- กฎหมาย Beer-Lambert คืออะไร?
- การดูดซับและการส่งผ่าน
- กราฟิก
- การประยุกต์ใช้งาน
- แบบฝึกหัดที่แก้ไข
- แบบฝึกหัด 1
- แบบฝึกหัด 2
- อ้างอิง
กฎหมายเบียร์ - แลมเบิร์ต (Beer-Bouguer) เป็นกฎที่เกี่ยวข้องกับการดูดกลืนรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากสารเคมีชนิดหนึ่งหรือหลายชนิดโดยมีความเข้มข้นและระยะทางที่แสงเดินทางในปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคกับโฟตอน กฎหมายนี้นำกฎหมายสองฉบับมารวมกันเป็นหนึ่งเดียว
กฎของ Bouguer (แม้ว่าการรับรู้จะลดลงมากขึ้นกับ Heinrich Lambert) กำหนดว่าตัวอย่างจะดูดซับรังสีได้มากขึ้นเมื่อขนาดของตัวกลางหรือวัสดุดูดซับมีขนาดใหญ่ขึ้น โดยเฉพาะความหนาซึ่งเป็นระยะทางที่แสงเดินทางเมื่อเข้าและออก
รังสีที่ดูดซับโดยตัวอย่าง ที่มา: Marmot2019 จาก Wikimedia Commons
ภาพบนแสดงการดูดกลืนรังสีเอกรงค์ นั่นคือประกอบด้วยความยาวคลื่นเดียวλ ตัวกลางดูดซับอยู่ภายในเซลล์ออปติคัลซึ่งมีความหนาเป็น l และมีสายพันธุ์ทางเคมีที่มีความเข้มข้น c
ลำแสงมีความเข้มเริ่มต้นและสุดท้ายซึ่งกำหนดโดยสัญลักษณ์ I 0และ I ตามลำดับ โปรดทราบว่าหลังจากโต้ตอบกับตัวกลางดูดซับฉันมีค่าน้อยกว่า I 0ซึ่งแสดงว่ามีการดูดซับรังสี ยิ่ง c และ l สูงเท่าไหร่ฉันก็จะยิ่งเล็กลงเมื่อเทียบกับ I 0 ; นั่นคือจะมีการดูดซึมมากขึ้นและการส่งผ่านน้อยลง
กฎหมาย Beer-Lambert คืออะไร?
ภาพด้านบนครอบคลุมกฎหมายนี้อย่างสมบูรณ์แบบ การดูดกลืนรังสีในตัวอย่างจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงแบบทวีคูณตามหน้าที่ของ col ในการทำให้กฎหมายเข้าใจได้อย่างสมบูรณ์และเข้าใจได้ง่ายนั้นจำเป็นต้องมีแง่มุมทางคณิตศาสตร์
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว I 0และ I คือความเข้มของลำแสงสีเดียวก่อนและหลังแสงตามลำดับ บางตำราชอบใช้สัญลักษณ์ P 0และ P ซึ่งหมายถึงพลังงานของรังสีไม่ใช่ความเข้มของมัน ที่นี่คำอธิบายจะดำเนินต่อไปโดยใช้ความเข้มข้น
ในการทำให้สมการของกฎนี้เป็นเชิงเส้นต้องใช้ลอการิทึมโดยทั่วไปคือฐาน 10:
บันทึก (I 0 / I) = εl c
คำศัพท์ (I 0 / I) บ่งบอกถึงความเข้มของผลิตภัณฑ์การดูดซึมของรังสีที่ลดลง กฎหมายของแลมเบิร์ตพิจารณาเฉพาะอัล (εl) ในขณะที่กฎของเบียร์ละเว้นอัล แต่วาง ac ไว้แทน (ε c) สมการด้านบนคือการรวมกันของกฎหมายทั้งสองดังนั้นจึงเป็นนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ทั่วไปสำหรับกฎหมายเบียร์ - แลมเบิร์ต
การดูดซับและการส่งผ่าน
