ABSORPTION: WAS IST DAS? BEISPIELE UND GELÖSTE ÜBUNGEN - KÖRPERLICH - 2025

Die Absorption ist der Logarithmus mit einem negativen Vorzeichen des Quotienten zwischen der Intensität des austretenden Lichts und der Intensität des einfallenden Lichts auf einer Probe einer durchscheinenden Lösung, die mit monochromatischem Licht beleuchtet wurde. Dieser Quotient ist die Durchlässigkeit.

Der physikalische Prozess des durch eine Probe hindurchtretenden Lichts wird als Lichtdurchlässigkeit bezeichnet, und die Absorption ist ein Maß dafür. Daher wird die Extinktion zum kleinsten Logarithmus der Durchlässigkeit und ist ein wichtiges Datenelement zur Bestimmung der Konzentration einer Probe, die im Allgemeinen in einem Lösungsmittel wie Wasser, Alkohol oder einem anderen gelöst ist.

Abbildung 1. Diagramm des Absorptionsprozesses. Vorbereitet von F. Zapata

Zur Messung der Absorption wird ein als Elektrophotometer bezeichnetes Gerät benötigt, mit dem ein Strom gemessen wird, der proportional zur auf seine Oberfläche einfallenden Lichtintensität ist.

Bei der Berechnung der Durchlässigkeit wird im Allgemeinen zuerst das Intensitätssignal gemessen, das nur dem Lösungsmittel entspricht, und dieses Ergebnis wird als Io aufgezeichnet.

Dann wird die gelöste Probe unter den gleichen Lichtbedingungen in das Lösungsmittel gegeben. Das vom Elektrophotometer gemessene Signal wird mit I bezeichnet, wodurch die Durchlässigkeit T nach folgender Formel berechnet werden kann:

T = I / I oder

Es ist eine dimensionslose Größe. Die Extinktion A wird somit ausgedrückt als:

A = - log (T) = - log (I / I o)

Molare Absorption und Absorptionsfähigkeit

Die Moleküle, aus denen eine chemische Substanz besteht, können Licht absorbieren, und ein Maß dafür ist die genaue Absorption. Es ist das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen Photonen und molekularen Elektronen.

Daher ist es eine Größe, die von der Dichte oder Konzentration der Moleküle abhängt, aus denen die Probe besteht, sowie von dem optischen Weg oder der Entfernung, die das Licht zurücklegt.

Die experimentellen Daten zeigen, dass die Extinktion A linear proportional zur Konzentration C und der vom Licht zurückgelegten Strecke d ist. Um es basierend auf diesen Parametern zu berechnen, kann die folgende Formel festgelegt werden:

A = ε⋅C⋅d

In der obigen Formel ist & epsi; eine Proportionalitätskonstante, die als molares Absorptionsvermögen bekannt ist.

Das molare Absorptionsvermögen hängt von der Art der Substanz und von der Wellenlänge ab, bei der die Absorption gemessen wird. Das molare Absorptionsvermögen ist auch empfindlich gegenüber Probentemperatur und Proben-pH.

Beer-Lambert-Gesetz

Diese Beziehung zwischen Absorption, Absorptionsvermögen, Konzentration und Abstand der Dicke des Weges, dem das Licht innerhalb der Probe folgt, ist als Beer-Lambert-Gesetz bekannt.

Abbildung 2. Beer-Lambert-Gesetz. Quelle: F. Zapata,

Hier sind einige Beispiele für die Verwendung.

Beispiele

Beispiel 1

Während eines Experiments wird eine Probe mit rotem Licht eines Helium-Neon-Lasers beleuchtet, dessen Wellenlänge 633 nm beträgt. Ein Elektrophotometer misst 30 mV, wenn Laserlicht direkt trifft, und 10 mV, wenn es durch eine Probe tritt.

In diesem Fall ist die Durchlässigkeit:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

Und die Absorption ist:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Beispiel 2

Wenn dieselbe Substanz in einen Behälter gegeben wird, der halb so dick ist wie in Beispiel 1, geben Sie an, wie stark das Elektrophotometer markiert, wenn das Licht des Helium-Neon-Lasers durch die Probe geleitet wird.

Es muss berücksichtigt werden, dass, wenn die Dicke um die Hälfte abnimmt, die Absorption, die proportional zur optischen Dicke ist, um die Hälfte abnimmt, dh A = 0,28. Die Durchlässigkeit T wird durch die folgende Beziehung gegeben:

T = 10-A = 10 ^ (- 0,28) = 0,53

Das Elektrophotometer zeigt 0,53 × 30 mV = 15,74 mV an.

Gelöste Übungen

Übung 1

Wir wollen das molare Absorptionsvermögen einer bestimmten proprietären Verbindung bestimmen, die in Lösung ist. Dazu wird die Lösung mit Licht einer 589 nm Natriumlampe beleuchtet. Die Probe wird in einen 1,50 cm dicken Probenhalter gegeben.

