie en verstrooiing. Om het resultaat betrouwbaar te maken, worden parallelle studies uitgevoerd om de parameters bij dezelfde laagdikte, in identieke cuvetten, met hetzelfde oplosmiddel te meten. De afname van de lichtintensiteit hangt dus voornamelijk af van de concentratie van de oplossing.
De afname van de intensiteit van het licht dat door de oplossing gaat, wordt gekenmerkt door de lichttransmissiecoëfficiënt (ook wel de transmissie genoemd) T:
Т=ik / ik0, waarbij:
- I - intensiteit van het licht dat door de substantie gaat;
- I0 - intensiteit van de invallende lichtstraal.
De transmissie toont dus de hoeveelheid niet-geabsorbeerde lichtstroom die door de onderzochte oplossing gaat. Het inverse transmissiewaarde-algoritme wordt de optische dichtheid van de oplossing (D) genoemd: D=(-lgT)=(-lg)(I / I0)=lg(I 0 / I).
Deze vergelijking laat zien welke parameters de belangrijkste zijn voor onderzoek. Deze omvatten de golflengte van het licht, de dikte van de cuvet, de concentratie van de oplossing en de optische dichtheid.
Bouguer-Lambert-Beer Law
Het is een wiskundige uitdrukking die de afhankelijkheid weergeeft van de afname van de intensiteit van een monochromatische lichtstroom van concentratieabsorberend en de dikte van de vloeibare laag waardoor het wordt geleid:
I=I010-ε·С·ι, waarbij:
- ε - lichtabsorptiecoëfficiënt;
- С - concentratie van een stof, mol/l;
- ι - laagdikte van de geanalyseerde oplossing, zie
Na transformatie kan deze formule worden geschreven: I / I0 =10-ε·С·ι.
De essentie van de wet is als volgt: verschillende oplossingen van dezelfde verbinding in gelijke concentratie en laagdikte in de cuvet absorberen hetzelfde deel van het licht dat erop v alt.
Door de logaritme van de laatste vergelijking te nemen, krijg je de formule: D=εCι.
Het is duidelijk dat de optische dichtheid rechtstreeks afhangt van de concentratie van de oplossing en de dikte van de laag. De fysieke betekenis van de molaire absorptiecoëfficiënt wordt duidelijk. Het is gelijk aan D voor een éénmolaire oplossing en met een laagdikte van 1 cm.
Beperkingen op de toepassing van de wet
Deze sectie bevat de volgende items:
- Het is alleen geldig voor monochromatisch licht.
- De coëfficiënt ε is gerelateerd aan de brekingsindex van het medium, vooral sterke afwijkingen van de wet kunnen worden waargenomen bij het analyseren van sterk geconcentreerde oplossingen.
- De temperatuur bij het meten van optische dichtheid moet constant zijn (binnen enkele graden).
- De lichtstraal moet parallel zijn.
- De pH van het medium moet constant zijn.
- De wet is van toepassing op stoffenwaarvan de lichtabsorberende centra deeltjes van hetzelfde type zijn.
Methoden voor het bepalen van concentratie
Het is de moeite waard om de kalibratiecurvemethode te overwegen. Om het te bouwen, bereidt u een reeks oplossingen (5-10) met verschillende concentraties van de teststof voor en meet u hun optische dichtheid. Volgens de verkregen waarden wordt een grafiek van D versus concentratie uitgezet. De grafiek is een rechte lijn vanaf de oorsprong. Hiermee kunt u eenvoudig de concentratie van een stof bepalen uit de resultaten van metingen.
Er is ook een methode van toevoegingen. Het wordt minder vaak gebruikt dan de vorige, maar het stelt u in staat om oplossingen met een complexe samenstelling te analyseren, omdat het rekening houdt met de invloed van extra componenten. De essentie is het bepalen van de optische dichtheid van het medium Dx, dat de analyt met onbekende concentratie Сx bevat, met herhaalde analyse van dezelfde oplossing, maar met de toevoeging van een bepaalde hoeveelheid van de testcomponent (Сst). De waarde van Cx wordt gevonden met behulp van berekeningen of grafieken.
Onderzoeksvoorwaarden
Om fotometrische studies een betrouwbaar resultaat te geven, moet aan verschillende voorwaarden worden voldaan:
- reactie moet snel en volledig, selectief en reproduceerbaar eindigen;
- de kleur van de resulterende stof moet in de loop van de tijd stabiel zijn en niet veranderen onder invloed van licht;
- de teststof wordt ingenomen in een hoeveelheid die voldoende is om deze in een analytische vorm om te zetten;
- metingenoptische dichtheid wordt uitgevoerd in het golflengtebereik waarbij het verschil in absorptie van de initiële reagentia en de geanalyseerde oplossing het grootst is;
- lichtabsorptie van de referentieoplossing wordt als optisch nul beschouwd.
