Sprawozdanie z ćwiczenia nr 2 Data wykonania ćwiczenia: 28.11.2011

Data oddania sprawozdania:12.12.2011

Tytuł ćwiczenia:

Wyznaczanie widma absorpcji barwników organicznych (spektrofotometria) prawo Lamberta-Beera

Wykonujący ćwiczenie: Sagan Paweł

Wstęp

Spektrofotometria to technika spektroskopowa polegająca na ilościowym pomiarze absorpcji, emisji lub odbicia światła. W technikach spektrofotometrycznych mierzy się, a także porównuje z wzorcem intensywność światła dla poszczególnych częstotliwości (lub długości fali) widma spektroskopowego, natomiast w pozostałych technikach spektroskopowych pomiar intensywności światła na ogół ma drugorzędne znaczenie, a bardziej istotne jest występowanie i kształt sygnałów w widmach. Pomiary spektrofotometryczne można wykonywać w całym obszarze widma świetlnego.

Absorpcja światła jest to zmiana części energii świetlnej na energię ośrodka w wyniku przejścia światła przez ten ośrodek. Jest to stała wartość. Miarą zdolności ośrodka do absorpcji światła jest współczynnik absorpcji światła. Jest on zależny od długości fali i właściwości ośrodka. Prawo Lamberta-Beera opisuje pochłanianie promieniowania elektromagnetycznego przy przechodzeniu przez częściowo absorbujący i rozpraszający ośrodek. Prawo to głosi, że stopień atenuacji (uwzględniającej absorpcję oraz rozpraszanie) światła jest proporcjonalny do grubości warstwy i jej własności optycznych. Jeśli współczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest równy zero, to absorpcja wiązki promieniowania monochromatycznego przechodzącego przez jednorodny roztwór jest wprost proporcjonalna do stężenia roztworu (c) i do grubości warstwy absorbującej (d).

I = I₀e^−Acd

Ekstynkcja jest to wielkość fotometryczna opisująca osłabienie strumienia promieniowania monochromatycznego przechodzącego przez ośrodek. Jest wyznaczona za pomocą spektrofotometrów.

E=Acd

Widmo absorpcji danej substancji jest to zależność ekstynkcji do długości fali. Powstaje podczas przechodzenia promieniowania elektromagnetycznego przez chłonny ośrodek absorbujący promieniowanie o określonych długościach. Do badań wykorzystuje się tu zjawisko elektrochromizmu, które polega na przesuwaniu się widma absorpcji substancji poddanych działaniu pola elektrycznego. Przesuwanie zależy proporcjonalnie od natężenia pola.

Spektrofotometr służy do pomiarów ekstynkcji rozcieńczonych roztworów barwników absorpcyjnych światła. Składa się z :

1. Układu źródła światła

   1. Lampa

   2. Zasilacz

   3. Wąska szczelina

   4. Układ soczewek formujących równoległą wiązkę światła

2. Monochromatora

3. Układu rejestracji fotoprądu

   1. Fotokomórka lub fotorezystor

   2. Miernik wycechowany w jednostkach ekstynkcji i transmisji

Zadaniem monochromatora jest rozszczepienie promieniowania polichromatycznego emitowanego przez źródło promieniowania i wyodrębnienie wąskiego zakresu długości fali. Zbudowany jest z kolimatorów (układów przesłon służących do uzyskania równoległej wiązki promieniowania) na wejściu i wyjściu oraz pryzmatu lub siatki dyfrakcyjnej zastosowanych do rozszczepienia światła. Po przejściu przez monochromator promieniowanie pada na odpowiednio wąską szczelinę wyodrębniającą pożądany zakres promieniowania;

Wykonanie ćwiczenia

Przed wykonaniem ćwiczenia należało włączyć spektrofotometr, aby przez 20 min ustabilizować źródło światła. Przygotowane zostały w tym czasie roztwory indygo o stężeniach:

• 1mM

• 0,8mM

• 0,6mM

• 0,4mM

• 0,2mM

• 0,05mM

Po odczekaniu ok. 20 min wyznaczone zostało widmo absorpcji 1mM roztworu indygo w zakresie od 400nm do 700nm. Poczym wyznaczona została wartość fali najmocniej pochłanianej przez indygo z prawa Lamberta-Beera. Na koniec została zmierzona ekstynkcja dla pozostałych roztworów oraz dla roztworu C_x.

Obserwacje

L.p	Długość fali[nm]	Absorbancja
1.	400	0,126
2.	410	0,112
3.	420	0,113
4.	430	0,114
5.	440	0,091
6.	450	0,088
7.	460	0,089
8.	470	0,083
9.	480	0,083
10.	490	0,089
11.	500	0,092
12.	510	0,119
13.	520	0,143
14.	530	0,184
15.	540	0,231
16.	550	0,305
17.	560	0,363
18.	570	0,438
19.	580	0,510
20.	590	0,590
21.	600	0,670
22.	610	0,709
23.	620	0,678
24.	630	0,582
25.	640	0,425
26.	650	0,296
27.	660	0,166
28.	670	0,095
29.	680	0,057
30.	690	0,033
31.	700	0,028

0,8mM

1mM 0,8

0,8mM

0mM 0,2

0,8 * 5 ml= 4ml indygo

0,2 * 5 ml= 1ml H₂O (dest.)

0,6mM

1mM 0,6

0,6 mM

0mM 0,4

0,6 * 5 ml= 3ml indygo

0,4 * 5ml= 2ml H₂O (dest.)

0,4 mM

1mM 0,4

0,4mM

0mM 0,6

0,4 * 5ml = 2ml indygo

0,6 * 5ml = 3 ml H₂O (dest.)

0,2 mM

1mM 0,2

0,2mM

0mM 0,8

0,2 * 5ml =1ml indygo

0,8 * 5ml = 4 ml H₂O (dest.)

0,05mM

1mM 0,05

0,05mM

0mM 0,95

0,05 * 5ml = 0,25 ml indygo

0,95 * 5ml = 4,75 ml H₂O (dest.)

Ekstynkcja indygo 0,8mM:

1. 0,508

2. 0,509

3. 0,507

Ekstynkcja indygo 0,6mM:

1. 0,385

2. 0,385

3. 0,386

Ekstynkcja indygo 0,4mM:

1. 0,218

2. 0,218

3. 0,217

Ekstynkcja indygo 0,2mM:

1. 0,120

2. 0,120

3. 0,123

Ekstynkcja indygo 0,05mM:

1. 0,026

2. 0,022

3. 0,021

Ekstynkcja indygo Cx:

1. 0,154

2. 0,155

3. 0,155

Posługując się prostą kalibracyjną można wyznaczyć nieznane stężenie Cx, którego ekstynkcja dla fali najmocniej pochłanianej przez ten barwnik- fali 610 nm wynosi 0,155.

y= 0,614x +0,0088

$$x = \frac{y - 0,0088}{0,614}$$

$$Cx = \frac{0,154 - 0,0088}{0,614} = 0,236$$

Wnioski

Stężenie roztworu Cx w przybliżeniu wynosi 0,24 mM. Długość najmocniej pochłanianej fali wynosiła 610nm. Przez wykonane doświadczenie potwierdziło prawo Lamberta-Beera według którego wraz ze wzrostem stężenia roztworu rośnie ekstynkcja.