Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Wydział wojskowo lekarski

zajęcia laboratoryjne z biofizyki

Piotr

Kowalski

grupa iV

zespół nr 7

DATA: 12.10.2005 r.

TEMAT: KOLORYMETRYCZNE POMIARY STĘŻEŃ ROZTWORÓW.

1. FOTOMETRIA- dział optyki zajmujący się pomiarami światłości (natężenia), jasności, natężenia oświetlenia oraz strumieniami światła za pomocą przyrządów zwanych fotometrami. Dzieli się na fotometrię: energetyczną (zajmującą się całym zakresem widm) i wizualną (zajmującą się zakresem widzialnym, czyli zakresem, na który reaguje ludzkie oko).

2. Wielkości fotomeryczne:

W fotomerii wizualnej wielkościami charakteryzującymi dane źródło światła są:

1. światłość źródła światła(I) w danym kierunku

2. strumień światła(
   ) wysłany ze źródła w określony kąt bryłowy

Jednostką światłości źródła światła jest kandela (cd).Kandela jest to światłość jaką ma w kierunku prostopadłym powierzchnia 1/600000 m² ciała doskonale czarnego w temperaturze krzepnięcia platyny i pod cisnieniem1013.25 Pa (1 atm).

Światłość źródła czyli natężenie źródła światła (I) jest to ilość energii promieniowanej przez izotropowe źródło w ciągu jednostki czasu w kąt bryłowy (
) równy jednemu steradianowi.

=

gdzie:
- część powierzchni kuli rozpięta na kącie bryłowym

r - promień kuli

- kąt bryłowy (pełny kąt bryłowy 4π steradianów)

Steradian jest to kąt bryłowy stożka wycinającego z kuli o promieniu r = 1m pole 1m²

Strumień świetlny
wysłany w kąt bryłowy
przez izotropowe źródło punktowe o światłości I jest wyrażone wzorem:

= I

Jednostką strumienia świetlnego jest lumen (lm).

Jest to strumień wysłany przez źródło światła o światłości 1cd w kąt bryłowy 1sr ( dla pełnego kąta bryłowego, gdy źródło o światłości I jest punktowe i izotropowe, strumień świetlny = 4πI.

Natężenie oświetlenia (E) - jest to wielkość fizyczna równa stosunkowi strumienia świetlnego
padającego prostopadle na dowolną powierzchnię do wartości pola tej powierzchni
:

E =

Jednostką natężenia oświetlenia jest luks (lx).

Luks jest natężeniem oświetlenia danej powierzchni, gdy na 1m² tej powierzchni pada prostopadle strumień światła równy jednemu lumenowi:

1 lx =

3. Rodzaje widm i ich powstawanie:

Widmo optyczne - obraz uzyskany w wyniku rozłożenia światła niemonochromatycznego na składowe o różnych długościach fali za pomocą np. siatki dyfrakcyjnej, pryzmatu.

Rodzaje widm:

• emisyjne (widmo światła emitowanego przez daną substancję)

• absorpcyjne(widmo światła przechodzącego przez substancję pochłaniającą fale o określonych długościach)

• liniowe( w postaci barwnych prążków na ciemnym tle- w przypadku widma emisyjnego lub ciemnych prążków na barwnym tle- w przypadku widma absorpcyjnego) widmo charakteryzujące atomy pierwiastka emitującego ( pochłaniającego)

• pasmowe(widmo charakteryzujące cząsteczki związku chemicznego)

• ciągłe(widmo promieniowania rozżarzonych ciał stałych oraz gazów i par pod dużym ciśnieniem

Widma fal elektromagnetycznych:

• promieniowanie γ (λ<10^-11m) jest emitowane podczas reakcji jądrowych lub rozpadów promieniotwórczych,

• promieniowanie rentgenowskie (X) (10^-12-10^-8m) wytwarzane jest za pomocą specjalnych lamp a w przyrodzie jego źródłem są gwiazdy,

• nadfiolet (UV) (10^-8-3,8*10^-7m) jego źródłem w przyrodzie jest Słońce,

• światło widzialne (VIS) (3.8*10^-7m-7.6*10^-7m),

• podczerwień (IR) (7,6*10^-7-10^-3m) jest to promieniowanie cieplne, którego źródłem są wszystkie promienniki ciepła np. piloty RTV

• mikrofale i fale radiowe (10^-3-10^-6m) ich źródłem są obwody drgające.

