De doorlaatbaarheid Optisch is het quotiënt tussen de intensiteit van het opkomende licht en de intensiteit van het invallende licht op een monster van doorschijnende oplossing die is verlicht met monochromatisch licht..
Het fysieke proces van de doorgang van licht door een monster wordt genoemd lichte overgang en de doorlaatbaarheid het is een maatstaf voor lichttransmissie. Doorlaatbaarheid is een belangrijke waarde om de concentratie te bepalen van een monster dat doorgaans wordt opgelost in een oplosmiddel zoals onder andere water of alcohol..
Een elektrofotometer meet een stroom die evenredig is met de lichtintensiteit die op het oppervlak valt. Om de transmissie te berekenen, wordt het intensiteitssignaal dat overeenkomt met het oplosmiddel alleen gewoonlijk eerst gemeten en dit resultaat wordt geregistreerd als Io.
Vervolgens wordt het opgeloste monster onder dezelfde lichtomstandigheden in het oplosmiddel geplaatst en wordt het door de elektrofotometer gemeten signaal aangeduid als ik, dan wordt de doorlaatbaarheid berekend volgens de volgende formule:
T = ik / ikof
Opgemerkt moet worden dat de doorlaatbaarheid een dimensieloze grootheid is, aangezien het een maat is voor de lichtsterkte van een monster in relatie tot de intensiteit van de oplosmiddeltransmissie..
Artikel index
Wanneer licht door een monster gaat, wordt een deel van de lichtenergie door de moleculen geabsorbeerd. Doorlaatbaarheid is de macroscopische maatstaf van een fenomeen dat optreedt op moleculair of atomair niveau.
Licht is een elektromagnetische golf, de energie die het draagt bevindt zich in het elektrische en magnetische veld van de golf. Deze oscillerende velden werken samen met de moleculen van een stof.
De energie die door de golf wordt gedragen, is afhankelijk van de frequentie. Monochromatisch licht heeft een enkele frequentie, terwijl wit licht een bereik of spectrum aan frequenties heeft..
Alle frequenties van een elektromagnetische golf reizen in een vacuüm met dezelfde snelheid van 300.000 km / s. Als we aangeven door c met de snelheid van het licht in een vacuüm, de frequentieverhouding F. en golflengte λ het is:
c = λ⋅f
Wat c is een constante bij elke frequentie die overeenkomt met de respectievelijke golflengte.
Om de transmissie van een stof te meten, worden de gebieden van het zichtbare elektromagnetische spectrum (380 nm tot 780 nm), het ultraviolette gebied (180 tot 380 nm) en het infrarode gebied (780 nm tot 5600 nm) gebruikt.
De voortplantingssnelheid van licht in een materieel medium is afhankelijk van de frequentie en is kleiner dan c. Dit verklaart de verstrooiing in een prisma waarmee de frequenties waaruit wit licht bestaat, kunnen worden gescheiden..
Atomen en moleculen hebben gekwantiseerde energieniveaus. Bij kamertemperatuur hebben de moleculen hun laagste energieniveau.
Het foton is het kwantumdeeltje dat geassocieerd is met de elektromagnetische golf. De energie van het foton wordt ook gekwantiseerd, dat wil zeggen een foton met frequentie F. heeft energie gegeven door:
E = h⋅f
waar h is de constante van Planck waarvan de waarde 6,62 × 10 ^ -34 J⋅s is.
Monochromatisch licht is een bundel fotonen met een bepaalde frequentie en energie.
Moleculen absorberen fotonen wanneer hun energie overeenkomt met het verschil dat nodig is om het molecuul naar een hoger energieniveau te brengen.
Energieovergangen door absorptie van fotonen in moleculen kunnen van verschillende typen zijn:
1- Elektronische overgangen, wanneer de elektronen van de moleculaire orbitalen naar orbitalen met hogere energie gaan. Deze overgangen treden doorgaans op in het zichtbare en ultraviolette gebied en zijn het belangrijkst.
2- Trillingsovergangen, de moleculaire bindingsenergieën worden ook gekwantiseerd en wanneer een foton uit het infraroodgebied wordt geabsorbeerd, gaat het molecuul naar een hogere trillingsenergietoestand.
3- Rotatieovergangen, wanneer de absorptie van een foton het molecuul naar een rotatietoestand van hogere energie leidt.
Deze overgangen worden het best begrepen met een moleculair energiediagram in figuur 2:
In het diagram vertegenwoordigen de horizontale lijnen verschillende moleculaire energieniveaus. De E0-lijn is het fundamentele of lagere energieniveau. Niveaus E1 en E2 zijn opgewekte niveaus van hogere energie. De niveaus E0, E1, E2 komen overeen met de elektronische toestanden van het molecuul.
De subniveaus 1, 2, 3, 4 binnen elk elektronisch niveau komen overeen met de verschillende vibratietoestanden die overeenkomen met elk elektronisch niveau. Elk van deze niveaus heeft fijnere onderverdelingen waarvan niet is aangetoond dat ze overeenkomen met de rotatietoestanden die bij elk trillingsniveau horen..
Het diagram toont verticale pijlen die de energie van fotonen in het infrarode, zichtbare en ultraviolette bereik weergeven. Zoals te zien is, hebben infraroodfotonen niet genoeg energie om elektronische overgangen te bevorderen, terwijl zichtbare en ultraviolette straling dat wel doen..
Wanneer de invallende fotonen van een monochromatische bundel in energie (of frequentie) samenvallen met het energieverschil tussen moleculaire energietoestanden, treedt absorptie van fotonen op..
Volgens wat in de vorige paragraaf is gezegd, is de doorlaatbaarheid dan afhankelijk van verschillende factoren, waaronder we kunnen noemen:
1- De frequentie waarmee het monster wordt verlicht.
2- Het type moleculen dat moet worden geanalyseerd.
3- De concentratie van de oplossing.
4- De lengte van het pad afgelegd door de lichtstraal.
De experimentele gegevens geven aan dat de transmissie T neemt exponentieel af met de concentratie C en met de lengte L. van het optische pad:
T = 10-a⋅C⋅L
In de bovenstaande uitdrukking naar is een constante die afhangt van de frequentie en het type stof.
Een standaardmonster van een bepaalde stof heeft een concentratie van 150 micromol per liter (μM). Wanneer de doorlaatbaarheid wordt gemeten met licht van 525 nm, wordt een doorlaatbaarheid van 0,4 verkregen..
Een ander monster van dezelfde stof, maar met een onbekende concentratie, heeft een doorlaatbaarheid van 0,5, gemeten bij dezelfde frequentie en met dezelfde optische dikte..
Bereken de concentratie van het tweede monster.
De doorlaatbaarheid T neemt exponentieel af met de concentratie C:
T = 10-b⋅L
Als de logaritme van de vorige gelijkheid wordt genomen, blijft het:
log T = -b⋅C
Door lid voor lid te delen blijft de vorige gelijkheid toegepast op elk monster en het oplossen van de onbekende concentratie behouden:
C2 = C1⋅ (logboek T2 / logboek T1)
C2 = 150 μM⋅ (log 0,5 / log 0,4) = 150 μM⋅ (-0,3010 / -0,3979) = 113,5 μM
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.