Dasar teoretis untuk menentukan kerapatan optik suatu larutan

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-02 17:49

Partikel apa pun, baik itu molekul, atom, atau ion, sebagai hasil penyerapan kuantum cahaya, berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Paling sering, transisi dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi terjadi. Hal ini menyebabkan pita serapan tertentu muncul dalam spektrum.

Penyerapan radiasi mengarah pada fakta bahwa ketika melewati suatu zat, intensitas radiasi ini berkurang dengan peningkatan jumlah partikel suatu zat dengan kerapatan optik tertentu. Metode penelitian ini diusulkan oleh V. M. Severgin pada tahun 1795.

Metode ini paling cocok untuk reaksi di mana analit dapat berubah menjadi senyawa berwarna, yang menyebabkan perubahan warna larutan uji. Dengan mengukur penyerapan cahayanya atau membandingkan warnanya dengan larutan yang konsentrasinya diketahui, akan mudah untuk menemukan persentase zat dalam larutan.

Hukum dasar penyerapan cahaya

Inti dari penentuan fotometrik adalah dua proses:

• transfer analit kesenyawa penyerap;
• mengukur intensitas penyerapan getaran yang sama ini oleh larutan zat uji.

Perubahan intensitas cahaya yang melewati bahan penyerap cahaya juga akan disebabkan oleh hilangnya cahaya karena pemantulan dan hamburan. Untuk membuat hasilnya dapat diandalkan, studi paralel dilakukan untuk mengukur parameter pada ketebalan lapisan yang sama, dalam kuvet yang identik, dengan pelarut yang sama. Jadi penurunan intensitas cahaya terutama tergantung pada konsentrasi larutan.

Penurunan intensitas cahaya yang melewati larutan ditandai dengan koefisien transmisi cahaya (disebut juga transmisinya) T:

Т=I / I_{0, dimana:}

• I - intensitas cahaya yang melewati zat;
• I_{0 - intensitas sinar datang.}

Jadi, transmisi menunjukkan proporsi fluks cahaya yang tidak diserap yang melewati larutan yang diteliti. Algoritme nilai transmisi terbalik disebut kerapatan optik solusi (D): D=(-lgT)=(-lg)(I / I₀)=lg(I _{0 / I).}

Persamaan ini menunjukkan parameter mana yang utama untuk penelitian. Ini termasuk panjang gelombang cahaya, ketebalan kuvet, konsentrasi larutan, dan kerapatan optik.

Hukum Bouguer-Lambert-Beer

Ini adalah ekspresi matematika yang menunjukkan ketergantungan penurunan intensitas fluks cahaya monokromatik dari konsentrasipenyerap dan ketebalan lapisan cairan yang dilaluinya:

I=I₀10^{-ε·С·ι, di mana:}

• ε - koefisien penyerapan cahaya;
• С - konsentrasi zat, mol/l;
• ι - ketebalan lapisan solusi yang dianalisis, lihat

Setelah ditransformasi, rumus ini dapat ditulis: I / I₀ =10^-ε·С·ι.

Inti dari hukum tersebut adalah sebagai berikut: larutan yang berbeda dari senyawa yang sama pada konsentrasi yang sama dan ketebalan lapisan dalam kuvet menyerap bagian yang sama dari cahaya yang jatuh pada mereka.

Dengan mengambil logaritma dari persamaan terakhir, Anda bisa mendapatkan rumus: D=C.

Jelas, kerapatan optik secara langsung bergantung pada konsentrasi larutan dan ketebalan lapisannya. Arti fisik dari koefisien penyerapan molar menjadi jelas. Ini sama dengan D untuk larutan satu molar dan dengan ketebalan lapisan 1 cm.

Pembatasan penerapan hukum

Bagian ini mencakup item berikut:

1. Ini hanya berlaku untuk cahaya monokromatik.
2. Koefisien terkait dengan indeks bias medium, terutama penyimpangan kuat dari hukum dapat diamati ketika menganalisis larutan dengan konsentrasi tinggi.
3. Suhu saat mengukur kerapatan optik harus konstan (dalam beberapa derajat).
4. Sinar cahaya harus sejajar.
5. PH medium harus konstan.
6. Hukum berlaku untuk zatyang pusat penyerap cahayanya adalah partikel dengan tipe yang sama.

Metode untuk menentukan konsentrasi

Perlu mempertimbangkan metode kurva kalibrasi. Untuk membuatnya, siapkan serangkaian larutan (5-10) dengan konsentrasi berbeda dari zat uji dan ukur kerapatan optiknya. Menurut nilai yang diperoleh, plot D versus konsentrasi diplot. Grafiknya berupa garis lurus dari titik asal. Hal ini memungkinkan Anda untuk dengan mudah menentukan konsentrasi suatu zat dari hasil pengukuran.

Ada juga metode penambahan. Ini digunakan lebih jarang daripada yang sebelumnya, tetapi memungkinkan Anda untuk menganalisis solusi komposisi kompleks, karena memperhitungkan pengaruh komponen tambahan. Esensinya adalah untuk menentukan kerapatan optik medium D_x, yang mengandung analit dengan konsentrasi yang tidak diketahui _x, dengan analisis berulang dari larutan yang sama, tetapi dengan penambahan sejumlah komponen uji (С_st). Nilai C_{x ditemukan menggunakan perhitungan atau grafik.}

Kondisi penelitian

Agar studi fotometrik memberikan hasil yang andal, beberapa kondisi harus dipenuhi:

• reaksi harus berakhir dengan cepat dan lengkap, selektif dan reproduktif;
• warna zat yang dihasilkan harus stabil dari waktu ke waktu dan tidak berubah di bawah pengaruh cahaya;
• bahan uji diambil dalam jumlah yang cukup untuk mengubahnya menjadi bentuk analitik;
• pengukurankerapatan optik dilakukan dalam rentang panjang gelombang di mana perbedaan penyerapan reagen awal dan larutan yang dianalisis paling besar;
• penyerapan cahaya dari larutan referensi dianggap nol optik.