- Что такое закон Бера-Ламберта?
- Поглощение и пропускание
- Графика
- Приложения
- Решенные упражнения
- Упражнение 1
- Упражнение 2.
- Ссылки
Закон Бера-Ламберта (Бера-Бугера) - это закон, который связывает поглощение электромагнитного излучения одним или несколькими химическими веществами с его концентрацией и расстоянием, которое проходит свет при взаимодействии частиц с фотонами. Этот закон объединяет два закона в один.
Закон Бугера (хотя признание в большей степени принадлежит Генриху Ламберту) устанавливает, что образец будет поглощать больше излучения, когда размеры поглощающей среды или материала больше; в частности, его толщина, то есть расстояние, которое проходит свет при входе и выходе.
Излучение, поглощаемое образцом. Источник: Marmot2019, Wikimedia Commons
Верхнее изображение показывает поглощение монохроматического излучения; то есть состоящий из одной длины волны λ. Абсорбирующая среда находится внутри оптической ячейки толщиной l и содержит химические соединения с концентрацией c.
Луч света имеет начальную и конечную интенсивность, обозначенную символами I 0 и I соответственно. Обратите внимание, что после взаимодействия с поглощающей средой I меньше I 0 , что свидетельствует о поглощении излучения. Чем выше c и l, тем меньше будет I по отношению к I 0 ; то есть будет больше поглощения и меньше пропускание.
Что такое закон Бера-Ламберта?
Изображение выше полностью отражает этот закон. Поглощение излучения в образце увеличивается или уменьшается экспоненциально в зависимости от col. Чтобы сделать закон полностью и легко понятным, необходимо обойти его математические аспекты.
Как только что упоминалось, I 0 и I - интенсивности монохроматического светового луча до и после света, соответственно. В некоторых текстах предпочитают использовать символы P 0 и P, которые относятся к энергии излучения, а не к его интенсивности. Здесь объяснение будет продолжено с использованием интенсивностей.
Чтобы линеаризовать уравнение этого закона, необходимо применить логарифм, обычно по основанию 10:
Log (I 0 / I) = εl c
Термин (I 0 / I) указывает, насколько уменьшается интенсивность излучения продукта поглощения. Закон Ламберта учитывает только al (εl), тогда как закон Бера игнорирует al, но ставит ac на его место (ε c). Верхнее уравнение представляет собой объединение обоих законов и, следовательно, является общим математическим выражением закона Бера-Ламберта.
Поглощение и пропускание
Поглощение определяется термином Log (I 0 / I). Таким образом, уравнение выражается следующим образом:
A = εl c
Где ε - коэффициент экстинкции или молярная поглощающая способность, которая является постоянной при данной длине волны.
Обратите внимание, что если толщина абсорбирующей среды остается постоянной, как ε, абсорбционная способность A будет зависеть только от концентрации с абсорбирующего вещества. Кроме того, это линейное уравнение y = mx, где y - A, а x - c.
По мере увеличения поглощения коэффициент пропускания уменьшается; то есть сколько радиации удается передать после поглощения. Следовательно, они обратные. Если I 0 / I указывает степень поглощения, I / I 0 равно коэффициенту пропускания. Зная это:
I / I 0 = T
(I 0 / I) = 1 / Т
Журнал (I 0 / I) = Журнал (1 / T)
Но Log (I 0 / I) также равно абсорбции. Итак, отношения между A и T таковы:
A = журнал (1 / T)
И применив свойства логарифмов и зная, что Log1 равен 0:
A = -LogT
Обычно коэффициенты пропускания выражаются в процентах:
% T = I / I 0 ∙ 100
Графика
Как было сказано ранее, уравнения соответствуют линейной функции; поэтому ожидается, что при их построении они покажут линию.
Графики, используемые для закона Бера-Ламберта. Источник: Габриэль Боливар
Обратите внимание, что слева от изображения выше у нас есть линия, полученная путем построения графика A относительно c, а справа линия, соответствующая графику LogT относительно c. Один имеет положительный наклон, а другой - отрицательный; чем выше поглощение, тем ниже коэффициент пропускания.
Благодаря этой линейности можно определить концентрацию поглощающих химических веществ (хромофоров), если известно, сколько излучения они поглощают (A) или сколько излучения передается (LogT). Когда эта линейность не соблюдается, говорят, что она сталкивается с отклонением, положительным или отрицательным, закона Бера-Ламберта.
Приложения
В общих чертах, некоторые из наиболее важных применений этого закона упомянуты ниже:
-Если химическое вещество имеет цвет, это примерный кандидат для анализа колориметрическими методами. Они основаны на законе Бера-Ламберта и позволяют определять концентрацию аналитов как функцию оптической плотности, полученной с помощью спектрофотометра.
-Позволяет строить калибровочные кривые, с помощью которых, с учетом матричного эффекта образца, определяется концентрация интересующего вещества.
-Он широко используется для анализа белков, так как некоторые аминокислоты имеют важное поглощение в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра.
-Химические реакции или молекулярные явления, которые подразумевают изменение цвета, могут быть проанализированы с использованием значений оптической плотности на одной или нескольких длинах волн.
-Используя многомерный анализ, можно анализировать сложные смеси хромофоров. Таким образом можно определить концентрацию всех аналитов, а также можно классифицировать смеси и отличить друг от друга; например, исключить, происходят ли два одинаковых минерала с одного континента или из определенной страны.
Решенные упражнения
Упражнение 1
Какова оптическая плотность раствора с пропусканием 30% на длине волны 640 нм?
Чтобы решить эту проблему, просто перейдите к определениям оптической плотности и пропускания.
% Т = 30
Т = (30/100) = 0,3
Зная, что A = -LogT, расчет прост:
A = -Журнал 0,3 = 0,5228
Обратите внимание, что в нем отсутствуют единицы.
Упражнение 2.
Если раствор из предыдущего упражнения состоит из компонента W с концентрацией 2,30 ∙ 10 -4 M, и если предположить, что ячейка имеет толщину 2 см: какой должна быть его концентрация, чтобы получить коэффициент пропускания 8%?
Его можно решить напрямую с помощью этого уравнения:
-LogT = εl c
Но значение ε неизвестно. Следовательно, он должен быть рассчитан с использованием предыдущих данных, и предполагается, что он остается постоянным в широком диапазоне концентраций:
ε = -LogT / lc
= (-Log 0,3) / (2 см x 2,3 ∙ 10 -4 M)
= 1136,52 М -1 ∙ см -1
А теперь можно переходить к расчету с% T = 8:
c = -LogT / εl
= (-Log 0,08) / (1136,52 M -1 ∙ см -1 x 2 см)
= 4,82 ∙ 10-4 М
Затем для W-частиц достаточно удвоить свою концентрацию (4,82 / 2,3), чтобы снизить процент пропускания с 30% до 8%.
Ссылки
- Дэй Р. и Андервуд А. (1965). Количественная аналитическая химия. (пятое изд.). ПИРСОН Прентис Холл, стр. 469-474.
- Скуг Д.А., Западный DM (1986). Инструментальный анализ. (второе изд.). Interamericana., Мексика.
- Содерберг Т. (18 августа 2014 г.). Закон Бера-Ламберта. Химия LibreTexts. Получено с: chem.libretexts.org
- Кларк Дж. (Май 2016 г.). Закон Бера-Ламберта. Получено с: chemguide.co.uk
- Колориметрический анализ: закон Бера или спектрофотометрический анализ. Получено с: chem.ucla.edu
- Д-р JM Фернандес Альварес. (SF). Аналитическая химия: справочник решенных задач. , Получено с: dadun.unav.edu