BARVNE RAZTOPINE Z UPORABO KONCENTRATORJA
FOTOELEKTRIČNI KALORIMETER KFK–2
Namen dela: preučiti pojav slabljenja svetlobe pri prehodu skozi snov in fotometrične lastnosti snovi, preučiti napravo koncentracijskega fotoelektričnega kalorimetra KFK-2 in način dela z njim, določiti optična gostota in koncentracijo obarvane raztopine s KFK-2.
Naprave in dodatki: fotoelektrični koncentracijski kalorimeter KFK - 2, testna raztopina, set raztopin standardne koncentracije.
Teorija delovanja
Ko svetloba pade na mejo med dvema medijema, se svetloba delno odbije in delno prodre iz prve snovi v drugo. Svetloba elektromagnetnega valovanja vodi do nihajno gibanje tako prosti elektroni snovi kot vezani elektroni na zunanjih lupinah atomov (optični elektroni), ki oddajajo sekundarne valove z vpadno frekvenco elektromagnetno valovanje. Sekundarni valovi tvorijo odbito valovanje in valovanje, ki prodira v snov.
V snoveh z visoka gostota prosti elektroni(kovine) sekundarni valovi ustvarjajo močno odbito valovanje, katerega intenziteta lahko doseže 95 % intenzitete vpadnega vala. Isti del svetlobne energije, ki prodre v kovino, se v njej močno absorbira, energija svetlobnega valovanja pa se pretvori v toploto. Zato kovine močno odbijajo svetlobo, ki pada nanje, in so praktično neprozorne.
V polprevodnikih je gostota prostih elektronov manjša kot v kovinah in slabše absorbirajo vidno svetlobo, v infrardečem območju pa so praviloma prozorni. Dielektriki selektivno absorbirajo svetlobo in so prozorni le za določene dele spektra.
IN splošni primer ko svetloba pade na snov, vpadni svetlobni tok F 0 lahko predstavimo kot vsoto svetlobnih tokov:
kje Ф r– odsevan, F a- absorbira, Ф t– svetlobni tok, ki prehaja skozi snov.
Pojav interakcije svetlobe s snovjo opisujejo brezdimenzijske količine, ki jih imenujemo odbojni, absorpcijski in prepustni koeficienti. Za isto snov
r+a +t = 1. (2)
Za neprozorna telesa t= 0; za popolnoma bela telesa r = 1; za absolutna črna telesa a = 1.
Magnituda 
imenujemo optična gostota snovi.
kvote r, a, t označujejo fotometrične lastnosti snovi in se določajo s fotometričnimi metodami.
Fotometrične metode analize se pogosto uporabljajo v veterini, zootehniki, pedologiji in tehnologiji materialov. Pri proučevanju snovi, raztopljenih v topilu, ki se praktično ne absorbira, fotometrične metode temeljijo na merjenju absorpcije svetlobe in na razmerju med absorpcijo in koncentracijo raztopin. Instrumenti, namenjeni za absorpcijsko (absorpcijsko - absorpcijsko) analizo prozornih medijev, se imenujejo spektrofotometri in fotokalorimetri. V njih se s pomočjo fotocelic barve preučevanih raztopin primerjajo s standardom.
Razmerje med absorpcijo svetlobe v barvni raztopini in koncentracijo snovi je podrejeno kombiniranemu Bouguer–Lambert–Beerovemu zakonu:
, (3)
kje jaz 0 – jakost svetlobnega toka, ki vpada na raztopino; jaz- jakost svetlobnega toka, ki prehaja skozi raztopino; c- koncentracija obarvane snovi v raztopini; l- debelina vpojne plasti v raztopini; k- absorpcijski koeficient, ki je odvisen od narave topljenca, topila, temperature in valovne dolžine svetlobe.
če z izraženo v mol/l, in l- v centimetrih torej k postane molski absorpcijski koeficient in je označen z e l, torej:
. (4)
Z logaritmiranjem (4) dobimo:
Leva stran izraz (5) je optična gostota raztopine. Ob upoštevanju koncepta optične gostote bo Bouguer–Lambert–Beerov zakon imel obliko:
to pomeni, da je optična gostota raztopine pod določenimi pogoji neposredno sorazmerna s koncentracijo obarvane snovi v raztopini in debelino absorbirajoče plasti.
V praksi opažamo primere odstopanja od zakona kombinirane absorpcije. Do tega pride, ker se nekatere obarvane spojine v raztopini spremenijo zaradi procesov disociacije, solvatacije, hidrolize, polimerizacije in interakcije z drugimi sestavinami raztopine.
Vrsta grafa odvisnosti D = f(c) prikazano na sl. 1.
Barvne spojine imajo selektivno absorpcijo svetlobe, tj. Optična gostota obarvane raztopine je različna za različne valovne dolžine vpadne svetlobe. Meritev optične gostote za določitev koncentracije raztopine se izvaja v območju največje absorpcije, to je pri valovni dolžini
vpadna svetloba blizu l maks.
Za fotometrično določitev koncentracije raztopine najprej sestavite umeritveni graf D = f(c). Če želite to narediti, pripravite vrsto standardnih rešitev. Nato se izmerijo vrednosti njihove optične gostote in izriše graf odvisnosti
D = f(c). Če ga želite zgraditi, morate imeti 5 – 8 točk.
Ko eksperimentalno določite optično gostoto preučevane raztopine, poiščite njeno vrednost na ordinatni osi umeritvenega grafa D = f(c), nato pa se ustrezna vrednost koncentracije prešteje na osi x z X.
Fotoelektrični koncentracijski kalorimeter KFK-2, uporabljen v tem delu, je zasnovan za merjenje razmerja svetlobnih tokov v posameznih valovnih dolžinah v območju 315 - 980 nm, ki jih oddajajo svetlobni filtri, in omogoča določanje prepustnosti in optične gostote tekočih raztopin in trdne snovi, kot tudi koncentracije snovi v raztopinah z izdelavo umeritvenih grafov D = f(c).
Princip merjenja s fotokalorimetrom KFK-2 optične lastnosti snovi je, da se fotodetektor (fotocelica) pošilja izmenično svetlobni tokovi- polno jaz 0 in prešel skozi proučevani medij jaz in določi se razmerje teh tokov.
