- Was ist Durchlässigkeit?
- Absorption von Licht in einem Medium
- Molekulare Theorie der Lichtabsorption
- Faktoren, von denen die Durchlässigkeit abhängt
- Übung gelöst
- Übung 1
- Antworten
- Verweise
Die Transmissionsoptik ist das Verhältnis der austretenden Lichtintensität und der Lichtintensität, die auf eine Probe einer durchscheinenden Lösung fällt, die mit monochromatischem Licht beleuchtet wurde.
Der physikalische Prozess des Durchgangs von Licht durch eine Probe wird als Lichtdurchlässigkeit bezeichnet, und die Durchlässigkeit ist ein Maß für die Lichtdurchlässigkeit. Die Durchlässigkeit ist ein wichtiger Wert zur Bestimmung der Konzentration einer Probe, die im Allgemeinen in einem Lösungsmittel wie Wasser oder Alkohol gelöst ist.
Abbildung 1. Baugruppe zur Durchlässigkeitsmessung. Quelle: F. Zapata.
Ein Elektrophotometer misst einen Strom proportional zur Lichtintensität, die auf seine Oberfläche fällt. Zur 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 und das vom Elektrophotometer gemessene Signal wird mit I bezeichnet, dann wird die Durchlässigkeit gemäß der folgenden Formel berechnet:
T = I / I oder
Es ist zu beachten, dass die Durchlässigkeit eine dimensionslose Größe ist, da sie ein Maß für die Lichtstärke einer Probe im Verhältnis zur Intensität der Lösungsmittelübertragung ist.
Was ist Durchlässigkeit?
Absorption von Licht in einem Medium
Wenn Licht durch eine Probe fällt, wird ein Teil der Lichtenergie von den Molekülen absorbiert. Die Durchlässigkeit ist das makroskopische Maß für ein Phänomen, das auf molekularer oder atomarer Ebene auftritt.
Licht ist eine elektromagnetische Welle, die Energie, die es trägt, befindet sich im elektrischen und magnetischen Feld der Welle. Diese oszillierenden Felder interagieren mit den Molekülen einer Substanz.
Die von der Welle getragene Energie hängt von ihrer Frequenz ab. Monochromatisches Licht hat eine einzelne Frequenz, während weißes Licht einen Frequenzbereich oder ein Frequenzspektrum hat.
Alle Frequenzen einer elektromagnetischen Welle bewegen sich im Vakuum mit der gleichen Geschwindigkeit von 300.000 km / s. Wenn wir mit c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bezeichnen, ist die Beziehung zwischen der Frequenz f und der Wellenlänge λ:
c = λ⋅f
Da c eine Konstante ist, entspricht jede Frequenz ihrer jeweiligen Wellenlänge.
Zur Messung der Durchlässigkeit einer Substanz werden die Bereiche des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums (380 nm bis 780 nm), der ultraviolette Bereich (180 bis 380 nm) und der Infrarotbereich (780 nm bis 5600 nm) verwendet.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht in einem materiellen Medium hängt von der Frequenz ab und ist kleiner als c. Dies erklärt die Streuung in einem Prisma, mit der die Frequenzen, aus denen weißes Licht besteht, getrennt werden können.
Molekulare Theorie der Lichtabsorption
Diese Übergänge lassen sich am besten anhand eines in Abbildung 2 gezeigten molekularen Energiediagramms verstehen:
Abbildung 2. Diagramm der molekularen Energie. Quelle: F. Zapata.
Im Diagramm repräsentieren die horizontalen Linien unterschiedliche molekulare Energieniveaus. Die Leitung E0 ist ein grundlegendes oder niedrigeres Energieniveau. Die Stufen E1 und E2 sind angeregte Stufen höherer Energie. Die E0-, E1-, E2-Spiegel entsprechen den elektronischen Zuständen des Moleküls.
Die Unterebenen 1, 2, 3, 4 innerhalb jeder elektronischen Ebene entsprechen den verschiedenen Schwingungszuständen, die jeder elektronischen Ebene entsprechen. Jede dieser Ebenen hat feinere Unterteilungen, von denen nicht gezeigt wird, dass sie den Rotationszuständen entsprechen, die jeder Schwingungsstufe zugeordnet sind.
Das Diagramm zeigt vertikale Pfeile, die die Energie von Photonen im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Bereich darstellen. Wie zu sehen ist, haben Infrarotphotonen nicht genug Energie, um elektronische Übergänge zu fördern, während sichtbare und ultraviolette Strahlung dies tun.
Wenn die einfallenden Photonen eines monochromatischen Strahls in ihrer Energie (oder Frequenz) mit der Energiedifferenz zwischen molekularen Energiezuständen zusammenfallen, tritt eine Absorption von Photonen auf.
Faktoren, von denen die Durchlässigkeit abhängt
Nach dem, was im vorherigen Abschnitt gesagt wurde, hängt die Durchlässigkeit dann von mehreren Faktoren ab, unter denen wir nennen können:
1- Die Frequenz, mit der die Probe beleuchtet wird.
2- Die Art der zu analysierenden Moleküle.
3- Die Konzentration der Lösung.
4- Die Länge des vom Lichtstrahl zurückgelegten Weges.
Die experimentellen Daten zeigen, dass die Durchlässigkeit T exponentiell mit der Konzentration C und mit der Länge L des Strahlengangs abnimmt:
T = 10 -a⋅C⋅L
Im obigen Ausdruck ist a eine Konstante, die von der Häufigkeit und der Art der Substanz abhängt.
Übung gelöst
Übung 1
Eine Standardprobe einer bestimmten Substanz hat eine Konzentration von 150 Mikromol pro Liter (μM). Wenn seine Durchlässigkeit mit Licht von 525 nm gemessen wird, wird eine Durchlässigkeit von 0,4 erhalten.
Eine andere Probe derselben Substanz, jedoch mit unbekannter Konzentration, hat eine Durchlässigkeit von 0,5, wenn sie mit derselben Frequenz und derselben optischen Dicke gemessen wird.
Berechnen Sie die Konzentration der zweiten Probe.
Antworten
Die Durchlässigkeit T nimmt exponentiell mit der Konzentration C ab:
T = 10 -b⋅L
Wenn der Logarithmus der vorherigen Gleichheit genommen wird, bleibt er:
log T = -b⋅C
Durch Teilen von Mitglied zu Mitglied bleibt die vorherige Gleichheit, die für jede Probe angewendet wurde, und Auflösen nach der unbekannten Konzentration:
C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)
C2 = 150 uM⋅ (log 0,5 / log 0,4) = 150 uM⋅ (-0,3010 / -0,3979) = 113,5 uM
Verweise
- Atkins, P. 1999. Physikalische Chemie. Omega-Ausgaben. 460-462.
- Der Führer. Durchlässigkeit und Absorption. Wiederhergestellt von: quimica.laguia2000.com
- Umwelttoxikologie. Durchlässigkeit, Absorption und Lamberts Gesetz. Wiederhergestellt von: repositorio.innovacionumh.es
- Körperliches Abenteuer. Absorption und Durchlässigkeit. Wiederhergestellt von: rpfisica.blogspot.com
- Spektrophotometrie. Wiederhergestellt von: chem.libretexts.org
- Umwelttoxikologie. Durchlässigkeit, Absorption und Lamberts Gesetz. Wiederhergestellt von: repositorio.innovacionumh.es
- Wikipedia. Durchlässigkeit. Wiederhergestellt von: wikipedia.com
- Wikipedia. Spektralphotometrie. Wiederhergestellt von: wikipedia.com