Pomiar widma absorpcji stężenia ryboflawiny w roztworach wodnych za pomocą spektrofotometru.

Wstęp

Oddziaływanie fal elektromotorycznych na materię obserwuje się zazwyczaj jako zjawiska załamania, odbicia, pochłaniania i rozproszenia.

Światło ulega osłabieniu podczas przejścia przez substancję. Jeżeli strumień świetlny o natężeniu I₀ pada na substancje, to część energii może ulec odbiciu (I₁), rozproszeniu (I₂) i absorpcji (I₃), a pozostała ilość energii przechodzi (I).

I₀ = I₁ + I₂ + I₃ +I

Zazwyczaj zjawiska odbicia, rozproszenia i absorpcji występuję jednocześnie. Jeżeli jednak I₁ + I₂ << I₃ to możemy mówić, że za­chodzi tylko, zjawisko absorpcji światła.

Zmiana natężenia światła -dI przy przejściu przez warstwę o dowolnie małej grubości dl w roztworze, w którym stężeniu substancji pochłaniającej wynosi c, wyraża się wzorem:

-dt = μ c I dl

gdzie μ jest współczynnikiem absorpcji. Z tego równania można wyliczyć natężenie światła przechodzącego.

I = I₀ e ^-μcl

Jest to prawo Lamberta-Beera, które mówi, że natężenie światła przechodzącego przez roztwór substancji absorbującej zależy od natężenia światła padającego, stężenia i grubości warstwy roztworu oraz od współczynnika absorpcji. Współczynnik absorpcji jest wielkością charakteryzującą właściwości absorpcyjne substancji.

lg
μc lg e

Wprowadzając oznaczenie

lg
E i μ lg e =ε

można napisać:

E = εcl

ε =

W spektroskopii E nosi nazwę ekstynkcji lub gęstości optycznej. Stosunek natężeń wiązek świetlnych można łatwo zmierzyć, dlatego ekstynkcja jest podstawowa wielkością optyczną, którą wyznacza się doświadczalnie.

Wielkość ε jest to współczynnik ekstynkcji, który ma taki sam sens fizyczny jak współczynnik absorpcji μ. Współczynnik ekstynkcji ε liczbowo jest równy ekstynkcji warstwy roztworu o jednostkowej grubości i jednostkowym stężeniu.

Inną wielkością używaną w spektroskopii jest transmisja T wyrażona w %.

Związek między transmisją a ekstynkcją jest następujący

Substancje w różny sposób absorbuję światło o różnej częstotliwości. Dlatego współczynnik ekstynkcji ε jest funkcją częstości lub inaczej długości fali.

Zależność współczynnika ekstynkcji ε od długości fali lub częstoś­ci nazywa się. widmem absorpcji. Widmo absorpcji jest charakterystyczne dla danej substancji.

Widmo absorpcji substancji zależy od struktury cząsteczek tej substancji.. Za pochłanianie fal optycznych w zakresie widzialnym i w ultrafiolecie są odpowiedzialne elektrony walencyjne, czyli tzw. elektrony Π i σ. Widma te w spektroskopii nazywa się widmami elektronowymi. Typowym przykładem widm elektronowych są widma absorpcji roztworów barwników organicznych.

Typowymi przyrządami do pomiaru widm absorpcji są różnego rodzaju spektrofotometry, za pomocą których można zmierzyć ekstynkcję badanej substancji w zależności od długości fali lub częstotliwości światła absorbowanego. Widmo absorpcji można również badać dowolnym zestawem pomiarowym, który pozwoli wyznaczyć E = f(λ).

Absorpcję światła widzialnego i ultrafioletu przez cząsteczki wykorzystuje się w badaniach biologicznych i technologicznych do:

− badania struktury substancji; z położenia maksimum pasm absorpcji można wnioskować o tych parametrach określających strukturę substancji, które są związane z elektronami Π i σ.

• analizy ilościowej; z wartości ekstynkcji E wyznacza się stężenie substancji − stanowi to podstawę kolorymetrii.

Zestawienie pomiarów

Z roztworu o stężeniu 1*10^-5 mol/l korzystając ze wzoru:

gdzie:

C₀ =1*10^-5 mol/l − dane stężenie

V_x − potrzebna ilość danej substancji w celu uzyskania odpowiednich stężeń

C₁ − stężenie jakie chcemy uzyskać

V₀ = 10 ml − ilość substancji jaką chcemy uzyskać

uzyskaliśmy:

L p	C1 [mol/l]	Vx [ml]	Woda destylowana [ml]
1	1•10^-5	10	0
2	2•10^-6	8	2
3	3,5•10^-6	6,5	3,5
4	5•10^-6	5	5
5	6,5•10^-6	3,5	6,5
6	8,5•10^-6	1,5	8,5

Stężenie odczytane z wykresu:

dla E = f(C)

C = 4,7•10^-6 mol/l

dla T = f(C)

C = 2,4•10^-6mol/l

Rachunek błędu:

Błędy wielkości odczytywanych:

ΔE = 0,005 dla wielkości 0÷0,4

ΔE = 0,001 dla wielkości 0,4÷1

ΔT = 1%

Δλ = 1 [nm]

Błąd pipety ±0,05 ml jedno nabranie cieczy

ΔV₀ = 0,1 ml dwa nabranie cieczy

Błąd w obliczaniu stężeń dla wzoru:

Wyniki błędu obliczeń stężeń zestawione w tabeli powyżej.

Błąd odczytu stężeń odczytanych z wykresu wynosi:

dla E = f(C) oraz T = f(C):

ΔC = 2•10^-7 − minimalna podziałka z jaką jest wyskalowana oś x czyli oś z zaznaczonymi stężeniami

Wyniki pomiarów:

Stężenie roztworu	λ ( nm)	E(A)	T
` 2•10^-6	400	0,08	83%
		410	0,095	80%
		420	0,105	78,5%
		430	0,125	75%
		440	0,13	74%
		450	0,125	75%
		460	0,115	77%
		470	0,10	80%
		480	0,095	80%
		490	0,04	91%
		500	0,035	93%
		510	0,01	98%
		520	0,005	99%

Stężenie roztworu g/ml	Absorbancja A	Przepuszczalność T
1•10^-5	0,62	24%
8.5•10^-6	0,53	29%
6,5•10^-6	0,43	37%
5•10^-6	0,33	47%
3,5•10^-6	0,235	58%
2•10^-6	0,13	74%
Cx1	0,315	41%
Cx2	0,16	69%

6

---