4. Widma absorpcyjne:

Absorpcja - polega na pochłanianiu danej substancji w całej objętości ciała absorbującego.

Widmo absorpcyjne- stanowi wykres absorbancji w funkcji długości fali danej próbki, która może występować w postaci gazu, cieczy, roztworu czy ciała stałego.

5. Prawo Lamberta - Beera. Transmisja i ekstynkcja.

Zjawisko absorpcji światła monochromatycznego ( Prawo Lamberta)

I = I_o exp ( -αl )

gdzie: I - natężenie promieniowania wychodzącego z kuwety

I_o - natężenie promieniowania padającego na kuwetę

α - współczynnik absorpcji

l - grubość warstwy

Jeśli próbka jest roztworem wówczas α jest zgodne z prawem Beera:

α = εc

gdzie: ε - współczynnik ekstynkcji

c - stężenie substancji

Prawo Lamberta-Beera - głosi, że zależność między wielkością absorpcji (ekstynkcji) A światła pochłanianego przez roztwór o stężeniu substancji absorbującej c stanowiący warstwę o grubości l dana jest wyrażeniem:

A = ε c l

Gdzie: ε - oznacza molowy współczynnik absorpcji, charakterystyczny dla danej substancji przy danej długości fali absorbowanego światła,

c - stężenie próbki

l - grubość warstwy

Absorbancja - A jest to bezwymiarowa wartość absorpcji.

A = ln ( I_o/I )

Transmisja - jest to stosunek natężenia promienia przepuszczanego I przez daną substancję do natężenia promienia padającego I_o.

T = I/I_o lub T = I/I₀ ∙ 100%

Między absorbancją a transmitacją istnieje zależność określana jako tzw. absorbancja naturalna, która jest logarytmem odwrotności transmisji.

A = ln ( 1/T )

Gdy w roztworze badanym znajduje się ta sama substancja o różnym stężeniu i gdy pomiar absorpcji prowadzony jest w tym samym naczyniu (kuwecie) o grubości warstwy l, wtedy absorpcja A jest tylko funkcją stężenia badanego roztworu, przy użyciu określonej długości fali światła padającego:

A = f(c)

Korzystając z tego można wykreślić krzywą wzorcową. Na podstawie danych umieszczonych w układzie współrzędnym można zauważyć, że krzywa w znacznym zakresie jest linią prostą.

Po sporządzeniu wykresu krzywej wzorcowej mierzy się absorpcję (transmisję) analizowanego roztworu i odczytuje z wykresu stężenie szukanej substancji.

6. Barwy ciał.

Barwa prosta to wrażenie wzrokowe wywołane falą elektromagnetyczną o konkretnej długości z przedziału fal widzialnych czyli ok. 380 nm - ok. 760 nm. Z barw prostych składa się np. tęcza. Barwy proste to stopniowo zmieniające się barwy od fioletu poprzez indygo, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony aż do purpury. Zakłada się, że skrajna purpura jest takim samym kolorem jak skrajny fiolet. Barwy proste są nierozszczepialne i stanowią w postaci mieszanin wszystkie pozostałe kolory widziane przez człowieka. Te pozostałe barwy to barwy złożone.

kolor	długość fali nm (10^-9m)
czerwony	625-740
pomarańczowy	590-625
żółty	565-590
zielony	520-565
cyjan	500-520
niebieski	450-500
indygo	430-450
fioletowy	380-430

---