Bei der Durchführung eines wissenschaftlichen Experiments ist es notwendig zu wissen, dass Sie die richtige Konzentration der verschiedenen beteiligten Chemikalien haben. Es ist auch wichtig, die Konzentration berechnen zu können, um zu bestimmen, wie viel eines Reaktanten in einer Reaktion verbraucht oder wie viel Produkt hergestellt wurde.
Zu diesem Zweck verwenden Wissenschaftler die Bier-Lambert-Gesetz (was auch "Beer's Law" genannt werden kann), um die Konzentration aus der Absorption zu berechnen. Im folgenden Abschnitt werden einige Schlüsselkomponenten für die praktische Anwendung des Beer'schen Gesetzes definiert.
Was ist das Lambert-Beer-Gesetz?
Dieses Gesetz setzt die Abschwächung von Licht beim Durchqueren eines Materials mit den physikalischen Eigenschaften dieses Materials in Beziehung. Eine der häufigsten Anwendungen dieses Gesetzes verwendet die UV-Vis-Absorptionsspektroskopie.
Angenommen, Sie strahlen sichtbares Licht durch ein Material. Ein Teil dieses Lichts wird auf der anderen Seite des Materials durchgelassen, aber es wird wahrscheinlich nicht das gesamte Licht sein, das ursprünglich durchstrahlt wurde. Was auch immer Licht nicht auf die andere Seite durchdringt, ist
absorbiert.Die absorbierte Lichtmenge ist proportional zur Länge des Lichtweges (l). In der Praxis ist dies der Behälter, meist eine Küvette, in dem sich das jeweilige Material befindet.
Die Beziehung zwischen Extinktion und Konzentration (c) ist proportional. Je konzentrierter eine Substanz ist, desto mehr Licht wird normalerweise absorbiert. (Beachten Sie diese Menge; praktisch betrachtet ist es das, was Sie am meisten interessiert!).
Somit hängt die Extinktion (A) des Materials mit der Anfangsintensität des Lichts zusammen, I0, und die übertragene Intensität des Lichts (was am anderen Ende durchkam), I. Diese Größen können durch die folgende Gleichung in Beziehung gesetzt werden.
Da Sie wissen, dass die Absorption sowohl der Konzentration (c) als auch der Weglänge (l) proportional ist, können Sie dies auf die Größen in dieser Gleichung als solche beziehen:
In dieser Gleichung ist ϵ die molares Absorptionsvermögen oder der molare Extinktionskoeffizient. Dieser Wert ist ein Koeffizient und hängt mit der Absorption des fraglichen Stoffes oder Materials bei einer bestimmten Lichtwellenlänge zusammen.
Einheiten und Biergesetz
Da es für die praktische Anwendung von Gleichungen immer notwendig ist, müssen Sie die Einheiten jeder beteiligten Komponente.
Konzentration (c) hat eine Konzentration von M oder Mol pro Liter (Mol L-1). Der Lichtweg (l) wird normalerweise in Zentimetern (cm) angegeben. Das molare Absorptionsvermögen wird normalerweise in Liter pro Molzentimeter (L mol-1 cm-1). Beim Multiplizieren von c, l und ϵ heben sich alle Einheiten auf. Daraus folgt, dass die Extinktion einheitenlos ist.
Mit dem Beer'schen Gesetz die Konzentration berechnen
Angenommen, Sie haben einen roten Farbstoff in einer Lösung. Wie würden Sie die Farbstoffkonzentration in der Lösung berechnen?
Der Lebensmittelfarbstoff Red #40 hat eine molare Aufnahmefähigkeit von 25.900 L mol-1cm-1 bei einer Wellenlänge von 501 nm. Sie geben 1 ml der Lösung in eine Küvette mit einer Breite von 1 cm. Die gemessene Extinktion beträgt 0,17. Wie hoch ist die Konzentration?
Setze die bekannten Werte (A, ϵ und l) in das Beersche Gesetz ein und löse dann nach Konzentration auf:
So:
Auflösen nach Konzentration:
Über so eine winzige Molarität zu sprechen, ist etwas umständlich. Wissenschaftler werden dies oft in Mikromolar umrechnen, damit es einfacher ist, darüber zu sprechen. Multiplizieren Sie dazu die Zahl mit 106. Somit beträgt die Konzentration von Red #40 in dieser Lösung 6,56 uM.