การดูดซับถูกกำหนดโดยคำว่า Log (I 0 / I) ดังนั้นสมการจะแสดงดังนี้:
A = εlค
โดยที่εคือสัมประสิทธิ์การสูญพันธุ์หรือการดูดซับโมลาร์ซึ่งเป็นค่าคงที่ที่ความยาวคลื่นที่กำหนด
โปรดสังเกตว่าถ้าความหนาของตัวกลางดูดซับคงที่เช่นเดียวกับεการดูดซับ A จะขึ้นอยู่กับความเข้มข้น c ของชนิดดูดซับเท่านั้น นอกจากนี้มันยังเป็นสมการเชิงเส้น y = mx โดยที่ y คือ A และ x คือ c
เมื่อการดูดซับเพิ่มขึ้นการส่งผ่านจะลดลง นั่นคือปริมาณรังสีที่สามารถส่งผ่านได้หลังจากการดูดซึม พวกเขาจึงผกผัน ถ้า I 0 / I ระบุระดับการดูดกลืน I / I 0 จะเท่ากับการส่งผ่าน รู้สิ่งนี้:
ฉัน / ฉัน0 = T
(I 0 / I) = 1 / T
บันทึก (I 0 / I) = บันทึก (1 / T)
แต่ Log (I 0 / I) ยังเท่ากับการดูดซับ ดังนั้นความสัมพันธ์ระหว่าง A และ T คือ:
A = บันทึก (1 / T)
และใช้คุณสมบัติของลอการิทึมและรู้ว่า Log1 เท่ากับ 0:
A = -LogT
โดยปกติการส่งผ่านจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์:
% T = ฉัน / ฉัน0 ∙ 100
กราฟิก
ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้สมการสอดคล้องกับฟังก์ชันเชิงเส้น ดังนั้นคาดว่าเมื่อสร้างกราฟแล้วพวกเขาจะให้เส้น
กราฟที่ใช้สำหรับกฎหมาย Beer-Lambert ที่มา: Gabriel Bolívar
สังเกตว่าทางด้านซ้ายของภาพด้านบนเรามีเส้นที่ได้จากการสร้างกราฟ A เทียบกับ c และทางด้านขวาของเส้นตรงกับกราฟของ LogT เทียบกับ c หนึ่งมีความชันเป็นบวกและอีกค่าหนึ่งเป็นลบ การดูดซับยิ่งสูงการส่งผ่านยิ่งต่ำ
ด้วยความเป็นเชิงเส้นนี้ความเข้มข้นของชนิดเคมีดูดซับ (โครโมโซม) สามารถระบุได้หากทราบว่าพวกมันดูดซับรังสี (A) ได้มากเพียงใดหรือมีการส่งผ่านรังสีเท่าใด (LogT) เมื่อไม่สังเกตความเป็นเส้นตรงนี้จะกล่าวได้ว่ากำลังเผชิญกับความเบี่ยงเบนทางบวกหรือเชิงลบของกฎเบียร์ - แลมเบิร์ต
การประยุกต์ใช้งาน
โดยทั่วไปการใช้งานที่สำคัญที่สุดบางส่วนของกฎหมายนี้มีการกล่าวถึงด้านล่าง:
- หากสายพันธุ์เคมีมีสีเป็นตัวอย่างที่ต้องวิเคราะห์โดยเทคนิคการวัดสี สิ่งเหล่านี้เป็นไปตามกฎหมาย Beer-Lambert และอนุญาตให้กำหนดความเข้มข้นของการวิเคราะห์ตามหน้าที่ของการดูดซับที่ได้จากเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์
- ช่วยให้สามารถสร้างเส้นโค้งการสอบเทียบโดยคำนึงถึงผลเมทริกซ์ของตัวอย่างความเข้มข้นของชนิดที่สนใจจะถูกกำหนด
- ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์โปรตีนเนื่องจากกรดอะมิโนหลายชนิดมีการดูดซับที่สำคัญในบริเวณอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า
