- Що таке закон Бера-Ламберта?
- Поглинання та пропускання
- Графіка
- Програми
- Розв’язані вправи
- Вправа 1
- Вправа 2
- Список літератури
Закон Біра-Ламберта (Beer-Bouguer) - це ті, що пов'язують поглинання електромагнітного випромінювання від одного або декількох хімічних видів, його концентрацію та відстань, яку світло проходить у взаємодії частинок-фотон. Цей закон об'єднує два закони в один.
Закон Бугера (хоча визнання більше припало на Генріха Ламберта) встановлює, що зразок поглинатиме більше випромінювання, коли розміри поглинаючої середовища чи матеріалу будуть більшими; конкретно, його товщина, яка є відстань, яку проходить світло при в'їзді та виїзді.
Випромінювання, поглинене зразком. Джерело: Marmot2019, з Wikimedia Commons
На верхньому зображенні зображено поглинання монохроматичного випромінювання; тобто складається з однієї довжини хвилі λ. Поглинаюче середовище знаходиться всередині оптичної комірки, товщина якої l, і містить хімічні види з концентрацією c.
Промінь світла має початкову та кінцеву інтенсивність, позначену символами I 0 та I відповідно. Зауважимо, що після взаємодії з поглинаючою середовищем I менше, ніж I 0 , що свідчить про те, що відбулося поглинання випромінювання. Чим вище c і l, тим меншим я буду відносно I 0 ; тобто буде більше поглинання та менше пропускання.
Що таке закон Бера-Ламберта?
Зображення вище ідеально охоплює цей закон. Поглинання випромінювання у зразку збільшується або зменшується експоненціально як функція кола. Щоб закон був повною мірою зрозумілий, потрібно спіднити його математичні аспекти.
Як вже було сказано, I 0 і I - інтенсивності монохроматичного променя світла до і після світла відповідно. Деякі тексти вважають за краще використовувати символи P 0 і P, які стосуються енергії випромінювання, а не його інтенсивності. Тут пояснення буде продовжено, використовуючи інтенсивності.
Для лінеаризації рівняння цього закону необхідно застосувати логарифм, як правило, основу 10:
Журнал (I 0 / I) = εl c
Термін (I 0 / I) вказує на скільки зменшується інтенсивність продукту випромінювання поглинання. Закон Ламберта розглядає лише al (εl), тоді як закон Бера ігнорує al, але ставить ac на його місце (ε c). Верхнє рівняння є об'єднанням обох законів, а тому є загальним математичним виразом для закону Бера-Ламберта.
Поглинання та пропускання
Поглинання визначається терміном Log (I 0 / I). Таким чином, рівняння виражається так:
A = εl c
Де ε - коефіцієнт згасання або молярна поглинальна здатність, яка є постійною на заданій довжині хвилі.
Зауважимо, що якщо товщина поглинаючої середовища підтримуватиметься постійною, як ε, поглинання A буде залежати лише від концентрації c абсорбуючих видів. Крім того, це лінійне рівняння, y = mx, де y - A, а x - c.
Зі збільшенням абсорбції пропускна здатність знижується; тобто скільки випромінювання вдається передати після поглинання. Тому вони зворотні. Якщо I 0 / I вказує на ступінь поглинання, I / I 0 дорівнює коефіцієнту пропускання. Знаючи це:
I / I 0 = T
(I 0 / I) = 1 / T
Журнал (I 0 / I) = Журнал (1 / T)
Але, Log (I 0 / I) також дорівнює абсорбції. Отже, зв'язок між A і T такий:
A = Журнал (1 / T)
І застосувавши властивості логарифмів і знаючи, що Log1 дорівнює 0:
A = -LogT
Зазвичай передачі виражаються у відсотках:
% T = I / I 0 ∙ 100
Графіка
Як було сказано раніше, рівняння відповідають лінійній функції; тому очікується, що при їх графіку вони дадуть рядок.
