Bases théoriques pour déterminer la densité optique d'une solution

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 17:46

Toute particule, qu'il s'agisse d'une molécule, d'un atome ou d'un ion, à la suite de l'absorption d'un quantum de lumière, passe à un niveau d'énergie supérieur. Le plus souvent, la transition de l'état fondamental à l'état excité se produit. Cela provoque l'apparition de certaines bandes d'absorption dans les spectres.

L'absorption du rayonnement conduit au fait que lorsqu'il traverse une substance, l'intensité de ce rayonnement diminue avec une augmentation du nombre de particules d'une substance ayant une certaine densité optique. Cette méthode de recherche a été proposée par V. M. Severgin en 1795.

Cette méthode est la mieux adaptée aux réactions où l'analyte est capable de se transformer en un composé coloré, ce qui provoque un changement de couleur de la solution à tester. En mesurant son absorption lumineuse ou en comparant la couleur avec une solution de concentration connue, il est facile de trouver le pourcentage de la substance dans la solution.

Loi fondamentale de l'absorption de la lumière

L'essence de la détermination photométrique repose sur deux processus:

• transfert de l'analyte verscomposé absorbant;
• mesurer l'intensité d'absorption de ces mêmes vibrations par une solution de la substance d'essai.

Les changements d'intensité de la lumière traversant le matériau absorbant la lumière seront également causés par la perte de lumière due à la réflexion et à la diffusion. Pour fiabiliser le résultat, des études parallèles sont réalisées pour mesurer les paramètres à la même épaisseur de couche, dans des cuvettes identiques, avec le même solvant. La diminution de l'intensité lumineuse dépend donc principalement de la concentration de la solution.

La diminution de l'intensité de la lumière traversant la solution est caractérisée par le coefficient de transmission lumineuse (aussi appelé sa transmission) T:

Т=I / I_{0, où:}

• I - intensité de la lumière traversant la substance;
• I_{0 - intensité du faisceau lumineux incident.}

Ainsi, la transmission indique la proportion de flux lumineux non absorbé traversant la solution étudiée. L'algorithme de valeur de transmission inverse est appelé la densité optique de la solution (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Cette équation montre quels paramètres sont les principaux pour la recherche. Ceux-ci incluent la longueur d'onde de la lumière, l'épaisseur de la cuvette, la concentration de la solution et la densité optique.

Loi Bouguer-Lambert-Bière

C'est une expression mathématique qui affiche la dépendance de la diminution de l'intensité d'un flux lumineux monochromatique à partir de la concentrationabsorbant et l'épaisseur de la couche de liquide à travers laquelle il est passé:

I=I₀10^{-ε·С·ι, où:}

• ε - coefficient d'absorption de la lumière;
• С - concentration d'une substance, mol/l;
• ι - épaisseur de couche de la solution analysée, voir

Après transformation, cette formule s'écrit: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

L'essence de la loi est la suivante: différentes solutions du même composé à concentration et épaisseur de couche égales dans la cuvette absorbent la même partie de la lumière qui leur tombe dessus.

En prenant le logarithme de la dernière équation, on obtient la formule: D=εCι.

Évidemment, la densité optique dépend directement de la concentration de la solution et de l'épaisseur de sa couche. La signification physique du coefficient d'absorption molaire devient claire. Il est égal à D pour une solution monomolaire et avec une épaisseur de couche de 1 cm.

Restrictions à l'application de la loi

Cette section comprend les éléments suivants:

1. Valable uniquement pour la lumière monochromatique.
2. Le coefficient ε est lié à l'indice de réfraction du milieu, des écarts particulièrement importants par rapport à la loi peuvent être observés lors de l'analyse de solutions très concentrées.
3. La température lors de la mesure de la densité optique doit être constante (à quelques degrés près).
4. Le faisceau lumineux doit être parallèle.
5. Le pH du milieu doit être constant.
6. La loi s'applique aux substancesdont les centres absorbant la lumière sont des particules du même type.

Méthodes de détermination de la concentration

Il vaut la peine de considérer la méthode de la courbe d'étalonnage. Pour le construire, préparez une série de solutions (5-10) avec différentes concentrations de la substance d'essai et mesurez leur densité optique. Selon les valeurs obtenues, un tracé de D en fonction de la concentration est tracé. Le graphique est une ligne droite à partir de l'origine. Il vous permet de déterminer facilement la concentration d'une substance à partir des résultats de mesures.

Il existe également une méthode d'ajouts. Il est utilisé moins fréquemment que le précédent, mais il vous permet d'analyser des solutions de composition complexe, car il prend en compte l'influence de composants supplémentaires. Son essence est de déterminer la densité optique du milieu D_x, contenant l'analyte de concentration inconnue С_x, avec analyse répétée de la même solution, mais avec l'ajout d'une certaine quantité du composant de test (С_st). La valeur de C_{x est trouvée à l'aide de calculs ou de graphiques.}

Conditions de recherche

Pour que les études photométriques donnent un résultat fiable, plusieurs conditions doivent être remplies:

• la réaction doit se terminer rapidement et complètement, de manière sélective et reproductible;
• la couleur de la substance résultante doit être stable dans le temps et ne pas changer sous l'action de la lumière;
• la substance d'essai est prise en quantité suffisante pour la transformer en une forme analytique;
• mesuresla densité optique est effectuée dans la gamme de longueurs d'onde à laquelle la différence d'absorption des réactifs initiaux et de la solution analysée est la plus grande;
• l'absorption lumineuse de la solution de référence est considérée comme le zéro optique.