- ปฏิกิริยาเคมีหรือปรากฏการณ์ระดับโมเลกุลที่บ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงของสีสามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้ค่าการดูดซับที่ความยาวคลื่นหนึ่งหรือมากกว่า
- การใช้การวิเคราะห์หลายตัวแปรสามารถวิเคราะห์ส่วนผสมที่ซับซ้อนของโครโมโซมได้ ด้วยวิธีนี้สามารถกำหนดความเข้มข้นของสารวิเคราะห์ทั้งหมดได้และยังสามารถจำแนกสารผสมและแยกความแตกต่างได้ ตัวอย่างเช่นกำหนดว่าแร่ที่เหมือนกันสองชนิดมาจากทวีปเดียวกันหรือประเทศใดประเทศหนึ่ง
แบบฝึกหัดที่แก้ไข
แบบฝึกหัด 1
การดูดซับของสารละลายที่แสดงการส่งผ่าน 30% ที่ความยาวคลื่น 640 นาโนเมตรเป็นเท่าใด
ในการแก้ปัญหาก็เพียงพอที่จะไปที่คำจำกัดความของการดูดซับและการส่งผ่าน
% T = 30
T = (30/100) = 0.3
และเมื่อทราบว่า A = -LogT การคำนวณนั้นตรงไปตรงมา:
A = - บันทึก 0.3 = 0.5228
โปรดทราบว่าไม่มีหน่วย
แบบฝึกหัด 2
หากวิธีแก้ปัญหาจากการออกกำลังกายครั้งก่อนประกอบด้วยสายพันธุ์ W ที่มีความเข้มข้น 2.30 ∙ 10 -4 M และสมมติว่าเซลล์มีความหนา 2 ซม. ความเข้มข้นของมันจะต้องเป็นเท่าใดจึงจะได้การส่งผ่าน 8%?
สามารถแก้ไขได้โดยตรงด้วยสมการนี้:
-LogT = εlค
แต่ไม่ทราบค่าของε ดังนั้นจึงต้องคำนวณด้วยข้อมูลก่อนหน้านี้และสันนิษฐานว่าค่าคงที่ในช่วงความเข้มข้นที่กว้าง:
ε = -LogT / lc
= (- บันทึก 0.3) / (2 ซม. x 2.3 ∙ 10 -4 ม .)
= 1136.52 ม-1 ∙ซม. -1
และตอนนี้คุณสามารถดำเนินการคำนวณด้วย% T = 8:
c = -LogT / εl
= (- บันทึก 0.08) / (1136.52 M -1 ∙ซม. -1 x 2 ซม.)
= 4.82 ∙ 10 -4 M
จากนั้นสายพันธุ์ W ก็เพียงพอที่จะเพิ่มความเข้มข้นเป็นสองเท่า (4.82 / 2.3) เพื่อลดเปอร์เซ็นต์การส่งผ่านจาก 30% เป็น 8%
อ้างอิง
- Day, R. , & Underwood, A. (1965). เคมีวิเคราะห์เชิงปริมาณ. (ฉบับที่ห้า) PEARSON Prentice Hall, p 469-474
- Skoog DA, DM ตะวันตก (1986) การวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือ (ฉบับที่สอง) Interamericana., เม็กซิโก.
- Soderberg T. (18 สิงหาคม 2014). กฎหมายเบียร์ - แลมเบิร์ต เคมี LibreTexts สืบค้นจาก: chem.libretexts.org
- Clark J. (พ.ค. 2016). กฎหมายเบียร์ - แลมเบิร์ต สืบค้นจาก: chemguide.co.uk
- การวิเคราะห์สี: กฎของเบียร์หรือการวิเคราะห์สเปกโตรโฟโตเมตริก ดึงมาจาก: chem.ucla.edu
- ดร. JM FernándezÁlvarez (เอสเอฟ) เคมีวิเคราะห์: คู่มือการแก้ปัญหา. . ดึงมาจาก: dadun.unav.edu