Закони поглинання світла

Оптичні методи

Фотометричний аналіз грунтується на вимірюванні поглинання, пропускання та розсіювання світла досліджуваною речовиною.

В основі цих методів лежать в основному хімічні реакції утворення або руйнування забарвлених сполук. Деякі безбарвні або слабко забарвлені йони при взаємодії з іншими йонами чи органічними реагентами утворюють забарвлені сполуки. Такі реакції називають кольоровими. Наприклад, йони Феруму(Ш), що мають світложовте забарвлення, під час взаємодії з тіоціанат-іонами утворюють забарвлені в червоний колір комплексні сполуки. Йони Купруму(ІІ), що мають блакитне забарвлення, з молекулами амоніаку утворюють комплексну сполуку яскраво-синього кольору, а безбарвні йони Мангану(П) в результаті окиснення перетворюються на перманганат-іони МпО₄ малинового забарвлення. При цьому кількість утвореного продукту реакції пропорційна інтенсивності забарвлення. Отже, головним у фотометричному аналізі є хімічна реакція, яка відбувається між досліджуваним йоном та реагентом і від вибору якої залежать ефективність, чутливість і точність методу. Важливим є також спосіб вимірювання інтенсивності забарвлення утвореної сполуки.

Фотометрію застосовують для визначення вмісту малих кількостей досліджуваної речовини в розчині (масою І ^.І0^-4 – 1^. І0^-5г в об'ємі 50—100 мл), які не можна визначити гравіметричним та об'ємним методами.

Колориметрія — це метод кількісного аналізу, що ґрунтується на візуальному порівнянні інтенсивності забарвлення розчину досліджуваної речовини з розчином відомої концентрації цієї самої речовини. Розчин з точно відомою концентрацією, який застосовують для порівняння, називають стандартним, або еталонним,розчином.

Фотоелектроколориметрія. У цьому методі аналізу інтенсивність забарвлення досліджуваних розчинів вимірюють за допомогою спеціальних приладів, які називають фотоелектроколориметрами.

Нефелометріюзастосовують для кількісного визначення речовин, що утворюють з певними реагентами достатньо стійку суспензію. Тоді вимірюють інтенсивність світла, відбитого часточками цієї суспензії.

Оптичні методи аналізу ґрунтуються на взаємодії речовини з електромагнітним випромінюванням. Це випромінювання характеризується довжиною хвилі λ, відповідною енергією Е і частотою випромінювання ν.

Практично спектр поглинання, що відображає графічну залежність величини поглинання від довжини хвилі, можна дістати, якщо на шляху електромагнітного випромінювання помістити речовину, що поглинає промені певних довжин хвиль.

При проходженні монохроматичного пучка світла з інтенсивністю I₀ крізь забарвлений розчин певна частина світла ( I_r ) відбивається, інша (I_a)— поглинається, а решта ( I_t ) — проходить крізь шар розчину:

I₀ = I_r + I_a + I_t

Оскільки у фотометрії порівнюють розчини з однаковою товщиною шару, то величиною I_rможна знехтувати, тоді дістанемо:

I₀ = I_a + I_t

Таким чином, світловий потік при проходженні крізь розчин втрачає частину своєї інтенсивності. Вчені П. Бугер і І. Ламберт (1760) встановили, що здатність розчину поглинати світло певної довжини хвилі залежить від товщини шару розчину ι і визначається за формулою:

I_t = I₀10^-^kI

де k —коефіцієнт поглинання, який є сталою величиною для певного розчину. Після логарифмування цього рівняння одержимо: lgI₀/I_r = kl.

Відношення lgI₀/I_r = kl_,називають оптичною густиноюрозчину і позначають літерою D.

Отже, D = lgI₀/I_r = kl

Це рівняння є математичним виразом закону Бугера — Ламберта.

У 1862 р. А. Бер встановив зв'язок між інтенсивністю потоку світла та концентрацією речовини в розчині, який полягає в тому, що поглинання світла прямо пропорційне кількості частинок (концентрації) речовини, крізь яку проходить світло.

Ця залежність відома під назвою закону Бугера—Ламберта—Бера і є основним законом поглинання світла розчинами. В інтегральній формі цей закон виражають таким рівнянням:

I_t = I₀10^-^kCI

Після логарифмування цього виразу дістанемо:

D = lgI₀/I_r = kCl

де k — коефіцієнт пропорційності; С — концентрація розчину, моль/л; I —товщина шару розчину, см.

Коефіцієнт пропорційності k — це показник поглинання розчину з концентрацією і товщиною шару, що дорівнюють одиниці, є характерним фізико-хімічним параметром для кожної забарвленої речовини. Якщо концентрація розчиненої речовини становить 1 моль/л, то показник поглинання розчину kза товщини шару розчину, що дорівнює 1 см, називають молярним коефіцієнтом поглинання і позначають ε. Він є мірою здатності речовини вбирати світло певної довжини хвилі, залежить від її природи і дає можливість оцінити чутливість фотометричних методів. Величину молярного коефіцієнта поглинання обчислюють за результатами вимірювання оптичної густини розчину за даної довжини хвилі:

ε _λ = D _λ

Оптичну густину розчину з масовою часткою розчиненої речовини, що дорівнює 1% за товщини шару розчину 1см, називають питомим коефіцієнтом поглинання.

Отже, оптична густина розчину залежить від концентрації речовини, її природи і товщини шару розчину, крізь який проходить світло.

Із закону Бугера—Ламберта—Бера випливає, що для однієї й тієї самої речовини за однакової оптичної густини розчинів їх концентрації обернено пропорційні товщинам шару розчинів, що поглинають світло.

I₁ = C₁

I₂C₂

Отже, за однакової інтенсивності забарвлення двох розчинів однієї й тієї самої речовини концентрації розчинів обернено пропорційні товщині шару рідини.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Особливості інструментальних методів аналізу	\|	Фотоелектроколориметрія

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.018 сек.