Videz fotokalorimeter KFK-2 je prikazan na sl. 2. Vključuje
 |
vključuje svetlobni vir, optični del, sklop svetlobnih filtrov, fotodetektorje in snemalno napravo, katere skala je umerjena za odčitke prepustnosti svetlobe in optične gostote. Na sprednji plošči fotokalorimetra KFK-2 so:
1 - mikroampermeter z lestvico, digitalizirano v vrednostih koeficienta pro-
izstrelitve T in optično gostoto D;
2 - osvetljevalec;
3 - gumb za preklop svetlobnih filtrov;
4 - stikalo kivet v svetlobnem žarku;
5 - fotodetektorsko stikalo "Občutljivost";
6 - gumbi "Nastavitev 100": "Grobo" in "Fino";
7 - prostor za kivete.
Delovni nalog
1. Povežite napravo z omrežjem. Ogrevajte 10 – 15 minut.
2. Z odprtim prostorom za kivete nastavite iglo mikroampermetra na "0"
na "T" lestvici.
3. Nastavite najmanjšo občutljivost, obrnite gumb "Občutljivost".
Premaknite gumb "Setup 100" "Coarse" v skrajni levi položaj.
4. V svetlobni žarek postavite kiveto s topilom ali kontrolno raztopino.
rum, glede na katerega se izvaja meritev.
5. Zaprite pokrov prostora za kivete.
6. Z gumboma »Občutljivost« in »Nastavitev 100« nastavite »Grobo« in »Fino«
odčitek 100 na lestvici fotokalorimetra. Gumb "Občutljivost" je lahko v enem od treh položajev "1", "2" ali "3".
7. Z vrtenjem gumba “4” zamenjajte kiveto s topilom s kiveto s preizkušano snovjo.
rešitev.
8. Odčitajte mikroampermetrsko skalo, ki ustreza pro-
sproščanje preskusne raztopine v odstotkih, na lestvici "T" ali na lestvici "D" - v enotah optične gostote.
9. Izvedite meritve 3–5 krat in končna vrednost izmerjene vrednosti je
delimo kot aritmetično sredino dobljenih vrednosti.
10. Določite absolutna napaka merjenje želene količine.
Naloga št. 1. Študija odvisnosti optične gostote od dolžine
Valovi vpadne svetlobe
1.1. Za standardno rešitev določite optično gostoto pri različnih frekvencah vpadne svetlobe.
1.2. Podatke vnesite v tabelo 1.
1.3. Narišite odvisnost optične gostote od valovne dolžine l pa-
daje svetlobo D = f(l).
1.4. Določite l in številko filtra za D maks .
Tabela 1
Naloga št. 2. Preverjanje odvisnosti optične gostote od debeline
Vpojna plast
2.1. Za standardno rešitev z uporabo filtra s l D za kivete različnih velikosti.
2.2. Podatke vnesite v tabelo 2.
Tabela 2
2.3. Zgradite graf odvisnosti D = f(l).
Naloga št. 3. Izdelava umeritvenega grafa in določanje koncentracij
Walkie-talkie neznane rešitve
3.1. Za niz standardnih raztopin znane koncentracije z uporabo svetlobe
za filtriranje z l max (glej nalogo št. 1), določi D.
3.2. Merilne podatke vnesite v tabelo 3.
Tabela 3
3.3. Zgradite kalibracijski graf D = f(c).
3.4. Po urniku D = f(c) Določite koncentracijo neznane raztopine.
1. Pojav oslabitve svetlobe pri prehodu skozi snov, mehanizem absorpcije
cije za različne vrste snovi.
2. Parametri, ki označujejo fotometrične lastnosti snovi.
3. Razložite bistvo fotometričnih analiznih metod.
4. Formulirajte kombinirani Bouguer–Lambert–Beerov absorpcijski zakon.
5. Kakšni so razlogi za morebitna odstopanja lastnosti raztopin od kombiniranih
prevzemni konj?
6. Molarni absorpcijski koeficient, njegova definicija in dejavniki, od katerih je odvisen
7. Kako izbrati valovno dolžino absorbiranega sevanja med fotokaloriko
rimetrične meritve?
1. Kako je sestavljen kalibracijski graf?
2. Razložite zasnovo in princip delovanja fotokalorimetra KFK-2.
3. Kje in za kaj se uporablja absorpcijska analiza?
Literatura
1. Trofimova T. I. Tečaj fizike. M.: Višje. šola, 1994. 5. del, pogl. 24, § 187.
2. Tečaj Savelyev I.V splošna fizika. M.: Nauka, 1977. Zvezek 2, del 3, poglavje. XX,
3. Tečaj fizike Grabovsky R.I. Sankt Peterburg: Lan. 2002. Del P, pogl. VI, § 50.
LABORATORIJSKA VAJA Št. 4–03
Za telesa, ki prepuščajo in absorbirajo svetlobo (razen motnih in motnih medijev), so značilne optične prosojnost θ, motnost O in optična gostota D.
Optična gostota se pogosto uporablja namesto prepustnosti in odbojnosti. D.
V fotografiji je optična gostota najpogostejša za izražanje spektralne lastnosti svetlobni filtri in mere črnitve (zatemnitve) negativov in pozitivov. Vrednost gostote je odvisna od naslednjih sočasno delujočih dejavnikov: strukture vpadnega svetlobnega toka (konvergentni, divergentni, vzporedni žarki ali razpršena svetloba) struktura prepuščenega ali odbitega toka (integralna, pravilna, difuzna).
Optična gostota D, merilo motnosti plasti snovi za svetlobne žarke. Ravna decimalni logaritem razmerje med tokom sevanja F0, ki vpada v plast, in tokom F, oslabljenim zaradi absorpcije in sipanja, ki prehaja skozi to plast: D = log (F0/F), sicer je optična gostota logaritem recipročne vrednosti koeficient prepustnosti plasti snovi: D = log (1/t).
Pri določanju optične gostote se decimalni logaritem lg včasih nadomesti z naravnim logaritmom ln.
