Fundamentos teóricos para determinar a densidade óptica de uma solução

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 17:54

Qualquer partícula, seja uma molécula, um átomo ou um íon, como resultado da absorção de um quantum de luz, passa para um estado de energia de nível superior. Na maioria das vezes, ocorre a transição do estado fundamental para o estado excitado. Isso faz com que certas bandas de absorção apareçam nos espectros.

A absorção da radiação leva ao fato de que, ao passar por uma substância, a intensidade dessa radiação diminui com o aumento do número de partículas de uma substância com certa densidade óptica. Este método de pesquisa foi proposto por V. M. Severgin em 1795.

Este método é mais adequado para reações onde o analito é capaz de se transformar em um composto colorido, o que causa uma mudança na cor da solução de teste. Medindo sua absorção de luz ou comparando a cor com uma solução de concentração conhecida, é fácil encontrar a porcentagem da substância na solução.

Lei básica da absorção de luz

A essência da determinação fotométrica são dois processos:

• transferência do analito paracomposto absorvente;
• medição da intensidade de absorção dessas mesmas vibrações por uma solução da substância de teste.

Mudanças na intensidade da luz que passa pelo material absorvedor de luz também serão causadas pela perda de luz devido à reflexão e dispersão. Para tornar o resultado confiável, são realizados estudos paralelos para medir os parâmetros na mesma espessura de camada, em cubetas idênticas, com o mesmo solvente. Assim, a diminuição da intensidade da luz depende principalmente da concentração da solução.

A diminuição da intensidade da luz que passa pela solução é caracterizada pelo coeficiente de transmissão de luz (também chamado de transmissão) T:

Т=I / I_{0, onde:}

• I - intensidade da luz que passa pela substância;
• I_{0 - intensidade do feixe de luz incidente.}

Assim, a transmissão mostra a proporção do fluxo de luz não absorvido que passa pela solução em estudo. O algoritmo do valor de transmissão inversa é chamado de densidade óptica da solução (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 /I).}

Esta equação mostra quais parâmetros são os principais para pesquisa. Estes incluem o comprimento de onda da luz, a espessura da cubeta, a concentração da solução e a densidade óptica.

Lei Bouguer-Lambert-Beer

É uma expressão matemática que mostra a dependência da diminuição da intensidade de um fluxo de luz monocromática da concentraçãoabsorvente e a espessura da camada líquida por onde passa:

I=I₀10^{-ε·С·ι, onde:}

• ε - coeficiente de absorção de luz;
• С - concentração de uma substância, mol/l;
• ι - espessura da camada da solução analisada, veja

Após a transformação, esta fórmula pode ser escrita: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

A essência da lei é a seguinte: diferentes soluções do mesmo composto em igual concentração e espessura de camada na cubeta absorvem a mesma parte da luz que incide sobre elas.

Pegando o logaritmo da última equação, você pode obter a fórmula: D=εCι.

Obviamente, a densidade óptica depende diretamente da concentração da solução e da espessura de sua camada. O significado físico do coeficiente de absorção molar torna-se claro. É igual a D para uma solução um molar e com uma espessura de camada de 1 cm.

Restrições à aplicação da lei

Esta seção inclui os seguintes itens:

1. É válido apenas para luz monocromática.
2. O coeficiente ε está relacionado ao índice de refração do meio, especialmente fortes desvios da lei podem ser observados ao analisar soluções altamente concentradas.
3. A temperatura ao medir a densidade óptica deve ser constante (dentro de alguns graus).
4. O feixe de luz deve ser paralelo.
5. O pH do meio deve ser constante.
6. A lei se aplica a substânciascujos centros de absorção de luz são partículas do mesmo tipo.

Métodos para determinar a concentração

Vale a pena considerar o método da curva de calibração. Para construí-lo, prepare uma série de soluções (5-10) com diferentes concentrações da substância de teste e meça sua densidade óptica. De acordo com os valores obtidos, é traçado um gráfico de D versus concentração. O gráfico é uma linha reta a partir da origem. Ele permite que você determine facilmente a concentração de uma substância a partir dos resultados das medições.

Há também um método de adição. É usado com menos frequência que o anterior, mas permite analisar soluções de composição complexa, pois leva em consideração a influência de componentes adicionais. Sua essência é determinar a densidade óptica do meio D_x, contendo o analito de concentração desconhecida С_x, com análise repetida da mesma solução, mas com a adição de uma certa quantidade do componente de teste (С_st). O valor de C_{x é encontrado usando cálculos ou gráficos.}

Condições de pesquisa

Para que os estudos fotométricos forneçam um resultado confiável, várias condições devem ser atendidas:

• reação deve terminar de forma rápida e completa, seletiva e reprodutível;
• a cor da substância resultante deve ser estável ao longo do tempo e não mudar sob a ação da luz;
• a substância de teste é retirada em quantidade suficiente para convertê-la em uma forma analítica;
• medidasdensidade óptica é realizada na faixa de comprimento de onda em que a diferença na absorção dos reagentes iniciais e da solução analisada é maior;
• absorção de luz da solução de referência é considerada zero óptico.