흡광도 출사 광 강도와 단색광이 조사 된 투명한 용액을 시료에 입사하는 광 강도 사이의 몫의 마이너스 기호 대수이다. 이 몫이 투과율입니다.
샘플을 통과하는 빛의 물리적 과정을 빛 투과라고하며 흡광도를 측정합니다. 따라서 흡광도는 투과율의 최소 로그가되며 일반적으로 물, 알코올 또는 기타 용매에 용해되는 샘플의 농도를 결정하는 중요한 데이터입니다.
그림 1. 흡광도 프로세스 다이어그램. F. Zapata 작성
흡광도를 측정하려면 표면에 입사되는 빛의 강도에 비례하는 전류를 측정하는 전자 광도계라는 장치가 필요합니다.
투과율을 계산할 때 일반적으로 용매 단독에 해당하는 강도 신호를 먼저 측정하고이 결과를 Io로 기록합니다.
그런 다음 용해 된 샘플을 동일한 조명 조건에서 용매에 넣습니다. 전자 광도계로 측정 된 신호는 I로 표시되며, 다음 공식에 따라 투과율 T를 계산할 수 있습니다.
T = I / I 또는
차원이없는 양입니다. 흡광도 A는 다음과 같이 표현됩니다.
A =-로그 (T) =-로그 (I / I o)
몰 흡광도 및 흡수율
화학 물질을 구성하는 분자는 빛을 흡수 할 수 있으며, 이것의 한 가지 척도는 정확하게 흡광도입니다. 광자와 분자 전자 사이의 상호 작용의 결과입니다.
따라서 샘플을 구성하는 분자의 밀도 또는 농도와 빛이 이동하는 광학 경로 또는 거리에 따라 달라지는 크기입니다.
실험 데이터는 흡광도 A가 농도 C와 빛이 이동 한 거리 d에 선형 적으로 비례 함을 나타냅니다. 따라서 이러한 매개 변수를 기반으로 계산하려면 다음 공식을 설정할 수 있습니다.
A = ε⋅C⋅d
위의 공식에서 ε은 몰 흡수율로 알려진 비례 상수입니다.
몰 흡수율은 물질의 유형과 흡광도가 측정되는 파장에 따라 다릅니다. 몰 흡수율은 시료 온도와 시료 pH에도 민감합니다.
Beer-Lambert 법칙
흡광도, 흡수율, 농도 및 빛이 샘플 내에서 따라가는 경로 두께의 거리 사이의 관계를 Beer-Lambert 법칙이라고합니다.
그림 2. Beer-Lambert의 법칙. 출처 : F. Zapata,
다음은 사용 방법에 대한 몇 가지 예입니다.
예
예 1
실험 중에 샘플은 파장이 633nm 인 헬륨-네온 레이저의 적색광으로 조명됩니다. 전자 광도계는 레이저 빛이 직접 비추면 30mV, 샘플을 통과 할 때 10mV를 측정합니다.
이 경우 투과율은 다음과 같습니다.
T = I / Io = 10mV / 30mV = ⅓.
그리고 흡광도는 다음과 같습니다.
A =-로그 (⅓) = 로그 (3) = 0.48
예 2
동일한 물질이 실시 예 1에서 사용 된 것의 절반 두께의 용기에 배치 된 경우, 헬륨-네온 레이저에서 나온 빛이 샘플을 통과 할 때 전자 광도계가 얼마나 마킹할지 알려주십시오.
두께가 절반으로 감소하면 광학 두께에 비례하는 흡광도가 절반으로 감소합니다. 즉, A = 0.28입니다. 투과율 T는 다음 관계로 주어집니다.
T = 10-A = 10 ^ (-0.28) = 0.53
전기 광도계는 0.53 * 30 mV = 15.74 mV를 읽습니다.
해결 된 운동
연습 1
우리는 용액에있는 특정 독점 화합물의 몰 흡수율을 결정하려고합니다. 이를 위해 용액은 589nm 나트륨 램프의 빛으로 조명됩니다. 샘플은 1.50cm 두께의 샘플 홀더에 배치됩니다.
