- Čo je to priepustnosť?
- Absorpcia svetla v médiu
- Molekulárna teória absorpcie svetla
- Faktory, od ktorých závisí priepustnosť
- Cvičenie bolo vyriešené
- Cvičenie 1
- odpoveď
- Referencie
Priepustnosť optika je pomer vznikajúce intenzite svetla a dopadajúce intenzita svetla na vzorke priesvitného roztoku, ktorá bola osvetlená monochromatického svetla.
Fyzický proces prechodu svetla cez vzorku sa nazýva priepustnosť svetla a priepustnosť je mierou priepustnosti svetla. Priepustnosť je dôležitá hodnota na stanovenie koncentrácie vzorky, ktorá je okrem iného vo všeobecnosti rozpustená v rozpúšťadle, ako je voda alebo alkohol.
Obrázok 1. Zostava na meranie priepustnosti. Zdroj: F. Zapata.
Elektrofotometer meria prúd úmerný intenzite svetla, ktorá dopadá na jeho povrch. Na výpočet priepustnosti sa najskôr meria intenzitný signál zodpovedajúci samotnému rozpúšťadlu a tento výsledok sa zaznamená ako Io.
Potom sa rozpustená vzorka umiestni do rozpúšťadla za rovnakých svetelných podmienok a signál zmeraný elektrofotometrom sa označí ako I, potom sa priepustnosť vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:
T = I / I alebo
Malo by sa poznamenať, že priepustnosť je bezrozmerná veličina, pretože je mierou svietivosti vzorky vo vzťahu k intenzite prenosu rozpúšťadla.
Čo je to priepustnosť?
Absorpcia svetla v médiu
Keď svetlo prechádza vzorkou, molekuly absorbujú určitú časť svetelnej energie. Priepustnosť je makroskopická miera javu, ktorý sa vyskytuje na molekulárnej alebo atómovej úrovni.
Svetlo je elektromagnetická vlna, energia, ktorú nesie, je v elektrickom a magnetickom poli vlny. Tieto oscilujúce polia interagujú s molekulami látky.
Energia prenášaná vlnou závisí od jej frekvencie. Monochromatické svetlo má jednu frekvenciu, zatiaľ čo biele svetlo má rozsah alebo spektrum frekvencií.
Všetky frekvencie elektromagnetickej vlny sa pohybujú vo vákuu pri rovnakej rýchlosti 300 000 km / s. Ak pomocou c označíme rýchlosť svetla vo vákuu, vzťah medzi frekvenciou f a vlnovou dĺžkou λ je:
c = λ⋅f
Pretože c je konštanta, každá frekvencia zodpovedá príslušnej vlnovej dĺžke.
Na meranie priepustnosti látky sa používajú oblasti viditeľného elektromagnetického spektra (380 nm až 780 nm), ultrafialová oblasť (180 až 380 nm) a infračervená oblasť (780 nm až 5600 nm).
Rýchlosť šírenia svetla v materiálnom médiu závisí od frekvencie a je menšia ako c. Toto vysvetľuje rozptyl v hranole, pomocou ktorého je možné oddeliť frekvencie, ktoré tvoria biele svetlo.
Molekulárna teória absorpcie svetla
Tieto prechody sa najlepšie pochopia pomocou diagramu molekulárnej energie znázorneného na obrázku 2:
Obrázok 2. Schéma molekulovej energie. Zdroj: F. Zapata.
Horizontálne čiary v diagrame predstavujú rôzne úrovne molekulárnej energie. Vedenie E0 je základná alebo nižšia energetická úroveň. Úrovne E1 a E2 sú vzrušujúce úrovne vyššej energie. Hladiny E0, El, E2 zodpovedajú elektronickým stavom molekuly.
Úrovne 1, 2, 3, 4 v rámci každej elektronickej úrovne zodpovedajú rôznym vibračným stavom zodpovedajúcim každej elektronickej úrovni. Každá z týchto úrovní má jemnejšie členenie, o ktorom nie je znázornené, že by zodpovedalo rotačným stavom spojeným s každou vibračnou úrovňou.
Diagram zobrazuje zvislé šípky predstavujúce energiu fotónov v infračervenom, viditeľnom a ultrafialovom rozsahu. Ako vidno, infračervené fotóny nemajú dostatok energie na podporu elektronických prechodov, zatiaľ čo viditeľné a ultrafialové žiarenie áno.
Keď sa dopadajúce fotóny monochromatického lúča zhodujú s energiou (alebo frekvenciou) s rozdielom energie medzi stavmi molekulárnej energie, dochádza k absorpcii fotónov.
Faktory, od ktorých závisí priepustnosť
Podľa toho, čo bolo povedané v predchádzajúcej časti, bude priepustnosť potom závisieť od niekoľkých faktorov, medzi ktoré môžeme menovať:
1 - Frekvencia osvetlenia vzorky.
2 - Typ molekúl, ktoré sa majú analyzovať.
3 - Koncentrácia roztoku.
4 - Dĺžka dráhy prejdenej svetelným lúčom.
Experimentálne údaje naznačujú, že priepustnosť T exponenciálne klesá s koncentráciou C a dĺžkou L optickej dráhy:
T = 10-a = C12
Vo vyššie uvedenom výraze a je konštanta, ktorá závisí od frekvencie a typu látky.
Cvičenie bolo vyriešené
Cvičenie 1
Štandardná vzorka určitej látky má koncentráciu 150 mikromólov na liter (μM). Keď sa jeho priepustnosť meria svetlom 525 nm, získa sa priepustnosť 0,4.
Ďalšia vzorka tej istej látky, ale s neznámou koncentráciou, má priepustnosť 0,5, ak sa meria pri rovnakej frekvencii a s rovnakou optickou hrúbkou.
Vypočítajte koncentráciu druhej vzorky.
odpoveď
Priepustnosť T sa exponenciálne rozkladá pri koncentrácii C:
T = 10 -b = 1
Ak sa vezme logaritmus predchádzajúcej rovnosti, zostáva:
log T = -b⋅C
Deliaci člen po členovi, predchádzajúca rovnosť aplikovaná na každú vzorku a riešenie neznámej koncentrácie zostáva:
C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)
C2 = 150μM⋅ (log 0,5 / log 0,4) = 150μM⋅ (-0,3010 / -0,3979) = 113,5μM
Referencie
- Atkins, P. 1999. Fyzikálna chémia. Vydania Omega. 460-462.
- Sprievodca. Priepustnosť a absorbancia. Obnovené z: quimica.laguia2000.com
- Toxikológia životného prostredia. Transmisia, absorbancia a Lambertov zákon. Získané z: repositorio.innovacionumh.es
- Fyzické dobrodružstvo. Absorbancia a priepustnosť. Obnovené z: rpfisica.blogspot.com
- Spectophotometry. Obnovené z: chem.libretexts.org
- Toxikológia životného prostredia. Transmisia, absorbancia a Lambertov zákon. Získané z: repositorio.innovacionumh.es
- Wikipedia. Priepustnosť. Obnovené z: wikipedia.com
- Wikipedia. Spektrofotometria. Obnovené z: wikipedia.com