- Kāds ir Beer-Lambert likums?
- Absorbcija un caurlaidība
- Grafika
- Lietojumprogrammas
- Atrisināti vingrinājumi
- 1. vingrinājums
- 2. vingrinājums
- Atsauces
Beer-Lambert likums (Beer-Bouguer) ir tāds, kas attiecas absorbciju elektromagnētisko starojumu no vienas vai vairāku ķīmisko sastāvu, ar tā koncentrāciju un attālumu, ka gaismas ceļojumu particle-fotonu mijiedarbību. Šis likums apvieno divus likumus vienā.
Bugera likums (lai arī atzinība vairāk ir kritusi Heinriham Lambertam) nosaka, ka paraugs absorbēs vairāk starojuma, ja absorbējošās vides vai materiāla izmēri ir lielāki; konkrēti, tā biezums, kas ir attālums, kuru gaisma pārvietojas, iebraucot un izejot no tā.
Starojums, ko absorbē paraugs. Avots: Marmot2019, no Wikimedia Commons
Augšējā attēlā parādīta monohromatiskā starojuma absorbcija; tas ir, sastāv no viena viļņa garuma, λ. Absorbējošā vide ir optiskās šūnas iekšpusē, kuras biezums ir 1, un satur ķīmiskas vielas ar koncentrāciju c.
Gaismas staram ir sākotnējā un beigu intensitāte, ko attiecīgi apzīmē ar simboliem I 0 un I. Ņemiet vērā, ka pēc mijiedarbības ar absorbējošo vidi es esmu mazāks par I 0 , kas parāda, ka ir notikusi starojuma absorbcija. Jo augstāks c un l, jo mazāks es būšu attiecībā pret I 0 ; tas ir, būs lielāka absorbcija un mazāka caurlaidība.
Kāds ir Beer-Lambert likums?
Augšējais attēls lieliski iekļauj šo likumu. Apstarojuma absorbcija paraugā palielinās vai samazinās eksponenciāli kā kol. Lai likumu padarītu pilnīgu un viegli saprotamu, ir jāaplūko tā matemātiskie aspekti.
Kā tikko minēts, I 0 un I ir attiecīgi monohromatiskās gaismas staru intensitāte pirms un pēc gaismas. Daži teksti dod priekšroku simboliem P 0 un P, kas attiecas uz starojuma enerģiju, nevis uz tā intensitāti. Šeit skaidrojums tiks turpināts, izmantojot intensitātes.
Lai linearizētu šī likuma vienādojumu, jāpielieto logaritms, parasti bāze 10:
Žurnāls (I 0 / I) = εl c
Apzīmējums (I 0 / I) norāda, cik lielā mērā samazinās absorbcijas starojuma produkta intensitāte. Lamberta likumā tiek ņemts vērā tikai al (εl), savukārt Bēra likumā ignorēts al, bet ac tiek ievietots tā vietā (ε c). Augšējais vienādojums ir abu likumu savienība, un tāpēc tas ir Beer-Lambert likuma vispārīgais matemātiskais izteiciens.
Absorbcija un caurlaidība
Absorbciju nosaka ar terminu Log (I 0 / I). Tādējādi vienādojumu izsaka šādi:
A = εl c
Kur ε ir ekstinkcijas koeficients vai molārā absorbcija, kas ir konstante noteiktā viļņa garumā.
Ņemiet vērā: ja absorbējošās vides biezums tiek uzturēts nemainīgs, piemēram, ε, absorbcija A būs atkarīga tikai no absorbējošo vielu koncentrācijas c. Tas ir arī lineārs vienādojums, y = mx, kur y ir A un x ir c.
Palielinoties absorbcijai, caurlaidība samazinās; tas ir, cik daudz radiācijas izdodas nodot pēc absorbcijas. Tāpēc tie ir apgriezti. Ja I 0 / I norāda absorbcijas pakāpi, I / I 0 ir vienāds ar caurlaidību. Zinot to:
I / I 0 = T
(I 0 / I) = 1 / T
Žurnāls (I 0 / I) = Žurnāls (1 / T)
Bet arī Log (I 0 / I) ir vienāds ar absorbciju. Tātad attiecības starp A un T ir:
A = žurnāls (1 / T)
Un piemērojot logaritmu īpašības un zinot, ka Log1 ir vienāds ar 0:
A = -LogT
Parasti caurlaidības tiek izteiktas procentos:
% T = I / I 0 ∙ 100
Grafika
Kā iepriekš minēts, vienādojumi atbilst lineārai funkcijai; tāpēc ir sagaidāms, ka grafikā tos parādīs līnija.
