Struktura

Lambert-Beerův zákon

Lambert-Beerův zákon

Transmitance

Projde-li záření o určité vlnové délce přes vzorek, který obsahuje látku schopnou toto záření absorbovat, dojde ke snížení intenzity prošlého záření, ale vlnová délka, resp. frekvence prošlého záření zůstává zachována. Množství propuštěného záření se vyjadřujeme transmitancí T, která je daná poměrem intenzity propuštěného záření a intenzity dopadajícího záření:

obrazek

I0- intenzita vstupujícího (dopadajícího) záření, I1 – intenzita vystupujícího záření, T- transmitance (propustnost)

Transmitance nabývá hodnot 0 – 1, pokud ji vyjadřujeme v procentech pak 0 – 100%. Látky, jejichž T se v oblasti viditelného záření blíží 1 (100%), jsou průhledné a naopak látky, jejichž T se blíží hodnotě 0 (0%), jsou neprůhledné.

obrazek

Obr. 1: Roztoky manganistanu draselného; s rostoucí koncentrací roztoku transmitance klesá k 0

 

Transmitance je exponenciální funkcí koncentrace roztoku a šířky vrstvy, přes kterou záření prochází, grafickým znázorněním závislosti je větev hyperboly. Pro zjednodušení znázornění grafické závislosti se zavádí nová matematická veličina - absorbance A je rovna zápornému přirozenému logaritmu transmitance.

 

Lambert-Beerův zákon

Spektrometrie ve viditelné oblasti spektra elektromagnetického záření je optická analytická metoda umožňující u zkoumaných vzorků určit identitu nebo posoudit čistotu nebo určit množství některé složky vzorku. Pro využitelnost metody k analýze vzorku je nutné splnění dvou podmínek:

  1. možnost kvantitativně převést vzorek do roztoku,
  2. schopnost analytu pohlcovat záření o některé vlnové délce z VIS oblasti.

Druhou uvedenou podmínku je možné v některých případech zajistit využitím vhodné chemické reakce, která analyt kvantitativně převede na produkt absorbující záření z VIS (jednoduše řečeno: zkoumaná složka vzorku musí být v roztoku barevná nebo snadno a zcela převeditelná na barevnou).

Lambert-Beerův zákon platí pro zředěné roztoky látek, v nichž nedochází k vzájemnému ovlivňování rozpuštěných částic, jimiž prochází monochromatické záření. Absorbance je přímo úměrná absorpčnímu molárnímu koeficientu látky v roztoku, koncentraci látky v roztoku a šířce vrstvy vzorku, přes kterou záření prochází.

T- transmitance(propustnost), A – absorbance, c- koncentrace absorbující látky, l – tloušťka vrstvy, přes kterou záření prochází, ε- molární absorpční koeficient

 

Vztažná kapalina

Roztoky jsou homogenní směsi jedné či více rozpuštěných látek a rozpouštědla a všechny tyto složky se více či méně podílí na celkové míře absorbance, kterou roztok vykazuje. Pokud chceme sledovat absorbanci pouze jedné rozpuštěné látky, analytu, musíme absorbanci ostatních složek odečíst. Využívá se k tomu měření tzv. slepého roztoku – nazývá se také porovnávací roztok nebo vztažná kapalina nebo blank. Jako vztažná kapalina se označuje roztok, který obsahuje všechny složky stejné jako roztok vzorku kromě sledovaného analytu. Často se jedná pouze o rozpouštědlo, které bylo použito při přípravě měřeného roztoku vzorku.

Příklady vztažných kapalin:

  • pro vodný roztok manganistanu draselného je vztažnou kapalinou destilovaná voda;
  • pro roztok kyseliny salicylové v ethanolu je vztažnou kapalinou ethanol;
  • pro roztok nikelnatých iontů ve směsi chelatonu 3 a destilované vody je vztažnou kapalinou směs chelatonu 3 a destilované vody ve stejném objemovém poměru.

Pro vztažnou kapalinu se při dané vlnové délce nastavuje nulová absorbance, každý spektrometr má pro tuto funkci speciální příkaz – např. ZERO. Pokud se mění vlnová délka, je nutné vždy provést nové nulování na vztažnou kapalinu.

 

Zdroje

  • BEKÁREK, Vojtěch a Iveta FRYŠOVÁ. Optické metody v chemické analýze. 3. přepracované vydání. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci,2007. ISBN 978-80-244-1754-7
  • KARLÍČEK, Rolf a kol. Analytická chemie pro farmaceuty.1. vydání. Praha: Nakladatelství Karolinum, 2001. ISBN 80-246-0348-9

Obrázky

Odkaz

Vnímání zbarvení roztoků

Podívejte se na video demonstrující změny zbarvení roztoků, které pozorujeme v závislosti na změně koncentrace roztoku nebo na změně šířky vrstvy sledovaného roztoku.

Víte, že ...

...sluneční brýle absorbují záření?

Sluneční brýle jako módní doplněk a především jako ochranu očí nosí v létě či v zimě na horách snad téměř každý. Když je intenzita slunečního záření příliš vysoká, není to pro naše oči příjemné. Proto „do cesty“ slunečním paprskům vkládáme více či méně zabarvená skla. Skla obsahují pigmenty – látky absorbující část VIS záření. Proto je intenzita záření, prošlého do našich očí, mnohem nižší než intenzita záření dopadajícího na brýle. 

Obrázek

Content svarovaci bryle

Obr. 2: Na principu absorpce jsou založeny ochranné brýle, které používají svářeči při svařování

Vypočítej

Vypočítejte:

  1. Jakou absorbanci má roztok, jehož transmitance je 15%?  (výsledek: 1,897)
  2. Jakou transmitanci má roztok, jestliže absorbance je rovna 1,070? (výsledek: 34,1% nebo 0,341)
  3. Jakou absorbanci má roztok, jehož transmitance je 0,95? (výsledek: 0,051)

Laboratorní cvičení

Odvození Lambert-Beerova zákona

Pracovní list k experimentu najdete v příloze. Lambert-Beerův zákon vnímáme již od dětství, aniž jsme nad ním možná přemýšleli. Dokáže dítě poznat, která šťáva ze dvou, připravených z jahodového sirupu a vody, je sladší? Dokáže. Jak? Na základě platnosti tohoto zákona.

Laboratorní cvičení

Příprava kalibračních roztoků 

Pracovní list k úloze najdete v příloze. Kalibrační roztoky slouží k vytvoření kalibrační křivky, pomocí níž můžeme na základě platnosti Lambert-Beerova zákona stanovit koncentraci látky v neznámém vzorku. Příprava kalibračních (standardních) roztoků vyžaduje přesnost, pečlivost a základní matematické dovednosti. 

Logolink