Przeprowadzając eksperyment naukowy, musisz wiedzieć, że masz prawidłowe stężenie różnych zaangażowanych chemikaliów. Ważne jest również, aby móc obliczyć stężenie w celu określenia, ile reagenta zostało zużyte w reakcji lub ile produktu zostało wytworzone.
W tym celu naukowcy wykorzystują Prawo Beer-Lambert (które można również nazwać „Prawem piwa”) w celu obliczenia stężenia na podstawie absorbancji. Poniższy rozdział zdefiniuje niektóre kluczowe elementy dla praktycznego wykorzystania Prawa Beera.
Co to jest prawo Beer-Lambert?
To prawo wiąże tłumienie światła przechodzącego przez materiał z fizycznymi właściwościami tego materiału. Jednym z najczęstszych zastosowań tego prawa jest wykorzystanie spektroskopii absorpcyjnej UV-Vis.
Załóżmy, że przepuszczasz światło widzialne przez materiał. Część tego światła przejdzie po drugiej stronie materiału, ale prawdopodobnie nie będzie to całe światło, przez które prześwieciło się początkowo. Światło, które nie przechodzi na drugą stronę, jest zaabsorbowany.
Ilość zaabsorbowanego światła jest proporcjonalna do długości drogi światła (l). Praktycznie jest to pojemnik, zwykle kuweta, w której przechowywany jest dany materiał.
Zależność między absorbancją a stężeniem (c) wynosi proporcjonalny. Zwykle im bardziej stężona substancja, tym więcej światła zostanie pochłonięte. (Należy pamiętać o tej ilości; praktycznie rzecz biorąc, to jest to, co Cię najbardziej interesuje!).
Zatem absorbancja (A) materiału jest związana z początkową intensywnością światła I0, oraz przepuszczane natężenie światła (które przeszło na drugim końcu), I. Wielkości te można powiązać następującym równaniem.
Ponieważ wiesz, że absorpcja jest proporcjonalna zarówno do stężenia (c), jak i długości drogi (l), możesz odnieść to do wielkości w tym równaniu jako takich:
W tym równaniu ϵ to chłonność molowa lub molowy współczynnik ekstynkcji. Ta wartość jest współczynnikiem i jest nieodłączna dla absorpcji danej substancji lub materiału przy określonej długości fali światła.
Jednostki i prawo piwa
Ponieważ do praktycznego zastosowania równań jest to zawsze konieczne, musisz znać jednostki każdego zaangażowanego komponentu.
Stężenie (c) ma stężenie M lub moli na litr (mol L-1). Droga światła (l) jest zwykle podawana w centymetrach (cm). Molowa chłonność jest zwykle podawana w litrach na molocentymetr (L mol-1 cm-1). Mnożąc c, l i ϵ, wszystkie jednostki anulują. Wynika z tego, że absorbancja jest niejednostkowa.
Wykorzystanie prawa piwa do obliczenia stężenia
Powiedzmy, że masz w roztworze czerwony barwnik. Jak obliczyć stężenie barwnika w roztworze?
Barwnik spożywczy Czerwony #40 ma chłonność molową 25 900 L mol-1cm-1 przy długości fali 501 nm. 1 ml roztworu umieszcza się w kuwecie o szerokości 1 cm. Zmierzona absorbancja wynosi 0,17. Jakie jest stężenie?
Wstaw znane wartości (A, ϵ i l) do prawa Beera, a następnie oblicz stężenie:
Więc:
Rozwiązanie dla koncentracji:
Mówienie o tak małej molarności jest trochę kłopotliwe. Naukowcy często konwertują to na mikromolowe, aby łatwiej było o tym rozmawiać. Aby to zrobić, pomnóż liczbę przez 106. Zatem stężenie czerwieni #40 w tym roztworze wynosi 6,56 µM.