- Mi az átjárhatóság?
- A fény abszorpciója egy közegben
- A fényelnyelés molekuláris elmélete
- Tényezők, amelyektől az áteresztőképesség függ
- A feladat megoldódott
- 1. Feladat
- Válasz
- Irodalom
Az áteresztőképesség- optika a monokromatikus fénnyel megvilágított áttetsző oldat mintáján megjelenő fényintenzitás és a fényintenzitás aránya.
A fény áthaladásának a mintán keresztül történő fizikai folyamatát fényáteresztésnek nevezzük, az átbocsátóképesség pedig a fényátbocsátás mértékét. A transzmittancia fontos érték annak meghatározására, hogy egy minta koncentrációja általában oldódik-e például oldószerben, például vízben vagy alkoholban.
1. ábra Szerelvény transzmittancia mérésére. Forrás: F. Zapata.
Az elektrofotométer a felületén eső fényintenzitással arányos áramot méri. Az áteresztőképesség kiszámításához először általában csak az oldószernek megfelelő intenzitásjelet mérik, és ezt az eredményt Io-ként kell rögzíteni.
Ezután az oldott mintát az oldószerbe helyezzük ugyanolyan megvilágítási körülmények között, és az elektrofotométerrel mért jelet I-vel jelöljük, majd az áteresztőképességet a következő képlet szerint számoljuk ki:
T = I / I vagy
Meg kell jegyezni, hogy az áteresztőképesség dimenzió nélküli mennyiség, mivel a minta fényintenzitásának mértéke az oldószer átjutásának intenzitása szempontjából.
Mi az átjárhatóság?
A fény abszorpciója egy közegben
Amikor a fény áthalad a mintán, a fényenergia egy részét elnyelik a molekulák. Az áteresztőképesség a jelenség molekuláris vagy atomi szinten fellépő makroszkopikus mérése.
A fény egy elektromágneses hullám, az általa hordozott energia a hullám elektromos és mágneses mezőjében van. Ezek az oszcilláló mezők kölcsönhatásba lépnek egy anyag molekuláival.
A hullám által hordozott energia függ a frekvenciájától. A monokróm fény egyetlen frekvenciájú, míg a fehér fény frekvenciatartományban vagy spektrumban van.
Az elektromágneses hullám minden frekvenciája vákuumban halad 30000 km / s sebességgel. Ha c jelöljük a fénysebességet vákuumban, akkor az f frekvencia és a λ hullámhossz közötti kapcsolat:
c = λ⋅f
Mivel c állandó, minden frekvencia megfelel a vonatkozó hullámhossznak.
Az anyag transzmittanciájának mérésére a látható elektromágneses spektrum (380–780 nm), az ultraibolya tartomány (180–380 nm) és az infravörös tartomány (780–500 nm) tartományait használjuk.
A fény terjedésének sebessége az anyagi közegben a frekvenciától függ és kevesebb, mint c. Ez magyarázza a szóródást egy prizmában, amellyel el lehet választani a fehér fényt alkotó frekvenciákat.
A fényelnyelés molekuláris elmélete
Ezeket az átmeneteket a legjobban meg lehet érteni a 2. ábrán bemutatott molekuláris energia diagram segítségével:
2. ábra. Molekuláris energia diagram. Forrás: F. Zapata.
A diagramban a vízszintes vonalak különböző molekuláris energiaszinteket mutatnak. Az E0 vonal alapvető vagy alacsonyabb energiaszint. Az E1 és E2 szintek a magasabb energia gerjesztett szintjei. Az E0, E1, E2 szintek megfelelnek a molekula elektronikus állapotának.
Az egyes elektronikus szinteken belüli 1, 2, 3, 4 alszintek megfelelnek az egyes elektronikus szinteknek megfelelő különböző rezgési állapotoknak. Ezen szintek mindegyike finomabb felosztású, amelyekről nem látható, hogy azok megfelelnek az egyes vibrációs szintekhez társított forgási állapotoknak.
A diagram függőleges nyilakat mutat be a fotonok energiájáért az infravörös, a látható és az ultraibolya tartományban. Mint látható, az infravörös fotonok nem rendelkeznek elegendő energiával az elektronikus átmenetek előmozdításához, míg a látható és az ultraibolya sugárzás.
Ha a monokromatikus sugárzás fotonjai egybeesnek az energiában (vagy a frekvenciában) a molekuláris energiaállapotok közötti energiakülönbséggel, akkor a fotonok abszorpciója következik be.
Tényezők, amelyektől az áteresztőképesség függ
Az előző szakaszban elmondottak szerint az áteresztőképesség több tényezőtől is függ, amelyek között megnevezhetjük:
1- A minta megvilágításának frekvenciája.
2- A vizsgált molekulák típusa.
3- Az oldat koncentrációja.
4- A fénysugár által megtett út hossza.
A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a T átviteli képesség exponenciálisan csökken a C koncentrációval és az optikai út L hosszával:
T = 10 -a⋅C⋅L
A fenti fenti kifejezésben az a állandó, amely az anyag gyakoriságától és típusától függ.
A feladat megoldódott
1. Feladat
Egy adott anyag standard mintájának koncentrációja 150 mikromól / liter (μM). Ha az áteresztőképességet 525 nm fénnyel mérik, akkor 0,4 áteresztőképességet kapnak.
Ugyanazon anyag egy másik, de ismeretlen koncentrációjú mintájának áteresztőképessége 0,5, ha ugyanazon a frekvencián és azonos optikai vastagsággal mérik.
Számítsa ki a második minta koncentrációját.
Válasz
A T átadási képesség exponenciálisan csökken a C koncentrációval:
T = 10 -b⋅L
Ha figyelembe vesszük az előző egyenlőség logaritmusát, akkor az így marad:
log T = -b⋅C
A tagot tagokkal megosztva az egyes mintákra alkalmazott korábbi egyenlőség és az ismeretlen koncentráció megoldása továbbra is fennáll:
C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)
C2 = 150μM⋅ (log 0,5 / log 0,4) = 150μM⋅ (-0,3010 / -0,3979) = 113,5μM
Irodalom
- Atkins, P. 1999. Fizikai kémia. Omega kiadások. 460-462.
- Az útmutató. Átbocsátó képesség és abszorbancia. Helyreállítva: quimica.laguia2000.com
- Környezeti toxikológia. Transzmittancia, abszorbancia és Lambert törvénye. Helyreállítva: repositorio.innovacionumh.es
- Fizikai kaland. Abszorbancia és áteresztőképesség. Helyreállítva: rpfisica.blogspot.com
- Spectophotometry. Helyreállítva: chem.libretexts.org
- Környezeti toxikológia. Transzmittancia, abszorbancia és Lambert törvénye. Helyreállítva: repositorio.innovacionumh.es
- Wikipedia. Átlátszósága. Helyreállítva: wikipedia.com
- Wikipedia. Spektrofotometria. Helyreállítva: wikipedia.com