Koncept optične gostote je uvedel R. Bunsen; uporablja se za karakterizacijo slabljenja optičnega sevanja (svetlobe) v plasteh in filmih različne snovi(barvila, raztopine, barvna in mlečna stekla in še mnogo več), v svetlobnih filtrih in drugih optičnih izdelkih.
Optične gostote se še posebej pogosto uporabljajo za kvantifikacija razvil fotografske plasti tako v črno-beli kot v barvni fotografiji, kjer načini njenega merjenja tvorijo vsebino ločena disciplina- denzitometrija. Obstaja več vrst optične gostote glede na naravo vpadnega sevanja in metodo merjenja prepuščenih tokov sevanja.
Gostota se spreminja D Za bela svetloba, enobarvni Dλ za posamezne valovne dolžine in consko D cone, izražanje oslabitev svetlobnega toka v modrem, zelenem ali rdečem območju spektra (D c 3, D 3 3 , D K 3).
Gostota prozornih medijev(filtri, negativi) je v prepuščeni svetlobi določen z desetim logaritmom recipročne vrednosti prepustnosti τ:
D τ = log(1/τ) = -logτ
Površinska gostota je izražena z velikostjo odbite svetlobe in določena z decimalnim logaritmom odbojnega koeficienta ρ:
D ρ = dnevnik (1/ ρ ) = - logρ .
Vrednost gostote D = l oslabi svetlobo za 10-krat.
Razpon optičnih gostot prozornih medijev je praktično neomejen: od popolne prepustnosti svetlobe (D= 0), dokler se popolnoma ne absorbira (D = 6 ali več, oslabi za milijonkrat). Razpon gostote površin predmetov je omejen z vsebnostjo površinsko odbite komponente v njihovi odbiti svetlobi reda 4-1% (črna tiskarska barva, črna tkanina). Praktično mejne gostote D= 2.1...2.4 imajo črn žamet in črno krzno, omejeno s površinsko odbito komponento reda 0,6-0,3%.
Optična gostota je povezana s preprostimi razmerji s koncentracijo snovi, ki absorbira svetlobo, in z vizualna percepcija opazovanega predmeta - njegova lahkost, kar pojasnjuje široko uporabo tega parametra.
Zamenjava optični koeficienti na tokovih sevanja - vpadnih na medij (Ф 0) in izhajajočih iz njega (Фτ ali Фρ), dobimo izraze
kako več svetlobe absorbira medij, temnejši je in večja je njegova optična gostota v prepuščeni in odbiti svetlobi.
Optično gostoto lahko določimo iz svetlobnih koeficientov. V tem primeru se imenuje vizualni.
Vizualna gostota v prepuščeni svetlobi je enaka logaritmu recipročne vrednosti prepustnosti svetlobe:
Vizualna gostota v odbiti svetlobi je določena s formulo
Za nevtralno sive optične medije. tiste. pri sivih filtrih, sivih lestvicah, črno-belih slikah sta optični in svetlobni koeficient enaka, zato sta enaki tudi optični gostoti:
Če se ve, kakšna gostota govorimo o, indeks na D znižan. Opisano zgoraj optične gostote – integral odražajo spremembe moči belega (mešanega) sevanja. Če se optična gostota meri za monokromatsko sevanje, se imenuje enobarvni(spektralno). Določa se z uporabo monokromatskih sevalnih tokov Fλ po formuli
V zgornjih formulah lahko sevalne tokove F nadomestimo s svetlobnimi tokovi F λ, kar izhaja iz izraza
Zato lahko zapišemo:
Pri barvnih medijih integrirana optična in vizualna gostota ne sovpadata, saj sta izračunani z uporabo različne formule:
Pri fotografskih materialih s prozorno podlago se optična gostota določi brez gostote podlage in neosvetljene emulzijske plasti po obdelavi, skupaj imenovani "ničelna" gostota ali gostota koprene D 0.
Skupna optična gostota dveh ali več plasti, ki absorbirajo svetlobo (na primer svetlobnih filtrov), je enaka vsoti optičnih gostot vsake plasti (filtra). Grafično je absorpcijska karakteristika izražena s krivuljo odvisnosti optične gostote D na valovno dolžino bele svetlobe λ, nm.
Optična preglednost Θ – značilnost snovi debeline 1 cm, ki kaže, kolikšen delež sevanja določenega spektra v obliki vzporednih žarkov prehaja skozi njo, ne da bi spremenil smer: Θ = Ф τ / Ф .
Optična prosojnost ni povezana s prenosom sevanja na splošno, temveč z njegovim usmerjen prenos, in označuje absorpcijo in sipanje hkrati. Na primer, motno steklo, ki je optično neprozorno, prepušča razpršeno svetlobo; UV filtri so prozorni vidna svetloba in neprozoren za UV sevanje; Črni IR filtri prepuščajo IR sevanje in ne prepuščajo vidne svetlobe.
Optično prosojnost določa spektralna transmisijska krivulja za valovne dolžine v optičnem območju sevanja. Prozornost leč za belo svetlobo se poveča, če na leče nanesemo antirefleksne premaze. Prozornost ozračja je odvisna od prisotnosti v njem drobni delci prah, plin, vodna para, ki so v suspenziji in vplivajo na naravo osvetlitve in slikovni vzorec med fotografiranjem. Prozornost vode je odvisna od različnih suspenzij, motnosti in debeline njene plasti.
Optična motnost O– razmerje med vpadnim svetlobnim tokom in tistim, ki se prenaša skozi plast – recipročna vrednost prosojnosti: O = F/F τ= l/Θ. Motnost se lahko spreminja od enote (celotna prepustnost) do neskončnosti in kaže, kolikokrat se zmanjša svetloba, ko gre skozi plast. Motnost označuje gostoto medija. Prehod na optično gostoto je izražen z decimalnim logaritmom motnosti:
D= log O = log (l/τ) = - log τ .
Spektralne razlike med telesi. Glede na naravo emisije in absorpcije svetlobnega toka se vsa telesa razlikujejo od BL in so konvencionalno razdeljena na selektivno in sivo, ki se razlikujejo po selektivni in neselektivni absorpciji, odboju in prenosu. Selektivna telesa vključujejo kromatična telesa, ki imajo nekaj barve, medtem ko siva telesa vključujejo akromatična telesa. Za izraz "siva" sta značilni dve značilnosti: narava emisije in absorpcije glede na BL in barva površine, ki jo opazimo v vsakdanjem življenju. Drugi znak se pogosto uporablja, ko vizualna definicija barve akromatskih teles so bela, siva in črna, ki odsevajo spekter bele svetlobe od ena do nič.
