Olsztyn, dnia 14.12.2006

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 57

Pomiar widma absorpcji i stężenia ryboflawiny w roztworach wodnych

za pomocą spektrofotometru.

Światło (promienie optyczne) w spektroskopii jest to przedział długości fal elektromagnetycznych widzialnych (Vis) oraz podczerwień (IR) i ultrafiolet (UV).

Zmiana natężenia światła (-dl) podczas przejścia przez warstwę o dowolnie małej grubości dl w roztworze, w którym stężenie molowe substancji pochłaniającej wynosi c, wyraża się wzorem:

~

gdzie:

- współczynnik absorpcji

Względne osłabienie światła wyraża się wzorem:

Natężenie I światła po przejściu przez kuwetę:

Jest to prawo Lamberta Beera, które mówi, że natężenie światła przechodzącego przez roztwór substancji absorbującej zależy od natężenia światła padającego (I₀), stężenia roztworu (c) i grubości warstwy (l) oraz od współczynnika absorpcji (μ). Współczynnik absorpcji jest wielkością charakteryzującą właściwości absorpcyjne substancji. μ jest funkcją długości fali światła pochłoniętego.

Prostszy zapis prawa absorpcji otrzymuje się po logarytmowaniu wzoru:

czyli:

Wprowadzając oznaczenia:

(absorbancja)

oraz
(molowy współczynnik absorbancji)

Należy zapisać:

Absorbancja - inaczej ekstynkcja (E) lub gęstość optyczna (D). Oznaczana symbolem A lub E. Stosunek natężeń wiązek świetlnych można łatwo zmierzyć, dlatego A jest podstawową wielkością optyczną.

Molowy współczynnik absorpcji (ε) - inaczej współczynnik absorpcji (μ) - jest równy absorbancji warstwy roztworu o jednostkowej grubości i jednostkowym stężeniu.

Transmitancja T - wyrażona w %

Związek między T a A jest następujący:

Substancje w różny sposób absorbują światło o różnej częstotliwości, dlatego ε jest funkcją częstotliwości ν lub inaczej długości fali λ

ε(ν); ε(λ)

gdzie:
c - prędkość światła

Widmo absorpcji - zależność ε od długości fali lub częstotliwości; jest charakterystyczne dla danej substancji w danych warunkach fizykochemicznych.

Podany związek między absorbancją (A) i molowym współczynnikiem absorpcji ε

jest znany jako prawa Bouguera-Lamberta-Beera.

Za pochłanianie fal optycznych w zakresie widzialnym i ultrafioletowym są odpowiedzialne głównie elektrony walencyjne, czyli tzw. elektrony π i σ. Są to widma elektronowe.

W spektroskopii molekularnej oprócz czterech liczb kwantowych (n, l, m, s), wprowadza się nową liczbę kwantową λ opisującą elektron w cząsteczce. Jeżeli stan elektronu jest opisany liczbą kwantową λ=0 nazywa się go elektronem σ, dla λ=1 mamy elektron π.

Pod wpływem kwantów świetlnych ulega zmianie energia elektronów π i σ cząstki (E_e), energia oscylacji (E_osc) atomów w cząsteczce i energia rotacji cząsteczki bądź grup atomów w cząsteczce (E_rot). Energie te są skwantowane, czyli mogą przyjmować tylko ściśle określone wartości.

Podczas pochłaniania światła przez cząsteczki zachodzą zmiany energii elektronów, energii oscylacji i rotacji.

Podczas absorpcji światła cząsteczki mogą przejść do wyższych stanów oscylacyjnych i rotacyjnych elektronowego stanu wzbudzonego, dlatego absorpcji ulega nie jeden rodzaj kwantów (linia absorpcji) lecz zbiór różnych kwantów pochłanianych w różnej ilości przez substancję, czyli pasmo absorpcji.

Widma absorpcji związków organicznych w roztworach składa się zazwyczaj z kilku pasm w zakresie fal widzialnych i ultrafioletowych

I pasmo absorpcji

II pasmo absorpcji

III pasmo absorpcji

Wielkością charakteryzującą pasmo absorpcji jest długość fali
odpowiadająca max wartości współczynnika absorpcji danego pasma. Wartość
określa położenie pasm absorpcji w skali długości fal, charakterystyczne dla danej substancji.

Spektrometry - przyrządy do pomiaru absorpcji, za ich pomocą można zmierzyć absorbancję badanej substancji w zależności od długości fali światła absorbowanego.

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

• analizy substancji - na podstawowe położenie max pasm absorpcji można identyfikować substancję absorbującą oraz wnioskować o tych parametrach określających strukturę substancji, które są związane z elektronami π i σ.

• analizy ilościowej - (spektrofotometria absorpcyjna lub metoda kalorymetryczna) - z wartości A wyznacza się stężenie substancji

Dualizm korpuskularno-falowy - zjawisko polegające na tym, że światło ma dwojaki charakter w pewnych zjawiskach występuje jako fala, a w innych jako strumień fotonów.

Teoria kwantowa:

- kwant to inaczej porcja

- w przyrodzie wielkością występującą w postaci porcji jest energia, wyróżniamy kwanty energii mechanicznej, elektrycznej, jądrowej

- foton jest to kwant energii świetlnej (porcja światła)

- symboliczne przedstawienie fotonu

Lp.	λ (nm)	E (A)	T

2

---