ABSORBANS: HVA ER DET, EKSEMPLER OG LØSTE ØVELSER - FYSISK - 2026

Den absorbans er logaritmen med et negativt fortegn av kvotienten mellom den utgående lysintensitet og den innfallende lysintensiteten på en prøve av gjennomskinnelig løsning som er blitt belyst med monokromatisk lys. Denne kvotienten er overføringen.

Den fysiske prosessen med lys som går gjennom en prøve kalles lysoverføring, og absorbans er et mål på den. Dermed blir absorbansen den minste logaritme for overføringen og er en viktig data for å bestemme konsentrasjonen av en prøve som vanligvis er oppløst i et løsningsmiddel så som vann, alkohol eller noe annet.

Figur 1. Diagram over absorbansprosessen. Utarbeidet av F. Zapata

For å måle absorbans kreves en enhet som kalles et elektrofotometer, som måles en strøm som er proporsjonal med lysintensiteten på overflaten.

Ved beregning av overføring måles generelt intensitetssignalet som tilsvarer løsningsmidlet alene først, og dette resultatet blir registrert som Io.

Deretter plasseres den oppløste prøven i løsningsmidlet under de samme lysforhold. Signalet målt med elektrofotometeret er betegnet som I, noe som gjør det mulig å beregne overføringen T etter følgende formel:

T = I / I eller

Det er en dimensjonsløs mengde. Absorbansen A blir således uttrykt som:

A = - log (T) = - log (I / I o)

Molar absorbans og absorpsjon

Molekylene som utgjør et kjemisk stoff er i stand til å absorbere lys, og et mål for dette er nettopp absorbans. Det er resultatet av samspillet mellom fotoner og molekylære elektroner.

Derfor er det en størrelsesorden som vil avhenge av tettheten eller konsentrasjonen av molekylene som utgjør prøven og også på den optiske banen eller avstanden som lyset har tilbakelagt.

De eksperimentelle dataene indikerer at absorbansen A er lineært proporsjonal med konsentrasjonen C og avstanden d tilbakelagt av lyset. Så for å beregne det basert på disse parameterne, kan følgende formel etableres:

A = ε⋅C⋅d

I den ovennevnte formel er ε en proporsjonal konstant kjent som molar absorpsjon.

Molar absorpsjon avhenger av typen stoff og av bølgelengden som absorbansen måles ved. Molar absorpsjon er også følsom for prøvetemperatur og prøve-pH.

Beer-Lambert lov

Dette forholdet mellom absorbans, absorpsjon, konsentrasjon og avstanden til tykkelsen på banen som lyset følger i prøven, er kjent som Beer-Lambert-loven.

Figur 2. Beer-Lamberts lov. Kilde: F. Zapata,

Her er noen eksempler på hvordan du bruker den.

eksempler

Eksempel 1

Under et eksperiment blir en prøve opplyst med rødt lys fra en helium-neon-laser, hvis bølgelengde er 633 nm. Et elektrofotometer måler 30 mV når laserlys treffer direkte og 10 mV når det passerer gjennom en prøve.

I dette tilfellet er overføringen:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

Og absorbansen er:

A = - logg (⅓) = logg (3) = 0,48

Eksempel 2

Hvis det samme stoffet er plassert i en beholder som er halvparten av tykkelsen til den som ble brukt i eksempel 1, fortell hvor mye elektrofotometeret vil merke når lyset fra helium-neon-laser føres gjennom prøven.

Det må tas i betraktning at hvis tykkelsen avtar med halvparten, så reduseres absorbansen som er proporsjonal med den optiske tykkelsen med halvparten, det vil si A = 0,28. Overføringen T vil bli gitt ved følgende forhold:

T = 10-A = 10 ^ (- 0,28) = 0,53

Elektrofotometeret vil lese 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Løste øvelser

Oppgave 1

Vi ønsker å bestemme molar absorpsjon for en bestemt proprietær forbindelse som er i løsning. For å gjøre dette blir oppløsningen opplyst med lys fra en 589 nm natriumlampe. Prøven blir plassert i en prøveholder 1,50 cm tykk.

