ABSORBANS: VAD ÄR DET, EXEMPEL OCH LÖSTA ÖVNINGAR - FYSISK - 2025

Den absorbans är logaritmen med negativt tecken av kvoten mellan den framväxande ljusintensiteten och den infallande ljusintensiteten på ett prov av genomskinlig lösning som har belyses med monokromatiskt ljus. Denna kvotient är transmittansen.

Den fysiska processen med ljus som passerar genom ett prov kallas ljusöverföring, och absorbans är ett mått på det. Följaktligen blir absorbansen den minsta logaritmen för transmittansen och är en viktig data för att bestämma koncentrationen av ett prov som i allmänhet är upplöst i ett lösningsmedel såsom vatten, alkohol eller något annat.

Figur 1. Diagram över absorbansprocessen. Utarbetad av F. Zapata

För att mäta absorbans krävs en anordning som kallas en elektrofotometer, med vilken en ström mäts som är proportionell mot ljusintensiteten på dess yta.

Vid beräkning av transmittans mäts generellt först intensitetssignalen som motsvarar lösningsmedlet först och detta resultat registreras som Io.

Därefter placeras det upplösta provet i lösningsmedlet under samma ljusförhållanden. Signalen mätt med elektrofotometern betecknas som I, vilket gör att transmissionen T kan beräknas enligt följande formel:

T = I / I eller

Det är en måttlös kvantitet. Absorbansen A uttrycks således som:

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

Molar absorbans och absorptivitet

Molekylerna som utgör en kemisk substans kan absorbera ljus, och ett mått på detta är just absorbans. Det är resultatet av interaktionen mellan fotoner och molekylelektroner.

Därför är det en storlek som kommer att bero på densiteten eller koncentrationen av molekylerna som utgör provet och även på den optiska vägen eller avståndet som ljuset har rest.

De experimentella uppgifterna indikerar att absorbansen A är linjärt proportionell mot koncentrationen C och avståndet d färdas av ljuset. Så för att beräkna det baserat på dessa parametrar kan följande formel fastställas:

A = ε⋅C⋅d

I ovanstående formel är e en konstant av proportionalitet känd som molär absorptivitet.

Molär absorptivitet beror på typen av ämne och på våglängden vid vilken absorbansen mäts. Molär absorptivitet är också känslig för provtemperatur och provets pH.

Beer-Lambert lag

Detta förhållande mellan absorbans, absorptivitet, koncentration och avståndet mellan tjockleken på banan som ljuset följer i provet kallas Beer-Lambert-lagen.

Bild 2. Beer-Lamberts lag. Källa: F. Zapata,

Här är några exempel på hur du använder det.

exempel

Exempel 1

Under ett experiment belyses ett prov med rött ljus från en helium-neonlaser, vars våglängd är 633 nm. En elektrofotometer mäter 30 mV när laserljus träffar direkt och 10 mV när det passerar genom ett prov.

I detta fall är överföringen:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

Och absorbansen är:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Exempel 2

Om samma ämne placeras i en behållare som är hälften av tjockleken som den som användes i exempel 1, berätta hur mycket elektrofotometern kommer att markera när ljuset från helium-neonlaser passeras genom provet.

Det måste beaktas att om tjockleken minskar med hälften, så minskar absorbansen som är proportionell mot den optiska tjockleken med hälften, det vill säga A = 0,28. Överföringen T kommer att ges av följande förhållande:

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

Elektrofotometern kommer att läsa 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Lösta övningar

Övning 1

Vi vill bestämma den molära absorptiviteten för en viss egenförening som finns i lösning. För att göra detta tänds lösningen med ljus från en 589 nm natriumlampa. Provet placeras i en provhållare 1,50 cm tjock.

Utgångspunkten är en lösning med en koncentration av 4,00 x 10 ^ -4 mol per liter och transmittansen mäts, vilket resulterar i 0,06. Med hjälp av dessa data bestämmer du provets molära absorptivitet.

Lösning

Först bestämmes absorbansen, som definieras som den minsta logaritmen för att basera tio av transmittansen:

A = - logg (T)

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

Sedan används Lambert-Beer-lagen som fastställer ett förhållande mellan absorbans, molär absorptivitet, koncentration och optisk längd:

A = ε⋅C⋅d

Följande förhållande erhålls för att lösa för molär absorptivitet:

e = A / (Cdd)

ersätter de givna värden vi har:

e = 1,22 / (4,00 x 10 ^ -4 M1,5 cm) = 2030 (M ^ cm) ^ - 1

Ovanstående resultat har avrundats till tre betydande siffror.

Övning 2

För att förbättra precisionen och bestämma felet i mätningen av provets molabsorptivitet i övning 1, utspädes provet successivt till halva koncentrationen och transmittansen mäts i båda fallen.

Med utgångspunkt från Co = 4 × 10 ^ -4 M med transmittans T = 0,06 erhålles följande datasekvens för transmittans och absorbans beräknad från 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 dessa data utför du:

a) En graf över absorbans som en funktion av koncentrationen.

b) En linjär anpassning av data och hitta lutningen.

c) Beräkna den molära absorptiviteten från den erhållna lutningen.

Lösning

Bild 3. Absorbans kontra koncentration. Källa: F. Zapata.

Den erhållna lutningen är produkten av den molära absorptiviteten och det optiska avståndet, så genom att dela lutningen med längden 1,5 cm får vi den molära absorptiviteten

e = 3049 / 1,50 = 2033 (Mcm) ^ - 1

Övning 3

Med data från övning 2:

a) Beräkna absorptiviteten för varje databitar.

b) Bestäm ett medelvärde för den molära absorptiviteten, dess standardavvikelse och det statistiska felet som är associerat med medelvärdet.

Lösning

Den molära absorptiviteten beräknas för var och en av de testade koncentrationerna. Kom ihåg att belysningsförhållandena och det optiska avståndet förblir fast.

Resultaten för molär absorptivitet är:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1 872, 1862 i enheter av 1 / (M * cm).

Från dessa resultat kan vi ta medelvärdet:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Med en standardavvikelse på: 184 (M * cm) ^ - 1

Det genomsnittliga felet är standardavvikelsen dividerad med kvadratroten för antalet data, det vill säga:

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

Slutligen dras slutsatsen att den patenterade substansen har en molär absorptivitet vid frekvensen 589 nm producerad av en natriumlampa med:

<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

referenser

1. Atkins, P. 1999. Physical Chemistry. Omega-utgåvor. 460-462.
2. Guiden. Överföring och absorbans. Återställd från: quimica.laguia2000.com
3. Miljötoxikologi. Överföring, absorbans och Lamberts lag. Återställd från: repositorio.innovacionumh.es
4. Fysiskt äventyr. Absorbans och transmittans. Återställd från: rpfisica.blogspot.com
5. Spectophotometry. Återställd från: chem.libretexts.org
6. Miljötoxikologi. Överföring, absorbans och Lamberts lag. Återställd från: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipedia. absorbans Återställd från: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektrofotometri. Återställd från: wikipedia.com