АНАЛИЗ СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ ОКРАШЕННОГО ВЕЩЕСТВА Левин С.С

АНАЛИЗ СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ ОКРАШЕННОГО
ВЕЩЕСТВА
Левин С.С.
Кубанский Государственный Технологический Университет
Краснодар, Россия
Свойство молекул и атомов поглощать свет определенной длины волны, характерных для данного вещества, широко применяется в медицине и
фармакологии для проведения качественных и количественных исследований. Анализ спектров поглощения позволяет судить о химических компонентах вещества и его состоянии в биологических структурах. Для регистрации
спектров поглощения в ультрафиолетовой и видимой области используют
приборы спектрофотометры, а если только в видимой области, то фотоэлектроколориметры.
Применение фотоэлектроколориметрии в, медицине и фармакологии:
1. Определение концентрации окрашенных веществ (некоторых витаминов, лекарств) в растворе.
2. Определение рН среды по цвету добавленных в раствор рН–
индикаторов.
3. Определение активности ферментов по интенсивности окрашивания
раствора после добавления соответствующих химических реагентов, дающих
окрашенные реакции с продуктами ферментативной реакции.
Оптическое излучение или свет подразумевает под собой волны электромагнитного поля. Световые волны являются плоско поперечными, они
распространяются перпендикулярно направлению магнитногои электрическогополей.
Существуют различные спектральные области оптического излучения:
инфракрасная–от 750 до 2500 нм, видимая – от 400 до 750 нм и ультрафиолетовая– от 2 до 400 нм.
Известно, что при пропускании света через определённый слой вещества его интенсивность уменьшается (закон Рэлея).Уменьшение интенсивности является следствием того, что при взаимодействии световой волны с веществом часть световой энергии передается электронам. Этот процесс называется поглощением света.
Взаимодействие света с веществом описываются определёнными законами, основными из которых являются:
1. Закон Гротгуса-Дрейпера: химически активным является излучение с
такими длинами волн,которые поглощаются веществом. Этот закон не имеет
исключений.
2. Закон Вант-Гоффа: количество химически модифицированного светом вещества прямо пропорционально количеству поглощенной веществом
энергии света.
3. Закон Бугера-Ламберта-Бера(объединенный закон светопоглощения)
для монохроматического света: интенсивность света, прошедшего через слой
вещества (I), и интенсивность света,падающего на него (I0), связаны соотношением:
где
– молярный коэффициент поглощения (экстинкции) при длине
волны (л/моль·см); с –концентрация вещества (моль/л); l – длина оптического пути – толщина слоя вещества (см).Местодляформулы.
Молярный коэффициент экстинкции характеризует способность молекул вещества поглощать свет определенной длины волны и определяется
структурными особенностями молекул данного вещества.
Основной закон светопоглощения основан на законе Бугера-Ламберта,
который определяет ослабление интенсивности светового потока в зависимости от толщины поглощающего слоя, и законе Бера, который говорит о зависимости светопоглощения от концентрации анализируемого раствора. Закон
Бугера-Ламберта-Бера выполняется не во всех случаях. Он выведен для достаточно разбавленных растворов при применении монохроматического света.
Для характеристики поглощающей способности вещества берут такие
величины, как оптическая плотность, светопропускание и светопоглощение.
Оптическая плотность (D) – это десятичный логарифм отношения интенсивности света,падающего на образец, к интенсивности света, на выходе
из образца (I):
log
Оптическая плотность является безразмерной величиной.
Светопропускание (коэффициент пропускания) ( ) – отношение интенсивности света, на выходе из образца, к интенсивности света, падающего
на него:
Значения могут меняться от 0 (весь свет поглощается) до 1 (весь свет
проходит). Величину эту обычно выражают в процентах.