Utgangspunktet er en løsning med en konsentrasjon på 4,00 × 10 ^ -4 mol pr. Liter og transmisjonen måles, noe som resulterer i 0,06. Bruk disse dataene til å bestemme molens absorpsjon.

Løsning

Først bestemmes absorbansen, som er definert som den minste logaritme for å basere ti av transmittansen:

A = - logg (T)

A = - logg (0,06) = 1,22

Da brukes Lambert-Beer-loven som etablerer et forhold mellom absorbanse, molar absorpsjon, konsentrasjon og optisk lengde:

A = ε⋅C⋅d

Løsning for molar absorpsjon oppnås følgende forhold:

ε = A / (C⋅d)

ved å erstatte de gitte verdiene vi har:

ε = 1,22 / (4,00 × 10 ^ -4 M1,5 cm) = 2030 (M⋅cm) ^ - 1

Ovennevnte resultat er avrundet til tre betydelige sifre.

Oppgave 2

For å forbedre presisjonen og bestemme feilen i målingen av den molære absorpsiviteten til prøven i øvelse 1, fortynnes prøven suksessivt til halve konsentrasjonen, og transmitteringen måles i hvert tilfelle.

Fra Co = 4 × 10 ^ -4 M med transmisjon T = 0,06 oppnås følgende datasekvens for transmittans og absorbans beregnet fra transmittans:

Co / 1–> 0,06–> 1,22

Co / 2–> 0,25–> 0,60

Co / 4–> 0,50–> 0,30

Co / 8–> 0,71–> 0,15

Co / 16–> 0,83–> 0,08

Co / 32–> 0,93–> 0,03

Co / 64–> 0,95–> 0,02

Co / 128–> 0,98–> 0,01

Co / 256–> 0,99–> 0,00

Med disse dataene utfører du:

a) En graf over absorbans som en funksjon av konsentrasjon.

b) En lineær passning av dataene og finn skråningen.

c) Beregn den molære absorpsiviteten fra den oppnådde helning.

Løsning

Figur 3. Absorbans vs konsentrasjon. Kilde: F. Zapata.

Den oppnådde helningen er produktet av den molære absorpsjon og den optiske avstanden, så ved å dele skråningen med lengden 1,5 cm oppnår vi den molare absorpsjon

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

Oppgave 3

Med dataene fra oppgave 2:

a) Beregn absorpsiviteten for hvert stykke data.

b) Bestem en gjennomsnittsverdi for molar absorpsjon, dens standardavvik og statistiske feil knyttet til gjennomsnittet.

Løsning

Molar absorpsjon beregnes for hver av de testede konsentrasjoner. Husk at lysforholdene og den optiske avstanden forblir fast.

Resultatene for molar absorpsjon er:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1872, 1862 i enheter på 1 / (M * cm).

Fra disse resultatene kan vi ta gjennomsnittsverdien:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Med et standardavvik på: 184 (M * cm) ^ - 1

Den gjennomsnittlige feilen er standardavviket delt på kvadratroten av antall data, det vil si:

Δ <ε> = 184/9 ^ 0,5 = 60 (M * cm) ^ - 1

Til slutt konkluderes det med at det patenterte stoffet har en molar absorpsjon ved frekvensen 589 nm produsert av en natriumlampe med:

<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

referanser

1. Atkins, P. 1999. Fysisk kjemi. Omega-utgaver. 460-462.
2. Guiden. Overføring og absorbanse. Gjenopprettet fra: quimica.laguia2000.com
3. Miljøtoksikologi. Overføring, absorbanse og Lamberts lov. Gjenopprettet fra: repositorio.innovacionumh.es
4. Fysisk eventyr. Absorbans og overføring. Gjenopprettet fra: rpfisica.blogspot.com
5. Spectophotometry. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org
6. Miljøtoksikologi. Overføring, absorbanse og Lamberts lov. Gjenopprettet fra: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. absorbans Gjenopprettet fra: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektrofotometri. Gjenopprettet fra: wikipedia.com