Проводячи науковий експеримент, необхідно знати, що у вас є правильна концентрація різних задіяних хімічних речовин. Також важливо вміти розраховувати концентрацію, щоб визначити, скільки реагенту було витрачено в реакції або скільки продукту було виготовлено.
З цією метою вчені використовують Закон Біра-Ламберта (який також можна назвати "Законом Біра") для розрахунку концентрації з поглинання. У наступному розділі буде визначено деякі ключові компоненти для практичного використання Закону Біра.
Що таке закон Біра-Ламберта?
Цей закон пов'язує ослаблення світла під час проходження матеріалу до фізичних властивостей цього матеріалу. Одним із найпоширеніших застосувань цього закону є використання спектроскопії поглинання UV-Vis.
Скажімо, ви просвічуєте якесь видиме світло крізь матеріал. Частина цього світла буде проходити через іншу сторону матеріалу, але, швидше за все, це буде не все світло, яке спочатку просвічувалось. Яке б світло не проходило на інший бік поглинається.
Кількість поглиненого світла пропорційна довжині світлового шляху (л). Практично це контейнер, як правило, кювета, в якому міститься матеріал, про який йде мова.
Зв'язок між поглинанням та концентрацією (с) становить пропорційний. Зазвичай, чим більше концентрована речовина, тим більше світла буде поглинатися. (Майте на увазі цю кількість; практично кажучи, це те, що вас найбільше цікавить!).
Таким чином, поглинання (А) матеріалу пов'язане з початковою інтенсивністю світла, I0, та інтенсивність світла, що проходить (що проникало на іншому кінці), I. Ці величини можна пов’язати за допомогою наступного рівняння.
Оскільки ви знаєте, що поглинання пропорційне як концентрації (c), так і довжині шляху (l), ви можете пов'язати це з величинами в цьому рівнянні як такі:
У цьому рівнянні ϵ є молярна поглинання або молярний коефіцієнт екстинкції. Це значення є коефіцієнтом і є властивим поглинанню даної речовини або матеріалу при певній довжині хвилі світла.
Одиниці та закон пива
Оскільки це завжди необхідно для практичного застосування рівнянь, ви повинні знати од кожного задіяного компонента.
Концентрація (c) має концентрацію М або молей на літр (моль L-1). Шлях світла (l) зазвичай повідомляється в сантиметрах (см). Молярну поглинання зазвичай повідомляють у літрах на моль-сантиметр (L моль-1 см-1). При множенні c, l і ϵ всі одиниці скасовуються. Звідси випливає, що поглинання є одиничним.
Використання закону Бера для обчислення концентрації
Скажімо, у вас є червоний барвник у розчині. Як би ви розрахували концентрацію барвника у розчині?
Харчовий барвник Red # 40 має молярну поглинальну здатність 25 900 л моль-1см-1 при довжині хвилі 501 нм. Ви поміщаєте 1 мл розчину в кювету шириною 1 см. Виміряна поглинання становить 0,17. Яка концентрація?
Підключіть відомі значення (A, ϵ та l) до Закону Біра, а потім вирішіть для концентрації:
Так:
Розчин для концентрації:
Говорити про таку крихітну молярність трохи громіздко. Вчені часто перетворюють це на мікромолярне, щоб про нього було легше говорити. Для цього помножте число на 106. Таким чином, концентрація червоного # 40 у цьому розчині становить 6,56 мкМ.