Основным следствием из закона Бугера-Ламберта-Бера является следующее положение:оптическая плотность прямо пропорциональна концентрации данного вещества:
Спектр поглощения – это зависимость молярного коэффициента поглощения от длиныволны . Спектры поглощения веществ определяются
разностью энергий между энергетическими уровнями молекул, составляющими вещество, а также вероятностями перехода между ними. Разность
энергий определяет длину волны, на которой происходит поглощение света,
вероятность перехода – коэффициент поглощения вещества.
Поглощение света осуществляется не всей молекулой, а определенными ее участками. Хромофоры – это отдельные группы атомов в молекуле вещества, поглощающие кванты света в УФ и видимой областях спектра.
Спектры поглощения можно регистрировать различными приборами. В
видимом диапазоне(380-760 нм) спектр поглощения определяет цвет вещества, поэтому прибор для измерения спектров называется колориметром (от
лат.сolor– цвет). Современные колориметры позволяют проводить измерения
в более широком спектральном диапазоне от ультрафиолета до ближнего
инфракрасного (315–980 нм).
Фотометрические методы анализа применяются для контроля производства, определения примесей и решение многих других важных вопросов в
заводских и научно-исследовательских лабораториях.
Назначение и работа фотоэлектроколориметра кфк-2:
Рисунок 1-Принципиальная оптическая схема кфк-2;1-источник света;2теплозащитный светофильтр;3-нейтральный светофильтр;4-цветной светофильтр;5кювета с исследуемым раствором или раствором сравнения;6-пластина,которая делит световой поток на два потока;7-фотодиод;8-фотоэлемент.
Кфк-2 предназначен для измерения в отдельных участках диапазона
длин волн 315-980 нм, выделяемых светофильтром,коэффицентов пропускания и оптической плотности жидкостных растворов и твердых тел, также
определение концентрации веществ в растворах методом построения градуировочных графиков.
Колориметр применяется на предприятиях водоснабжения, в металлургической, химической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве, в
медицине и в других областях народного хозяйства.
Нормальными условиями работы колориметра являются: температура
окружающей среды (20 + 5)º С, относительная влажность воздуха 45- 80%,
напряжение питания сети (220+ 4,4) В, 50 Гц.
Мы поставили перед собой задачу определить массу окрашенного вещества в растворе при помощи анализа спектра поглощения окрашенного
вещества.
Для определения массы вещества используем формулу:
∗ ∗ где,
(1)
g – масса вещества в растворе;
V – объем раствора;
C – концентрация раствора;
M – молярная масса исследуемого вещества;
При выполнении фотометрического анализа растворов сложных смесей, компоненты которых поглощают при одной и той же длине волны, используют закон аддитивности оптической плотности: оптическая плотность
раствора при определенной длине волны, складывается из оптических плотностей отдельных компонентов смеси, поглощающих при этой длине волны.
Для этого мы определяем оптимальную длину волны для измерений
оптической плотности растворов разной концентрации.
График 1 – Зависимость оптической плотности от длины волны
D1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Определение концентрации раствора графическим методом:
Определение концентрации раствора, позволит нам вычислить массу
окрашенного вещества в растворе.
График 2 – Зависимость оптической плотности от концентрации раствора
D
1,8
1,6
1,5
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,01
0,02
0,03
0,05 c,%
0,04
0,043
После определения концентрации из графика, по формуле (1) определим массу вещества:
g=0.0043*562*10 *100=2.41 мг
Вывод
Таким образом, измеряя оптическую плотность растворов разной концентрации после построения калибровочного графика можно определить
концентрацию любого раствора данного вещества и вычислить его массу в
растворе.
Список использованной литературы
1. Миронов Г.С. «Основной органический синтез и нефтехимия Выпуск 5», 2005г.
2. Физическая и коллоидная химия Учебник для ВУЗов, Хмельницкий
Р.А., 2009г.
3. Физическая химия Учебник для ВУЗов, Зимон А.Д., 2006г.
4. Физическая химия, Стромберг А.Г., 2009г.