- Mikä on läpäisevyys?
- Valon imeytyminen väliaineeseen
- Valon imeytymisen molekyyliteoria
- Tekijät, joista läpäisykyky riippuu
- Harjoitus ratkaistu
- Harjoitus 1
- Vastaa
- Viitteet
Läpäisevyys optiikka on suhde kehittyvien valon intensiteetin ja valon intensiteetti osuu näytteen läpikuultava liuos, joka on valaistu monokromaattista valoa.
Fyysistä valon kuljettamista näytteen läpi kutsutaan valonläpäiseväksi ja läpäisykyky on valonläpäisyn mitta. Läpäisevyys on tärkeä arvo määritettäessä muun muassa näytteen konsentraatio, joka on yleensä liuennut liuottimeen, kuten veteen tai alkoholiin.
Kuva 1. Kokoonpano läpäisykyvyn mittaamiseksi. Lähde: F. Zapata.
Elektrofotometri mittaa virran, joka on verrannollinen sen pintaan kuuluvan valon voimakkuuteen. Läpäisevyyden laskemiseksi yleensä mitataan ensin pelkästään liuotinta vastaava intensiteettisignaali ja tämä tulos kirjataan Io: na.
Sitten liuotettu näyte asetetaan liuottimeen samoissa valaistusolosuhteissa ja elektrofotometrillä mitattu signaali merkitään I: llä, sitten läpäisykyky lasketaan seuraavan kaavan mukaan:
T = I / I tai
On huomattava, että läpäisykyky on mitaton määrä, koska se on näytteen valovoiman mitta suhteessa liuottimen läpäisyn voimakkuuteen.
Mikä on läpäisevyys?
Valon imeytyminen väliaineeseen
Kun valo kulkee näytteen läpi, molekyylit absorboivat osan valon energiasta. Läpäisykyky on molekyylin tai atomin tasolla tapahtuvan ilmiön makroskooppinen mitta.
Valo on sähkömagneettinen aalto, ja se kuljettaa energiaa aallon sähkö- ja magneettikentässä. Nämä värähtelevät kentät ovat vuorovaikutuksessa aineen molekyylien kanssa.
Aallon kuljettama energia riippuu sen taajuudesta. Monokromaattisella valolla on yksi taajuus, kun taas valkoisella valolla on taajuusalue tai -spektri.
Kaikki sähkömagneettisen aallon taajuudet kulkevat tyhjössä samalla nopeudella 300 000 km / s. Jos merkitsemme c: llä valon nopeutta tyhjiössä, suhde taajuuden f ja aallonpituuden λ välillä on:
c = Xf
Koska c on vakio, kukin taajuus vastaa sitä vastaavaa aallonpituutta.
Aineen läpäisevyyden mittaamiseen käytetään näkyvän sähkömagneettisen spektrin (380 nm - 780 nm), ultraviolettialueen (180-380 nm) ja infrapuna-alueen (780 nm - 5600 nm) alueita.
Valon etenemisnopeus aineellisessa väliaineessa riippuu taajuudesta ja on pienempi kuin c. Tämä selittää hajonnan prismassa, jolla valkoisen valon muodostavat taajuudet voidaan erottaa.
Valon imeytymisen molekyyliteoria
Nämä siirtymät ymmärretään parhaiten kuvassa 2 esitetyllä molekyylienergiakaaviolla:
Kuva 2. Molekyylienergian kaavio. Lähde: F. Zapata.
Kaaviossa vaakasuorat viivat edustavat erilaisia molekyylienergian tasoja. Linja E0 on perustavanlaatuinen tai alempi energiataso. Tasot E1 ja E2 ovat innostuneita korkeamman energian tasoja. E0, E1, E2-tasot vastaavat molekyylin elektronisia tiloja.
Ylemmät tasot 1, 2, 3, 4 kussakin elektronisessa tasossa vastaavat kutakin elektronista tasoa vastaavia eri värähtelytiloja. Jokaisella näistä tasoista on hienompia alajakoja, joiden ei näytetä vastaavan kussakin värähtelytasossa liittyviä pyörimistiloja.
Kaavio näyttää pystysuorat nuolet, jotka edustavat fotonien energiaa infrapuna-, näkyvällä ja ultraviolettialueella. Kuten voidaan nähdä, infrapunafotoneilla ei ole tarpeeksi energiaa elektronisten siirtymien edistämiseksi, kun taas näkyvä ja ultraviolettisäteily tekevät.
Kun monokromaattisen säteen tulevat fotonit osuvat energiassa (tai taajuudessa) molekyyli-energiatilojen välisen energiaeron kanssa, fotonien absorptio tapahtuu.
Tekijät, joista läpäisykyky riippuu
Edellisessä osassa sanotun mukaan läpäisykyky riippuu sitten useista tekijöistä, joista voimme mainita muun muassa:
1- Näytön valaistustaajuus.
2 - Analysoitavien molekyylien tyyppi.
3 - liuoksen konsentraatio.
4- Valonsäteen kulkeman reitin pituus.
Koetiedot osoittavat, että läpäisykyky T laskee eksponentiaalisesti pitoisuuden C ja optisen reitin pituuden L kanssa:
T = 10 -⋅C⋅L
Yllä olevassa lausekkeessa a on vakio, joka riippuu aineen esiintymistiheydestä ja tyypistä.
Harjoitus ratkaistu
Harjoitus 1
Tietyn aineen standardinäytteen pitoisuus on 150 mikromoolia litrassa (μM). Kun sen läpäisykyky mitataan 525 nm: n valolla, saadaan läpäisykyky 0,4.
Toisen saman aineen näytteen, jonka pitoisuutta ei tunneta, läpäisykyky on 0,5, kun se mitataan samalla taajuudella ja samalla optisella paksuudella.
Laske toisen näytteen pitoisuus.
Vastaa
Läpäisykyky T hajoaa eksponentiaalisesti pitoisuuden C kanssa:
T = 10 -b⋅L
Jos edellisen tasa-arvon logaritmi otetaan, se pysyy:
log T = -b⋅C
Jakamalla jäsen jäseneksi aikaisempi tasa-arvo, jota sovellettiin kuhunkin näytteeseen, ja ratkaisu tuntemattomaan pitoisuuteen säilyy:
C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)
C2 = 150μM⋅ (log 0,5 / log 0,4) = 150μM⋅ (-0,3010 / -0,3979) = 113,5μM
Viitteet
- Atkins, P. 1999. Fysikaalinen kemia. Omega-lehdet. 460-462.
- Opas. Läpäisevyys ja absorbanssi. Palautettu osoitteesta: quimica.laguia2000.com
- Ympäristömyrkyllisyys. Läpäisevyys, absorbanssi ja Lambertin laki. Palautettu: repositorio.innovacionumh.es
- Fyysinen seikkailu. Imeytyvyys ja läpäisevyys. Palautettu osoitteesta: rpfisica.blogspot.com
- Spectophotometry. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
- Ympäristömyrkyllisyys. Läpäisevyys, absorbanssi ja Lambertin laki. Palautettu: repositorio.innovacionumh.es
- Wikipedia. Läpäisykyky. Palautettu osoitteesta: wikipedia.com
- Wikipedia. Spektrofotometrialla. Palautettu osoitteesta: wikipedia.com