Der Ausgangspunkt ist eine Lösung mit einer Konzentration von 4,00 × 10 –4 Mol pro Liter, und die Durchlässigkeit wird gemessen, was 0,06 ergibt. Bestimmen Sie anhand dieser Daten das molare Absorptionsvermögen der Probe.

Lösung

Zunächst wird die Extinktion bestimmt, die als der kleinste Logarithmus zur Basis zehn der Durchlässigkeit definiert ist:

A = - log (T)

A = - log (0,06) = 1,22

Dann wird das Lambert-Beer-Gesetz verwendet, das eine Beziehung zwischen Absorption, molarem Absorptionsvermögen, Konzentration und optischer Länge herstellt:

A = ε⋅C⋅d

Durch Auflösen des molaren Absorptionsvermögens wird die folgende Beziehung erhalten:

ε = A / (C⋅d)

Ersetzen der angegebenen Werte, die wir haben:

ε = 1,22 / (4,00 × 10 ^ -4 M⋅1,5 cm) = 2030 (M⋅cm) ^ - 1

Das obige Ergebnis wurde auf drei signifikante Stellen gerundet.

Übung 2

Um die Präzision zu verbessern und den Fehler bei der Messung des molaren Absorptionsvermögens der Probe in Übung 1 zu bestimmen, wird die Probe nacheinander auf die Hälfte der Konzentration verdünnt und jeweils die Durchlässigkeit gemessen.

Ausgehend von Co = 4 × 10 ^ -4 M mit einer Durchlässigkeit T = 0,06 wird die folgende Datensequenz für die Durchlässigkeit und die aus der Durchlässigkeit berechnete Absorption erhalten:

Co / 1–> 0,06–> 1,22

Co / 2–> 0,25–> 0,60

Co / 4–> 0,50–> 0,30

Co / 8–> 0,71–> 0,15

Co / 16–> 0,83–> 0,08

Co / 32–> 0,93–> 0,03

Co / 64–> 0,95–> 0,02

Co / 128–> 0,98–> 0,01

Co / 256–> 0,99–> 0,00

Mit diesen Daten ausführen:

a) Ein Diagramm der Extinktion als Funktion der Konzentration.

b) Eine lineare Anpassung der Daten und Ermittlung der Steigung.

c) Berechnen Sie aus der erhaltenen Steigung das molare Absorptionsvermögen.

Lösung

Abbildung 3. Absorption gegen Konzentration. Quelle: F. Zapata.

Die erhaltene Steigung ist das Produkt des molaren Absorptionsvermögens durch den optischen Abstand. Wenn wir also die Steigung durch die Länge 1,5 cm dividieren, erhalten wir das molare Absorptionsvermögen

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M · cm) ^ - 1

Übung 3

Mit den Daten aus Übung 2:

a) Berechnen Sie das Absorptionsvermögen für jedes Datenelement.

b) Bestimmen Sie einen Durchschnittswert für das molare Absorptionsvermögen, seine Standardabweichung und den statistischen Fehler, der mit dem Durchschnitt verbunden ist.

Lösung

Das molare Absorptionsvermögen wird für jede der getesteten Konzentrationen berechnet. Denken Sie daran, dass die Lichtverhältnisse und der optische Abstand fest bleiben.

Die Ergebnisse für das molare Absorptionsvermögen sind:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1,872, 1862 in Einheiten von 1 / (M * cm).

Aus diesen Ergebnissen können wir den Durchschnittswert ziehen:

<& egr;> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Mit einer Standardabweichung von: 184 (M * cm) ^ - 1

Der mittlere Fehler ist die Standardabweichung geteilt durch die Quadratwurzel der Anzahl der Daten, dh:

Δ & epsi; = 184/9 ^ 0,5 = 60 (M · cm) ^ - 1

Schließlich wird geschlossen, dass die patentierte Substanz ein molares Absorptionsvermögen bei der Frequenz 589 nm aufweist, die von einer Natriumlampe erzeugt wird von:

<& epsi;> = (2000 ± 60) (M · cm) ^ - 1

Verweise

1. Atkins, P. 1999. Physikalische Chemie. Omega-Ausgaben. 460-462.
2. Der Führer. Durchlässigkeit und Absorption. Wiederhergestellt von: quimica.laguia2000.com
3. Umwelttoxikologie. Durchlässigkeit, Absorption und Lamberts Gesetz. Wiederhergestellt von: repositorio.innovacionumh.es
4. Körperliches Abenteuer. Absorption und Durchlässigkeit. Wiederhergestellt von: rpfisica.blogspot.com
5. Spektrophotometrie. Wiederhergestellt von: chem.libretexts.org
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7. Wikipedia. Absorption Wiederhergestellt von: wikipedia.com
8. Wikipedia. Spektralphotometrie. Wiederhergestellt von: wikipedia.com