시작점은 리터당 4.00 × 10 ^ -4 몰 농도의 용액이며 투과율이 측정되어 0.06이됩니다. 이 데이터를 사용하여 샘플의 몰 흡수율을 결정합니다.
해결책
먼저, 투과율의 10을 밑으로하는 최소 로그로 정의되는 흡광도가 결정됩니다.
A =-로그 (T)
A =-로그 (0.06) = 1.22
그런 다음 흡광도, 몰 흡수율, 농도 및 광학 길이 사이의 관계를 설정하는 Lambert-Beer 법칙이 사용됩니다.
A = ε⋅C⋅d
몰 흡수율을 구하면 다음 관계가 얻어집니다.
ε = A / (C⋅d)
주어진 값을 대체하면 다음과 같습니다.
ε = 1.22 / (4.00 × 10 ^ -4 M⋅1.5 cm) = 2030 (M⋅cm) ^-1
위의 결과는 유효 숫자 3 자리로 반올림되었습니다.
연습 2
연습 1에서 샘플의 몰 흡수율 측정의 정확도를 높이고 오류를 결정하기 위해 샘플을 농도의 절반으로 연속 희석하고 각 경우에 투과율을 측정합니다.
Co = 4 × 10 ^ -4 M (투과율 T = 0.06)에서 시작하여 투과율에서 계산 된 투과율 및 흡광도에 대해 다음 데이터 시퀀스를 얻습니다.
공동 / 1–> 0.06–> 1.22
공동 / 2–> 0.25–> 0.60
공동 / 4–> 0.50–> 0.30
공동 / 8–> 0.71–> 0.15
공동 / 16–> 0.83–> 0.08
공동 / 32–> 0.93–> 0.03
공동 / 64–> 0.95–> 0.02
공동 / 128–> 0.98–> 0.01
공동 / 256–> 0.99–> 0.00
이러한 데이터로 다음을 수행하십시오.
a) 농도에 따른 흡광도 그래프.
b) 데이터의 선형 피팅 및 기울기를 찾습니다.
c) 구한 기울기에서 몰 흡수율을 계산합니다.
해결책
그림 3. 흡광도 대 농도. 출처 : F. Zapata.
얻어진 기울기는 몰 흡수율과 광학 거리의 곱이므로 기울기를 길이 1.5cm로 나누면 몰 흡수율을 얻을 수 있습니다.
ε = 3049 / 1.50 = 2033 (M⋅cm) ^-1
연습 3
연습 2의 데이터로
a) 각 데이터의 흡수율을 계산합니다.
b) 몰 흡수율, 표준 편차 및 평균과 관련된 통계 오류에 대한 평균값을 결정합니다.
해결책
몰 흡수율은 테스트 된 각 농도에 대해 계산됩니다. 조명 조건과 광학 거리는 고정되어 있습니다.
몰 흡수율에 대한 결과는 다음과 같습니다.
2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1,872, 1862 (1 / (M * cm) 단위).
이 결과에서 평균값을 얻을 수 있습니다.
<ε> = 1998 (M * cm) ^-1
표준 편차 : 184 (M * cm) ^-1
평균 오차는 표준 편차를 데이터 수의 제곱근으로 나눈 값입니다. 즉,
Δ <ε> = 184/9 ^ 0.5 = 60 (M * cm) ^-1
마지막으로, 특허 물질은 나트륨 램프에 의해 생성 된 주파수 589 nm에서 다음과 같은 몰 흡수율을 갖는다는 결론을 내 렸습니다.
<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^-1
참고 문헌
- Atkins, P. 1999. 물리 화학. 오메가 에디션. 460-462.
- 가이드. 투과율 및 흡광도. 출처 : quimica.laguia2000.com
- 환경 독성학. 투과율, 흡광도 및 Lambert의 법칙. 복구 위치 : repositorio.innovacionumh.es
- 육체적 모험. 흡광도 및 투과율. 출처 : rpfisica.blogspot.com
- 분광 광도법. 출처 : chem.libretexts.org
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- Wikipedia. 흡광도 출처 : wikipedia.com
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