Sivo telo ima stopnjo absorpcije svetlobe, ki je blizu črnemu telesu. Absorpcijski koeficient črnega telesa je 1, sivega telesa pa je blizu 1 in prav tako ni odvisen od valovne dolžine sevanja ali absorpcije. Porazdelitev oddane energije po spektru za siva telesa za vsako dano temperaturo je podobna porazdelitvi energije črnega telesa pri isti temperaturi, vendar je intenzivnost sevanja nekajkrat manjša (slika 23).
Pri nesivih telesih je absorpcija selektivna in odvisna od valovne dolžine, zato jih štejemo za siva le v določenih, ozkih intervalih valovnih dolžin, pri katerih je absorpcijski koeficient približno konstanten. V vidnem delu spektra ima premog lastnosti sivega telesa (α = 0,8)< сажа (α = 0,95) и платиновая чернь (α = 0,99).
Selektivna (selektivna) telesa imajo barvo in so zanje značilne krivulje koeficientov odboja, prenosa ali absorpcije, odvisno od valovne dolžine vpadnega sevanja. Pri osvetlitvi z belo svetlobo je barva površine takih teles določena z najvišjimi vrednostmi spektralne odbojne krivulje ali najmanjšo vrednostjo spektralne absorpcijske krivulje. Barvo prozornih teles (svetlobnih filtrov) določa predvsem absorpcijska krivulja (gostota D) ali krivulja prenosa τ. Spektralne absorpcijske in prepustne krivulje označujejo snov selektivnih teles samo za belo svetlobo. Ko so osvetljeni z barvno svetlobo, se spektralne krivulje odbojnosti ali prepustnosti spremenijo.
Bela, siva in črna barva ohišja so vizualni občutek akromatičnosti, ki se uporablja za odsev površin in prenos transparentnih medijev. Akromatičnost je grafično izražena z vodoravno ravno črto ali komaj opazno valovito črto, ki je vzporedna z osjo x in se nahaja na na različnih ravneh ordinatne osi v območju svetlobnih valovnih dolžin (sl. 24, a, b, c). Občutek bela ustvarite površine z najvišjim koeficientom enakomernosti
odboji čez spekter (ρ = 0,9...0,7 - beli papirji). Površine siva imajo enakomeren odbojni koeficient p = 0,5 ... 0,05. Črne površine imajo ρ = 0,05...0,005 (črno blago, žamet, krzno). To razlikovanje je okvirno in pogojno. Pri prosojnih medijih (na primer nevtralno sivi filtri) je izražena tudi značilnost akromatičnosti vodoravna črta absorpcija (gostota D, ki prikazuje, v kolikšni meri je bela svetloba oslabljena).
Površinska lahkotnost- to je relativna stopnja vidnega občutka, ki je posledica delovanja barve odbitega sevanja na tri vidne centre za zaznavanje barv. Grafično je lahkotnost izražena s skupno gostoto tega sevanja v območju bele svetlobe. V splošni tehniki razsvetljave se svetloba nepravilno uporablja za vizualno količinsko opredelitev razlike med dvema sosednjima površinama, ki se razlikujeta po svetlosti.
Lahkotnost bele površine, osvetljene z belo svetlobo . Svetlost popolnoma bele površine (prevlečene z barijevim ali magnezijevim sulfatom) z ρ = 0,99 je vzeta za 100 %. Hkrati je območje, ki označuje njegovo območje na grafu (slika 24, A) omejeno s svetlobno črto pri ρ = 1 ali 100 %. V praksi se površine, katerih svetlost ustreza 80-90% (ρ = 0,8 ... 0,9), štejejo za bele. Linija svetlobe sivih površin se približuje osi x (slika 24, e), saj odsevajo del bele svetlobe. Linija lahkotnosti črnega žameta, ki praktično ne odbija svetlobe, je poravnana z osjo x.
Svetlost barvnih površin, osvetljenih z belo svetlobo , na grafu določena s površino, omejeno s spektralno odbojno krivuljo. Ker brezoblično območje ne more odsevati kvantitativna stopnja lahkotnost, se pretvori v območje pravokotnika z osnovo na osi x (slika 24, kje). Višina pravokotnika določa odstotek svetlosti .
Svetlost barvnih površin, osvetljenih z barvno svetlobo, izraženo na grafu s površino, omejeno z dobljeno krivuljo, pridobljeno z množenjem spektralnih karakteristik osvetlitve z spektralna značilnost odsevi, površine. Če se barva svetlobe ne ujema z barvo površine, potem odbita svetloba spremeni svoj odtenek, nasičenost in svetlost.
Vsak delec, naj bo to molekula, atom ali ion, kot posledica absorpcije svetlobnega kvanta preide v več visoki ravni energijsko stanje. Najpogosteje pride do prehoda iz osnovnega v vzbujeno stanje. To povzroči, da se v spektrih pojavijo določeni absorpcijski pasovi.
Absorpcija sevanja vodi do dejstva, da se pri prehodu skozi snov intenzivnost tega sevanja zmanjša s povečanjem števila delcev snovi z določeno optično gostoto. To raziskovalno metodo je leta 1795 predlagal V. M. Severgin.
Ta metoda je najbolj primerna za reakcije, pri katerih se analit lahko spremeni v obarvano spojino, kar povzroči spremembo barve preskusne raztopine. Z merjenjem njegove absorpcije svetlobe ali primerjavo barve z raztopino znane koncentracije je enostavno ugotoviti odstotek snovi v raztopini.
Osnovni zakon absorpcije svetlobe
Bistvo fotometričnega določanja je v dveh procesih:
- pretvorbo analita v absorbent elektromagnetne vibracije spojina;
- merjenje intenzivnosti absorpcije prav teh vibracij z raztopino proučevane snovi.