Графіки, використані для закону Бера-Ламберта. Джерело: Габріель Болівар
Зауважимо, що зліва від зображення вгорі маємо рядок, отриманий графіком A проти c, а праворуч - рядок, відповідний графіку LogT проти c. Один має позитивний нахил, а другий негативний; чим вище поглинання, тим нижче коефіцієнт пропускання.
Завдяки цій лінійності можна визначити концентрацію поглинаючих хімічних видів (хромофорів), якщо відомо, скільки випромінювання вони поглинають (А), або скільки випромінювання передається (LogT). Якщо ця лінійність не дотримується, кажуть, що вона стикається з відхиленням, позитивним чи негативним, від закону Бера-Ламберта.
Програми
Загалом, деякі з найважливіших застосувань цього закону згадуються нижче:
-Якщо хімічний вид має забарвлення, це зразковий кандидат, який повинен аналізуватися колориметричними методами. Вони засновані на законі Бера-Ламберта і дозволяють визначити концентрацію аналіту як функцію поглинань, отриманих за допомогою спектрофотометра.
-Дозволяє побудувати калібрувальні криві, за допомогою яких, враховуючи матричний ефект вибірки, визначається концентрація цікавих видів.
- Він широко використовується для аналізу білків, оскільки кілька амінокислот мають важливі поглинання в ультрафіолетовій області електромагнітного спектру.
-Хімічні реакції або молекулярні явища, що передбачають зміну кольору, можна проаналізувати, використовуючи значення поглинання, на одній або декількох довжинах хвиль.
-За допомогою багатофакторного аналізу можна проаналізувати складні суміші хромофорів. Таким чином можна визначити концентрацію всіх аналітів, а також суміші можна класифікувати та диференціювати одна від одної; наприклад, виключіть, чи походять два однакові корисні копалини з одного континенту чи конкретної країни.
Розв’язані вправи
Вправа 1
Яка поглинання розчину, що проявляє 30% пропускання, на довжині хвилі 640 нм?
Для її вирішення досить перейти до визначень поглинання та пропускання.
% T = 30
Т = (30/100) = 0,3
І знаючи, що A = -LogT, обчислення прямо:
A = -Log 0,3 = 0,5228
Зауважте, що в ньому бракує одиниць.
Вправа 2
Якщо розчин з попередньої вправи складається з виду W, концентрація якого становить 2,30 ∙ 10 -4 М, і припускаючи, що клітина має товщину 2 см: яка повинна бути її концентрація, щоб отримати коефіцієнт пропускання 8%?
Це можна було б вирішити безпосередньо цим рівнянням:
-LogT = εl c
Але значення ε невідомо. Отже, його слід розраховувати за попередніми даними, і передбачається, що він залишається постійним у широкому діапазоні концентрацій:
ε = -LogT / лк
= (-Log 0,3) / (2 см x 2,3 ∙ 10 -4 М)
= 1136,52 М -1 ∙ см -1
А тепер ви можете приступити до обчислення з% T = 8:
c = -LogT / εl
= (-Log 0,08) / (1136,52 M -1 ∙ cm -1 x 2cm)
= 4,82 ∙ 10 -4 М
Тоді для W виду достатньо подвоїти його концентрацію (4,82 / 2,3), щоб зменшити його коефіцієнт пропускання з 30% до 8%.
Список літератури
- Day, R., & Underwood, A. (1965). Кількісна аналітична хімія. (п. ред.). PEARSON Prentice Hall, стор. 469-474.
- Skoog DA, West DM (1986). Інструментальний аналіз. (друге видання). Interamericana., Мексика.
- Содерберг Т. (18 серпня 2014 р.). Закон Пива-Ламберта Хімія LibreTexts. Відновлено з: chem.libretexts.org
- Кларк Дж. (Травень 2016). Закон Пива-Ламберта Відновлено з: chemguide.co.uk
- Колориметричний аналіз: закон пива або спектрофотометричний аналіз. Відновлено: chem.ucla.edu
- Д-р Дж. М. Фернандес Альварес. (sf). Аналітична хімія: посібник з розв’язаних задач. . Відновлено: dadun.unav.edu