Fundamentos teóricos para determinar la densidad óptica de una solución

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificación: 2024-01-02 17:45

Cualquier partícula, ya sea una molécula, un átomo o un ion, como resultado de la absorción de un cuanto de luz, pasa a un nivel superior de estado de energía. Muy a menudo, ocurre la transición del estado fundamental al estado excitado. Esto hace que aparezcan ciertas bandas de absorción en los espectros.

La absorción de la radiación conduce al hecho de que cuando pasa a través de una sustancia, la intensidad de esta radiación disminuye a medida que aumenta el número de partículas de una sustancia con una determinada densidad óptica. Este método de investigación fue propuesto por V. M. Severgin en 1795.

Este método es más adecuado para reacciones en las que el analito puede transformarse en un compuesto coloreado, lo que provoca un cambio en el color de la solución de prueba. Midiendo su absorción de luz o comparando el color con una solución de concentración conocida, es fácil encontrar el porcentaje de la sustancia en la solución.

Ley básica de absorción de la luz

La esencia de la determinación fotométrica son dos procesos:

• transferencia del analito acompuesto absorbente;
• medir la intensidad de absorción de estas mismas vibraciones por una solución de la sustancia de ensayo.

Los cambios en la intensidad de la luz que atraviesa el material absorbente de luz también se deben a la pérdida de luz debido a la reflexión y la dispersión. Para que el resultado sea fiable, se realizan estudios paralelos para medir los parámetros al mismo espesor de capa, en cubetas idénticas, con el mismo disolvente. Entonces, la disminución de la intensidad de la luz depende principalmente de la concentración de la solución.

La disminución en la intensidad de la luz que pasa a través de la solución se caracteriza por el coeficiente de transmisión de luz (también llamado su transmisión) T:

Т=I / I_{0, donde:}

• I - intensidad de la luz que atraviesa la sustancia;
• I_{0 - intensidad del haz de luz incidente.}

Así, la transmisión muestra la proporción de flujo de luz no absorbido que pasa a través de la solución en estudio. El algoritmo del valor de transmisión inversa se denomina densidad óptica de la solución (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Esta ecuación muestra qué parámetros son los principales para la investigación. Estos incluyen la longitud de onda de la luz, el grosor de la cubeta, la concentración de la solución y la densidad óptica.

Bouguer-Lambert-Ley de cerveza

Es una expresión matemática que muestra la dependencia de la disminución de la intensidad de un flujo de luz monocromática a partir de la concentraciónabsorbente y el espesor de la capa líquida a través de la cual pasa:

I=I₀10^{-ε·С·ι, donde:}

• ε - coeficiente de absorción de luz;
• С - concentración de una sustancia, mol/l;
• ι - grosor de capa de la solución analizada, ver

Después de transformar, esta fórmula se puede escribir: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

La esencia de la ley es la siguiente: diferentes soluciones del mismo compuesto a igual concentración y espesor de capa en la cubeta absorben la misma parte de la luz que incide sobre ellas.

Tomando el logaritmo de la última ecuación, puedes obtener la fórmula: D=εCι.

Obviamente, la densidad óptica depende directamente de la concentración de la solución y del espesor de su capa. El significado físico del coeficiente de absorción molar se vuelve claro. Es igual a D para una solución de un molar y con un espesor de capa de 1 cm.

Restricciones a la aplicación de la ley

Esta sección incluye los siguientes elementos:

1. Solo es válido para luz monocromática.
2. El coeficiente ε está relacionado con el índice de refracción del medio, se pueden observar desviaciones especialmente fuertes de la ley cuando se analizan soluciones altamente concentradas.
3. La temperatura al medir la densidad óptica debe ser constante (dentro de unos pocos grados).
4. El haz de luz debe ser paralelo.
5. El pH del medio debe ser constante.
6. La ley se aplica a las sustanciascuyos centros de absorción de luz son partículas del mismo tipo.

Métodos para determinar la concentración

Vale la pena considerar el método de la curva de calibración. Para construirlo, prepare una serie de soluciones (5-10) con diferentes concentraciones de la sustancia de prueba y mida su densidad óptica. De acuerdo con los valores obtenidos, se traza un gráfico de D frente a la concentración. La gráfica es una línea recta desde el origen. Le permite determinar fácilmente la concentración de una sustancia a partir de los resultados de las mediciones.

También hay un método de sumas. Se usa con menos frecuencia que el anterior, pero le permite analizar soluciones de composición compleja, ya que tiene en cuenta la influencia de componentes adicionales. Su esencia es determinar la densidad óptica del medio D_x, que contiene el analito de concentración desconocida С_x, con análisis repetidos de la misma solución, pero con la adición de una cierta cantidad del componente de prueba (С_st). El valor de C_{x se encuentra mediante cálculos o gráficos.}

Condiciones de la investigación

Para que los estudios fotométricos den un resultado fiable, se deben cumplir varias condiciones:

• la reacción debe terminar rápida y completamente, de forma selectiva y reproducible;
• el color de la sustancia resultante debe ser estable en el tiempo y no cambiar bajo la acción de la luz;
• la sustancia problema se toma en cantidad suficiente para convertirla en una forma analítica;
• medidasla densidad óptica se lleva a cabo en el rango de longitud de onda en el que la diferencia en la absorción de los reactivos iniciales y la solución analizada es mayor;
• la absorción de luz de la solución de referencia se considera cero óptico.