Spremembe v jakosti svetlobe, ki prehaja skozi material, ki absorbira svetlobo, bodo povzročile tudi izgube svetlobe zaradi odboja in sipanja. Da bi bil rezultat zanesljiv, se izvajajo vzporedne študije za merjenje parametrov pri isti debelini plasti, v enakih kivetah, z istim topilom. Tako je zmanjšanje jakosti svetlobe odvisno predvsem od koncentracije raztopine.
Zmanjšanje jakosti svetlobe, ki se prenaša skozi raztopino, je označeno (imenovano tudi transmisija) T:
T = I / I 0, kjer je:
- I je jakost svetlobe, ki prehaja skozi snov;
- I 0 je jakost vpadnega svetlobnega žarka.
Tako prepustnost kaže delež neabsorbiranega svetlobnega toka, ki prehaja skozi preučevano raztopino. Obratni algoritem vrednosti prepustnosti se imenujejo optična gostota raztopine (D): D = (-lgT) = (-lg) * (I / I 0) = lg * (I 0 / I).
Ta enačba prikazuje, kateri parametri so glavni za študijo. Sem spadajo valovna dolžina svetlobe, debelina kivete, koncentracija raztopine in optična gostota.
Bouguer-Lambert-Beerov zakon
On je matematični izraz, ki prikazuje odvisnost zmanjšanja intenzitete monokromatskega svetlobnega toka od koncentracije snovi, ki absorbira svetlobo, in debeline plasti tekočine, skozi katero prehaja:
I = I 0 * 10 -ε·С·ι, kjer:
- ε—koeficient absorpcije svetlobe;
- C je koncentracija snovi, mol/l;
- ι je debelina plasti analizirane raztopine, cm.
Po transformaciji lahko to formulo zapišemo: I / I 0 = 10 -ε·С·ι.
Bistvo zakona je naslednje: različne raztopine iste spojine pri enaka koncentracija in debelina plasti v kiveti absorbirajo enak del svetlobe, ki vpada nanje.
Če zadnjo enačbo upoštevamo logaritemsko, lahko dobimo formulo: D = ε * C * ι.
Očitno je optična gostota neposredno odvisna od koncentracije raztopine in debeline njene plasti. Fizikalni pomen molarnega absorpcijskega koeficienta postane jasen. Enak je D za enomolarno raztopino in za debelino plasti 1 cm.
Omejitve uporabe prava
Ta razdelek vključuje naslednje elemente:
- Velja izključno za monokromatsko svetlobo.
- Koeficient ε je povezan z lomnim količnikom medija, zlasti močna odstopanja od zakona lahko opazimo pri analizi visoko koncentriranih raztopin.
- Temperatura pri merjenju optične gostote mora biti konstantna (v nekaj stopinjah).
- Svetlobni žarek mora biti vzporeden.
- pH medija mora biti konstanten.
- Zakon se uporablja za snovi, katerih centri za absorpcijo svetlobe so delci iste vrste.
Metode za določanje koncentracije
Vredno je razmisliti o metodi kalibracijskega grafa. Za izdelavo pripravimo niz raztopin (5-10) z različnimi koncentracijami preizkušane snovi in izmerimo njihovo optično gostoto. Na podlagi dobljenih vrednosti se sestavi graf odvisnosti D od koncentracije. Graf je ravna črta, ki gre iz izhodišča. Omogoča enostavno določitev koncentracije snovi na podlagi rezultatov meritev.
Obstaja tudi metoda dodatkov. Uporablja se manj pogosto kot prejšnji, vendar vam omogoča analizo rešitev kompleksna sestava, saj upošteva vpliv dodatnih komponent. Njegovo bistvo je določitev optične gostote medija D x, ki vsebuje analit neznane koncentracije C x, s ponavljajočo se analizo iste raztopine, vendar z dodatkom določene količine testne komponente (C st). Vrednost C x se ugotovi z izračuni ali grafi.
Pogoji študija
Da bi fotometrične študije dale zanesljive rezultate, mora biti izpolnjenih več pogojev:
- reakcija se mora končati hitro in v celoti, selektivno in ponovljivo;
- barva nastale snovi mora biti sčasoma stabilna in se ne spreminjati pod vplivom svetlobe;
- preskusna snov se vzame v količini, ki zadostuje za pretvorbo v analitično obliko;
- meritve optične gostote se izvajajo v območju valovnih dolžin, pri katerem je razlika v absorpciji izhodnih reagentov in analizirane raztopine največja;
- Absorpcija svetlobe referenčne raztopine velja za optično nič.
kolorimetrija
Od optične metode Pri analizi v praksi analiznih laboratorijev se najbolj uporabljajo kolorimetrične metode (iz lat. barva- barvno in grško μετρεω - merim). Kolorimetrične metode temeljijo na merjenju jakosti svetlobnega toka, ki prehaja skozi barvno raztopino.
Uporablja se kolorimetrična metoda kemične reakcije, ki ga spremlja sprememba barve analizirane raztopine. Z merjenjem absorpcije svetlobe tako obarvane raztopine ali primerjavo nastale barve z barvo raztopine znane koncentracije določimo vsebnost obarvane snovi v preskusni raztopini.
Obstaja povezava med intenzivnostjo barve raztopine in vsebnostjo obarvane snovi v tej raztopini. To razmerje, imenovano osnovni zakon absorpcije svetlobe (ali Bouguer-Lambert-Beerov zakon), je izraženo z enačbo:
I = I 0 10 - ε c l
kjer je I jakost svetlobe, prepuščene skozi raztopino; I 0 - intenzivnost svetlobe, ki vpada na raztopino; ε - koeficient absorpcije svetlobe, konstantna za vsako obarvano snov, odvisno od njene narave; Z - molska koncentracija obarvana snov v raztopini; l je debelina plasti raztopine, ki absorbira svetlobo, cm.
Fizični pomen Ta zakon se lahko izrazi na naslednji način. Raztopine enako obarvane snovi z enako koncentracijo te snovi in debelino plasti raztopine absorbirajo enako količino svetlobne energije, kar pomeni, da je absorpcija svetlobe takih raztopin enaka.
Za barvno raztopino, zaprto v stekleni celici z vzporednimi stenami, lahko rečemo, da se z večanjem koncentracije in debeline plasti raztopine povečuje njena barva, jakost svetlobe, ki jo I prepušča skozi absorbcijsko raztopino, pa se zmanjšuje v primerjavi z intenzivnostjo raztopine. vpadna svetloba I0.
