วิธีการคำนวณความเข้มข้นโดยใช้การดูดกลืนแสง

เมื่อทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์ จำเป็นต้องรู้ว่าคุณมีความเข้มข้นที่ถูกต้องของสารเคมีต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง สิ่งสำคัญคือต้องสามารถคำนวณความเข้มข้นเพื่อกำหนดว่าสารตั้งต้นถูกใช้จนหมดในปฏิกิริยามากน้อยเพียงใดหรือผลิตผลิตภัณฑ์ได้มากน้อยเพียงใด

ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงใช้ กฎหมายเบียร์แลมเบิร์ต (ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า "กฎของเบียร์") เพื่อคำนวณความเข้มข้นจากการดูดกลืนแสง ส่วนต่อไปนี้จะกำหนดองค์ประกอบสำคัญบางประการสำหรับการใช้งานจริงของกฎของเบียร์

กฎข้อนี้เกี่ยวข้องกับการลดทอนของแสงเมื่อเคลื่อนผ่านวัสดุไปยังคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุนั้น กฎข้อหนึ่งที่ใช้กันมากที่สุดคือการใช้ UV-Vis absorption spectroscopy

สมมติว่าคุณส่องแสงที่มองเห็นได้ผ่านวัสดุ แสงบางส่วนนั้นจะส่องผ่านอีกด้านหนึ่งของวัสดุ แต่ไม่น่าจะใช่แสงทั้งหมดที่ส่องผ่านในตอนแรก แสงใดไม่ผ่านไปยังอีกฟากหนึ่งก็คือ ดูดซึม.

ปริมาณแสงที่ดูดกลืนเป็นสัดส่วนกับความยาวของเส้นทางแสง (ล.) ในทางปฏิบัติ นี่คือภาชนะ ซึ่งมักจะเป็นคิวเวตต์ ซึ่งมีวัสดุที่เป็นปัญหาอยู่

ความสัมพันธ์ระหว่างการดูดกลืนแสงและความเข้มข้น (c) คือ สัดส่วน. โดยปกติยิ่งสารมีความเข้มข้นมากเท่าไร แสงก็จะยิ่งถูกดูดกลืนมากขึ้นเท่านั้น (จำปริมาณนี้ไว้ในใจ สิ่งที่คุณสนใจมากที่สุดคือ)

ดังนั้นการดูดกลืนแสง (A) ของวัสดุจึงสัมพันธ์กับความเข้มเริ่มต้นของแสง I₀และความเข้มของแสงที่ส่องผ่าน (ที่ผ่านเข้ามาอีกด้าน) I. ปริมาณเหล่านี้สามารถสัมพันธ์กันได้ด้วยสมการต่อไปนี้

เนื่องจากคุณรู้ว่าการดูดกลืนเป็นสัดส่วนกับทั้งความเข้มข้น (c) และความยาวเส้นทาง (l) คุณสามารถเชื่อมโยงสิ่งนั้นกับปริมาณในสมการนี้ได้ดังนี้:

ในสมการนี้ ϵ คือ การดูดซึมของฟันกราม หรือค่าสัมประสิทธิ์การสูญพันธุ์ของฟันกราม ค่านี้เป็นค่าสัมประสิทธิ์และอยู่ภายในการดูดกลืนของสารหรือวัสดุที่เป็นปัญหาที่ความยาวคลื่นเฉพาะของแสง

เนื่องจากจำเป็นเสมอสำหรับการใช้สมการเชิงปฏิบัติ คุณต้องรู้ หน่วย ของแต่ละองค์ประกอบที่เกี่ยวข้อง

ความเข้มข้น (c) มีความเข้มข้น M หรือโมลต่อลิตร (mol L^-1). เส้นทางแสง (l) มักจะรายงานเป็นเซนติเมตร (ซม.) การดูดซึมของฟันกรามมักจะรายงานเป็นลิตรต่อโมล-เซนติเมตร (L mol^-1 ซม^-1). เมื่อคูณ c, l และ ϵ หน่วยทั้งหมดจะถูกยกเลิก ดังนั้นจึงเป็นไปตามการดูดกลืนที่ไม่มีหน่วย

สมมติว่าคุณมีสีย้อมสีแดงอยู่ในสารละลาย คุณจะคำนวณความเข้มข้นของสีย้อมในสารละลายอย่างไร?

สีย้อมอาหารสีแดง #40 มีการดูดซึมของฟันกราม 25,900 L mol^-1ซม^-1 ที่ความยาวคลื่น 501 นาโนเมตร คุณใส่สารละลาย 1 มล. ในคิวเวตต์ที่มีความกว้าง 1 ซม. การดูดกลืนแสงที่วัดได้คือ 0.17 ความเข้มข้นคืออะไร?

แทนค่าที่ทราบ (A, ϵ และ l) ลงในกฎของเบียร์ แล้วแก้หาความเข้มข้น:

ดังนั้น:

การแก้ปัญหาความเข้มข้น:

การพูดเกี่ยวกับโมลาริตีเล็กน้อยนั้นค่อนข้างยุ่งยาก นักวิทยาศาสตร์มักจะแปลงสิ่งนี้เป็น micromolar เพื่อให้ง่ายต่อการพูดคุย เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้คูณตัวเลขด้วย 10⁶. ดังนั้นความเข้มข้นของ Red #40 ในสารละลายนั้นคือ 6.56 µM