Grafiki, kas izmantoti Beer-Lambert likumam. Avots: Gabriel Bolívar
Ņemiet vērā, ka pa kreisi no attēla augšpusē mums ir rinda, kas iegūta, diagrammējot A pret c, un pa labi, rinda, kas atbilst LogT grafikam pret c. Vienam ir pozitīvs slīpums, bet otram - negatīvs; jo augstāka absorbcija, jo zemāka caurlaidība.
Pateicoties šai linearitātei, absorbējošo ķīmisko sugu (hromoforu) koncentrāciju var noteikt, ja ir zināms, cik daudz starojuma viņi absorbē (A) vai cik daudz starojuma tiek pārraidīts (LogT). Ja šī linearitāte netiek ievērota, tiek teikts, ka tā saskaras ar Beer-Lambert likuma pozitīvu vai negatīvu novirzi.
Lietojumprogrammas
Vispārīgi runājot, daži no vissvarīgākajiem šā likuma piemērošanas veidiem ir minēti zemāk:
-Ja ķīmiskai sugai ir krāsa, tas ir parauga kandidāts, kurš jāanalizē ar kolorimetriskām metodēm. To pamatā ir Beer-Lambert likums, un tie ļauj noteikt analizējamo vielu koncentrāciju kā absorbcijas funkciju, kas iegūta ar spektrofotometru.
-Tas ļauj veidot kalibrēšanas līknes, ar kurām, ņemot vērā parauga matricu, nosaka interesējošo sugu koncentrāciju.
-To plaši izmanto olbaltumvielu analīzei, jo vairākas aminoskābes nodrošina svarīgu absorbciju elektromagnētiskā spektra ultravioletajā apgabalā.
-Ķīmiskās reakcijas vai molekulārās parādības, kas norāda uz krāsas izmaiņām, var analizēt, izmantojot absorbcijas vērtības vienā vai vairākos viļņu garumos.
- Izmantojot daudzfaktoru analīzi, var analizēt sarežģītus hromoforu maisījumus. Šādā veidā var noteikt visu analizējamo vielu koncentrāciju, kā arī maisījumus var klasificēt un atšķirt viens no otra; piemēram, izslēdz, vai divi identiski minerāli nāk no tā paša kontinenta vai konkrētas valsts.
Atrisināti vingrinājumi
1. vingrinājums
Kāda ir šķīduma absorbcija ar 30% caurlaidību pie viļņa garuma 640 nm?
Lai to atrisinātu, pietiek ar to, lai dotos uz absorbcijas un caurlaidības definīcijām.
% T = 30
T = (30/100) = 0,3
Un, zinot, ka A = -LogT, aprēķins ir vienkāršs:
A = -Log 0,3 = 0,5228
Ņemiet vērā, ka tajā nav vienību.
2. vingrinājums
Ja iepriekšējā vingrinājuma risinājums sastāv no sugām W, kuru koncentrācija ir 2,30 ∙ 10 -4 M, un, pieņemot, ka šūnas biezums ir 2 cm: kādai jābūt tās koncentrācijai, lai iegūtu caurlaidību 8%?
To var atrisināt tieši ar šo vienādojumu:
-LogT = εl c
Bet ε vērtība nav zināma. Tāpēc tas jāaprēķina ar iepriekšējiem datiem un tiek pieņemts, ka tas paliek nemainīgs plašā koncentrāciju diapazonā:
ε = -LogT / lc
= (-Log 0,3) / (2 cm x 2,3 ∙ 10–4 M)
= 1136,52 M -1 ∙ cm -1
Un tagad jūs varat turpināt aprēķinu, izmantojot% T = 8:
c = -LogT / εl
= (-Log 0,08) / (1136,52 M -1 ∙ cm -1 x 2 cm)
= 4,82 ∙ 10 -4 M
Tad pietiek ar to, ka W suga divkāršo savu koncentrāciju (4,82 / 2,3), lai samazinātu tās caurlaidības procentus no 30% līdz 8%.
Atsauces
- Day, R., & Underwood, A. (1965). Kvantitatīvā analītiskā ķīmija. (piektais izd.). PEARSON Prentice Hall, 469.-474.
- Skogs DA, West DM (1986). Instrumentālā analīze. (otrais red.). Interamericana., Meksika.
- Soderbergs T. (2014. gada 18. augusts). Alus-Lamberta likums. Ķīmija LibreTexts. Atgūts no: chem.libretexts.org
- Klarks J. (2016. gada maijs). Alus-Lamberta likums. Atgūts no: chemguide.co.uk
- Kolorimetriskā analīze: alus likums vai spektrofotometriskā analīze. Atgūts no: chem.ucla.edu
- JM Fernández Álvarez. (sf). Analītiskā ķīmija: atrisināto problēmu rokasgrāmata. . Atgūts no: dadun.unav.edu