Slika 1 Prehod svetlobe skozi kiveto s preskusno raztopino.
Optična gostota raztopine.
Če logaritemiramo enačbo osnovnega zakona absorpcije svetlobe in obrnemo predznake, dobi enačba obliko:
Vrednost je zelo pomembna lastnost barvna raztopina; Imenuje se optična gostota raztopine in je označena s črko A:
A = ε C l
Iz te enačbe sledi, da je optična gostota raztopine premo sorazmerna s koncentracijo obarvane snovi in debelino plasti raztopine.
Z drugimi besedami, pri enaki debelini plasti raztopine dane snovi bo optična gostota te raztopine večja, čim bolj obarvana snov vsebuje. Ali, nasprotno, pri enaki koncentraciji dane barvne snovi je optična gostota raztopine odvisna samo od debeline njene plasti. Od tu je to mogoče storiti naslednji izhod: če imata dve raztopini iste obarvane snovi različne koncentracije, bo enaka intenzivnost barve teh raztopin dosežena z debelinami njihovih plasti, ki so obratno sorazmerne s koncentracijami raztopin. Ta ugotovitev je zelo pomembna, saj na njej temeljijo nekatere metode kolorimetrične analize.
Tako je za določitev koncentracije (C) obarvane raztopine potrebno izmeriti njeno optično gostoto (A). Za merjenje optične gostote je treba izmeriti jakost svetlobnega toka.
Intenzivnost barve raztopin je mogoče izmeriti različne metode. Obstajajo subjektivne (ali vizualne) kolorimetrične metode in objektivne (ali fotokolorimetrične) metode.
Vizualne metode so tiste, pri katerih se intenzivnost barve preskusne raztopine ocenjuje s prostim očesom.
pri objektivne metode Za kolorimetrično določanje se namesto neposrednega opazovanja uporabljajo fotocelice za merjenje intenzivnosti barve preskusne raztopine. Določitev v tem primeru poteka v posebnih napravah - fotokolorimetrih, od tod tudi ime fotokolorimetrična metoda.
Vizualne metode
TO vizualne metode vključujejo:
1) metoda standardne serije;
2) metoda podvajanja (kolorimetrična titracija);
3) metoda izravnave.
Metoda standardne serije. Pri analizi po metodi standardnih serij se intenzivnost barve analizirane obarvane raztopine primerja z barvami serije posebej pripravljenih standardnih raztopin (z enako debelino absorbirajoče plasti).
Raztopine v kolorimetriji so običajno intenzivne barve, zato je mogoče določiti zelo majhne koncentracije oziroma količine snovi. Vendar pa lahko to spremljajo določene težave: na primer, porcije za pripravo serije standardnih raztopin so lahko zelo majhne. Za premagovanje teh težav pripravimo standardno raztopino A z dovolj visoko koncentracijo, na primer 1 mg/ml. Nato z redčenjem iz raztopine A pripravimo standardno raztopino B precej nižje koncentracije, iz nje pa pripravimo vrsto standardnih raztopin.
Če želite to narediti, v epruvetah ali kivetah enake velikosti in steklo iste barve s pipeto, dodamo zahtevane količine raztopin reagenta v zahtevanem zaporedju. Priporočljivo je dodati porcije raztopin analita iz birete, ker njihove prostornine bodo različne, da se zagotovijo različne koncentracije v seriji standardnih raztopin. V tem primeru mora začetna raztopina vsebovati vse sestavine razen snovi, ki jo določamo (ničelna rešitev). Raztopini potrebnih reagentov dodamo preskusno raztopino. Vse raztopine se dovedejo do konstantne prostornine, nato pa se intenzivnost barve preskusne raztopine vizualno primerja z raztopinami serije standardnih raztopin. Možno je, da se intenzivnost barve ujema s katero koli raztopino v seriji. Takrat se šteje, da ima preskusna raztopina enako koncentracijo oziroma vsebuje enako količino snovi, ki jo določamo. Če je intenzivnost barve vmesna med sosednjimi raztopinami serije, se koncentracija ali vsebnost komponente, ki se določa, šteje za aritmetično sredino med raztopinami serije.
Kolorimetrična titracija (metoda podvajanja). Ta metoda temelji na primerjavi barve analizirane raztopine z barvo druge raztopine. - nadzor Za pripravo kontrolne raztopine pripravimo raztopino, ki vsebuje vse sestavine testne raztopine, razen analita, in vse reagente, uporabljene pri pripravi vzorca, in ji dodamo standardno raztopino analita iz birete. Ko dodamo toliko te raztopine, da sta barvni intenziteti kontrolne in analizirane raztopine enaki, se šteje, da analizirana raztopina vsebuje enako količino analita, kot je bila vnesena v kontrolno raztopino.
Metoda izravnave. Ta metoda temelji na izenačitvi barv analizirane raztopine in raztopine z znano koncentracijo analita - standardne raztopine. Obstajata dve možnosti za izvedbo kolorimetričnega določanja s to metodo.
Po prvi možnosti se izenačitev barv dveh raztopin z različnimi koncentracijami barvne snovi izvede s spreminjanjem debeline plasti teh raztopin z enako močjo svetlobnega toka, ki prehaja skozi raztopine. V tem primeru bo kljub razliki v koncentracijah analizirane in standardne raztopine intenzivnost svetlobnega toka, ki prehaja skozi obe plasti teh raztopin, enaka. Razmerje med debelino plasti in koncentracijo barvne snovi v raztopinah v času izenačitve barv bo izraženo z enačbo:
l 1= C 2
kjer je l 1 debelina plasti raztopine s koncentracijo barvne snovi C 1, l 2 pa debelina plasti raztopine s koncentracijo barvne snovi C 2.
V trenutku enakosti barv je razmerje med debelinami plasti obeh primerjanih raztopin obratno sorazmerno z razmerjem njunih koncentracij.
Na podlagi zgornje enačbe lahko z merjenjem debeline plasti dveh enako obarvanih raztopin in poznavanjem koncentracije ene od teh raztopin enostavno izračunate neznano koncentracijo obarvane snovi v drugi raztopini.
Za merjenje debeline plasti, skozi katero prehaja svetlobni tok, lahko uporabimo steklene valje ali epruvete, za več natančne definicije posebne naprave - kolorimetri.
V skladu z drugo možnostjo se za izenačitev barv dveh raztopin z različnimi koncentracijami barvne snovi svetlobni tokovi različnih intenzivnosti prepuščajo skozi plasti raztopin enake debeline.
V tem primeru imata obe raztopini enako barvo, ko je razmerje logaritmov intenzitet vpadnih svetlobnih tokov enako razmerju koncentracij.
V trenutku doseganja enake barve obeh primerjanih raztopin, pri enaki debelini njunih plasti, sta koncentraciji raztopin premo sorazmerni logaritmom jakosti svetlobe, ki vpada nanju.
V skladu z drugo možnostjo je mogoče določitev opraviti samo s kolorimetrom.
OPTIČNA GOSTOTA
gostota D, merilo motnosti plasti snovi za svetlobne žarke. Enako decimalnemu logaritmu razmerja toka sevanja F0, ki vpada v plast, in toka F, oslabljenega zaradi absorpcije in sipanja, ki prehaja skozi to plast: D lg (F0/F), sicer je O.p recipročna vrednost koeficienta prepustnosti plasti snovi: D lg (1/t). (V definiciji včasih uporabljenega naravnega op. je decimalni logaritem lg nadomeščen z naravnim ln.) Koncept op. je uvedel R. Bunsen; uporablja se za karakterizacijo slabljenja optičnega sevanja (svetlobe). plasti in filmi različnih snovi (barvila, raztopine, barvna in mlečna stekla in še mnogo več), v svetlobnih filtrih in drugih optičnih izdelkih. O.P. se še posebej široko uporablja za kvantitativno oceno razvitih fotografskih plasti tako v črno-beli kot v barvni fotografiji, kjer metode njegovega merjenja tvorijo vsebino posebne discipline - denzitometrije. Glede na naravo vpadnega sevanja in metodo merjenja prepuščenih tokov sevanja obstaja več vrst optičnega sevanja (slika).
Delovna frekvenca je odvisna od nabora frekvenc n (valovnih dolžin l), ki označujejo izvirni tok; njegova vrednost za mejni primer enega samega n se imenuje monokromatski OP (sl. , a) monokromatski OP plasti nerazpršilnega medija (brez upoštevanja popravkov za odboj od sprednjih in zadnjih meja. sloj) je enak 0,4343 k n l, kjer je k n naravni absorpcijski indeks medija, l je debelina sloja (k n l k cl je indeks v enačbi Bouguer-Lambert-Beerovega zakona; če sipanja v mediju ne moremo zanemariti, k n se nadomesti z naravnim indeksom slabljenja). Za mešanico nereagirajočih snovi ali niz medijev, ki se nahajajo drug za drugim, so motnosti te vrste aditivne, to je enake vsoti enakih motnosti posameznih snovi oziroma posameznih medijev. Enako velja za običajno nemonokromatsko optično sevanje (sevanje kompleksnega spektralna sestava) v primeru medija z neselektivno (neodvisno od n) absorpcijo. Običajno neenobarvno O.P. niza medijev s selektivno absorpcijo je manjši od vsote O.P. teh medijev. (Za instrumente za merjenje O.P. glej članke Denzitometer, Mikrofotometer, Spektrozonsko aerofotografiranje, Spektrosenzitometer, Spektrofotometer, Fotometer.)
Lit.: Gorokhovsky Yu N., Levenberg T. M., Splošna senzitometrija. Teorija in praksa, M., 1963; James T., Higgins J., Osnove teorije fotografskega procesa, prev. iz angleščine, M., 1954.
L. N. Kaporskega.
Velik Sovjetska enciklopedija, TSB. 2012
Oglejte si tudi razlage, sinonime, pomene besede in kaj je OPTIČNA GOSTOTA v ruščini v slovarjih, enciklopedijah in referenčnih knjigah:
- OPTIČNA GOSTOTA v medicinskem smislu:
količina, ki označuje absorpcijo svetlobe s plastjo snovi in predstavlja logaritem razmerja intenzivnosti toka sevanja pred in po prehodu skozi absorpcijsko ... - OPTIČNA GOSTOTA
- OPTIČNA GOSTOTA
mera motnosti snovi, enaka desetemu logaritmu razmerja toka sevanja Fо, ki vpada na plast snovi, in toka prepuščenega sevanja F, oslabljeno... - GOSTOTA v slovarju avtomobilskega žargona:
(gostota) je razmerje med telesno maso in njegovo prostornino. Izraženo v kg/dm3 ali kg/m3. Prostornina je odvisna od temperature (v ... - GOSTOTA v Velikem enciklopedičnem slovarju:
(?) masa prostorninske enote snovi. Recipročna vrednost specifične prostornine. Razmerje gostot dveh snovi se imenuje relativna gostota(običajno se določi gostota snovi ... - GOSTOTA
(r), fizikalna količina, določeno za homogeno snov z njeno maso na prostorninsko enoto. P. heterogene snovi - meja razmerja med maso in ... - GOSTOTA V Enciklopedični slovar Brockhaus in Euphron:
Gostota vode pri 4 ° C = 1,000013 gramov / centimeter 3 Za snov heterogenega P. je povprečni P. del telesa ... - GOSTOTA v sodobnem enciklopedičnem slovarju:
- GOSTOTA v Enciklopedičnem slovarju:
(r), masa na prostorninsko enoto snovi. Enota SI za gostoto je 1 kg/m3. Razmerje gostot dveh snovi imenujemo relativna gostota (običajno gostota ... - GOSTOTA v Enciklopedičnem slovarju:
, -i, ž. 1. cm gosto. 2. Masa enote prostornine snovi (posebna). P. voda. II prid. gosto, oh, oh... - GOSTOTA
GOSTOTA TOKA, ena glavnih. električne lastnosti trenutni; enako električni naboj prenesen v 1 s skozi enoto površine pravokotno na smer ... - GOSTOTA v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
GOSTOTA PRESELJENOSTI, stopnja poseljenosti določenega ozemlja, število stalnih prebivalcev na enoto površine (običajno 1 km 2). Ko se je poročil. ... - GOSTOTA v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
GOSTOTA VERJETNOSTI naključna spremenljivka X, funkcija p (x), taka, da je za kateri koli a in b verjetnost neenakosti ... - GOSTOTA v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
GOSTOTA (r), masa prostorninske enote snovi. Recipročna vrednost specifične prostornine. Odnos med P. in obema se imenuje relativni P. (običajno P. in-in ... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNA DEBELINA, zmnožek volumetričnega koeficienta. oslabitev svetlobe s strani okolja na geom. dolžina poti svetlobni žarek v okolju. Karakterizira slabljenje svetlobe v ... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNA MOČ, vrednost, ki označuje lomno moč leče (sistema leč); merjeno v dioptrijah; O.S. vzvratno goriščna razdalja V … - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNA KOMUNIKACIJA, komunikacija preko elektromagnet optične vibracije območju (10 13 - 10 15 Hz), običajno z uporabo laserjev. OS sistemi ... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNA GOSTOTA, merilo motnosti snovi, enako desetemu logaritmu razmerja toka sevanja F 0, ki vpada na plast snovi, in toka ... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNA PEČNICA, naprava, v kateri se sevalna energija iz s.l. Vir se s sistemom reflektorjev usmeri na majhno površino (običajno dia. ... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNA OS: kristalna - smer v kristalu, vzdolž katere svetlobna hitrost ni odvisna od orientacije ravnine polarizacije svetlobe. Širjenje svetlobe ... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNO ČRpanje, metoda ustvarjanja populacijske inverzije v snovi pod vplivom intenzivnega električnega magnetizma. sevanja več visoka frekvenca, kot je frekvenca zahtevane kvantne inverzije ... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNA LOKACIJA, zaznavanje oddaljenih predmetov, merjenje njihovih koordinat, kot tudi prepoznavanje njihove oblike s pomočjo električnih magnetov. optični valovi obseg. Optični ... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNI IZOMERIZEM, enako kot... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNA DOLŽINA POTI, zmnožek dolžine poti svetlobnega žarka in lomnega količnika medija (pot, ki bi jo svetloba prehodila v istem ... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNA ANIZOTROPIJA, razlika v optič lastnosti medija v odvisnosti od smeri širjenja svetlobe v njem in od polarizacije te svetlobe. O.a. ... - OPTIČNO v Velikem ruskem enciklopedičnem slovarju:
OPTIČNA AKTIVNOST, lastnost nekaterih snovi, da povzročajo vrtenje ravnine polarizacije ravninsko polarizirane svetlobe, ki prehaja skozi njih. Obstajata dve vrsti optično aktivnih snovi. ... - GOSTOTA v Enciklopediji Brockhaus in Efron:
(densite, Dichtigkeit) ? po samem izvoru besede nakazuje nekaj fizična lastnina snov, po kateri je količina snovi v enoti ... - GOSTOTA v popolni naglašeni paradigmi po Zaliznyaku:
gostota, gostota, gostota, gostota, gostota, gostota, gostota, gostota, gostota, gostota, gostota, … - GOSTOTA v Tezavru ruskega poslovnega besednjaka:
Syn: debelina, ... - GOSTOTA v tezavru ruskega jezika:
Syn: debelina, ... - GOSTOTA v slovarju ruskih sinonimov:
Syn: debelina, ... - GOSTOTA v Novem razlagalnem slovarju ruskega jezika Efremove:
1. g. Odvračanje pozornosti samostalnik po vrednosti prid.: gosto. 2. g. Razmerje med telesno težo in njeno... - GOSTOTA v Lopatinovem slovarju ruskega jezika:
gostota,... - GOSTOTA v celoti pravopisni slovar ruski jezik:
gostota,... - GOSTOTA v pravopisnem slovarju:
gostota,... - GOSTOTA v Ožegovem slovarju ruskega jezika:
masa prostorninske enote snovi Spec P. voda. gostota<= … - GOSTOTA v sodobnem razlagalnem slovarju, TSB:
(?), masa prostorninske enote snovi. Recipročna vrednost specifične prostornine. Razmerje gostot dveh snovi imenujemo relativna gostota (običajno gostota snovi ... - GOSTOTA v Ušakovem razlagalnem slovarju ruskega jezika:
gostota, g. 1. samo enote Odvračanje pozornosti samostalnik na gosto. Gostota prebivalstva. Gostota tkanine. Gostota zraka. Gostota ognja (vojaško). 2. Teža ... - GOSTOTA v Efraimovem razlagalnem slovarju:
gostota 1. g. Odvračanje pozornosti samostalnik po vrednosti prid.: gosto. 2. g. Razmerje med telesno težo in njeno... - GOSTOTA v Novem slovarju ruskega jezika Efremove:
- GOSTOTA v Velikem sodobnem razlagalnem slovarju ruskega jezika:
jaz raztresen samostalnik po prid. gosto II g. Razmerje med telesno težo in njeno... - OPTIČNA ANIZOTROPIJA v Velikem enciklopedičnem slovarju:
razlika v optičnih lastnostih medija v odvisnosti od smeri širjenja svetlobe v njem in od polarizacije te svetlobe. Optična anizotropija je izražena ... - OPTIČNA DEJAVNOST v Velikem enciklopedičnem slovarju:
lastnost nekaterih snovi, da povzročijo vrtenje ravnine polarizacije ravninsko polarizirane svetlobe, ki prehaja skozi njih. Obstajata dve vrsti optično aktivnih snovi. ti... - ZSSR. RSFSR, AVTONOMNE REPUBLIKE v Veliki sovjetski enciklopediji, TSB:
Republika Baškirska avtonomna sovjetska socialistična republika Baškirska avtonomna sovjetska socialistična republika (Baškirija) je bila ustanovljena 23. marca 1919. Nahaja se na Uralu. Površina 143,6 tisoč km2. Prebivalstvo 3833 tisoč ... - REFRAKCIJA (LOM SVETLOBE) v Veliki sovjetski enciklopediji, TSB:
svetloba, v širšem smislu - enako kot lom svetlobe, to je sprememba smeri svetlobnih žarkov pri spreminjanju...
