ספיגה: מה זה, דוגמאות ותרגילים שנפתרו - גוּפָנִי - 2025

הספיגה היא הלוגריתם עם סימן שלילי של המנה בין עוצמת האור מתהווה עוצמת אירוע האור על מדגם של פתרון שקוף כי כבר מואר באור מונוכרומטי. כמות זו היא העברה.

התהליך הפיזי של האור העובר דרך מדגם נקרא העברת אור, והספיגה היא מדד לכך. מכאן שהספיגה הופכת להיות הלוגריתם של הטרנספרנס והינה נתונים חשובים לקביעת ריכוז הדגימה המומס בדרך כלל בממיס כמו מים, אלכוהול או כל סוג אחר.

איור 1. תרשים של תהליך הקליטה. הוכן על ידי פ. זפטה

כדי למדוד ספיגה יש צורך במכשיר הנקרא אלקטרו-פוטומטר, שנמדד זרם שהוא פרופורציונלי לעוצמת האור שקורה על פני השטח שלו.

בעת חישוב העברה, האינטנסיביות המתאימה לממס בלבד נמדדת בדרך כלל ראשונה ותוצאה זו נרשמת כ- Io.

ואז הדגימה המומסת ממוקמת בממס באותם תנאי תאורה. האות שנמדד על ידי האלקטרו-פוטומטר מסומן כ- I, המאפשר לחשב את העברת ה- T לפי הנוסחה הבאה:

T = אני / אני או

זו כמות חסרת ממדים. הקליטה A מתבטאת אפוא כ:

A = - log (T) = - log (I / I o)

ספיגה טוחנת וספיגה

המולקולות המרכיבות חומר כימי מסוגלות לספוג אור, ומידה אחת לכך היא בדיוק הספיגה. זו תוצאה של האינטראקציה בין פוטונים לאלקטרונים מולקולריים.

לכן מדובר בעוצמה שתלויה בצפיפות או בריכוז של המולקולות המרכיבות את הדגימה וגם בנתיב האופטי או המרחק שנסע על ידי האור.

הנתונים הניסויים מצביעים על כך שהספיגה A פרופורציונאלית ליניארית לריכוז C ולמרחק d שנסע על ידי האור. אז כדי לחשב אותו על סמך פרמטרים אלה, ניתן לקבוע את הנוסחה הבאה:

A = ε⋅C⋅d

בנוסחה שלמעלה, ε הוא קבוע של מידתיות המכונה ספיגה טוחנת.

ספיגת הטוחנות תלויה בסוג החומר ובאורך הגל בו נמדדת הספיגה. ספיגת הטוחנות רגישה גם לטמפרטורת הדגימה וחומציות הדגימה.

חוק באר-למברט

קשר זה בין ספיגה, ספיגה, ריכוז ומרחק עובי הנתיב שאורו עובר בתוך הדגימה ידוע כחוק באר-למברט.

תרשים 2. חוק באר-למברט. מקור: פ. זפטה,

להלן מספר דוגמאות לשימוש בהן.

דוגמאות

דוגמא 1

במהלך ניסוי, דגימה מוארת באור אדום מלייזר הליום-ניאון, שאורך הגל שלו הוא 633 ננומטר. אלקטרו-פוטומטר מודד 30 מגה וולט כאשר אור לייזר פוגע ישירות ו -10 מגה וולט כאשר הוא עובר דרך מדגם.

במקרה זה העברה היא:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

והספיגה היא:

A = - יומן (⅓) = יומן (3) = 0.48

דוגמא 2

אם אותו חומר מונח במיכל שהוא מחצית עוביו של זה ששימש בדוגמה 1, ספר עד כמה האלקטרו-פוטומטר יסמן כאשר האור מהלייזר הליום-ניאון מועבר דרך הדגימה.

יש לקחת בחשבון שאם העובי יורד בחצי, אז הספיגה שהוא פרופורציונלי לעובי האופטי פוחתת בחצי, כלומר A = 0.28. ההעברה T תינתן על ידי הקשר הבא:

T = 10-A = 10 ^ (- 0.28) = 0.53

האלקטרו-פוטומטר יקרא 0.53 * 30 mV = 15.74 mV.

תרגילים שנפתרו

תרגיל 1

אנו רוצים לקבוע את הספיגה הטוחנית של תרכובת קניינית מסוימת שנמצאת בתמיסה. לשם כך, הפתרון מואר באור ממנורת נתרן 589 ננומטר. הדגימה תונח במחזיק מדגם בעובי 1.50 ס"מ.

נקודת המוצא היא תמיסה בריכוז של 4.00 × 10 ^ -4 שומות לליטר ונמדדת התמסורת, והתוצאה היא 0.06. בעזרת נתונים אלה, קבע את ספיגת הטוחנות של הדגימה.

פִּתָרוֹן

ראשית, נקבעת הספיגה, המוגדרת כלוגריתם הכי פחות לבסיס עשרה של העברה:

A = - יומן (T)

A = - יומן (0.06) = 1.22

ואז משתמשים בחוק למברט-באר שמבסס קשר בין ספיגה, ספיגה טוחנת, ריכוז ואורך אופטי:

A = ε⋅C⋅d

פיתרון לספיגה מולקולרית מתקבל הקשר הבא:

ε = A / (C⋅d)

החלפת הערכים הנתונים שיש לנו:

ε = 1.22 / (4.00 × 10 ^ -4 M⋅1.5 ס"מ) = 2030 (M⋅cm) ^ - 1

התוצאה לעיל העגלה לשלוש ספרות משמעותיות.

תרגיל 2

על מנת לשפר את הדיוק ולקבוע את שגיאת המדידה של ספיגתו הטוחנית של הדגימה בתרגיל 1, המדגם מדולל ברציפות לחצי מהריכוז והעוברים נמדדים בכל מקרה.

החל מ- Co = 4 × 10 ^ -4 M עם העברה T = 0.06, מתקבל רצף הנתונים הבא לגבי העברה והספיגה המחושבים מהעברה:

Co / 1–> 0.06–> 1.22

Co / 2–> 0.25–> 0.60

Co / 4–> 0.50–> 0.30

Co / 8–> 0.71–> 0.15

Co / 16–> 0.83–> 0.08

Co / 32–> 0.93–> 0.03

Co / 64–> 0.95–> 0.02

Co / 128–> 0.98–> 0.01

Co / 256–> 0.99–> 0.00

כאשר נתונים אלה מבצעים:

א) גרף ספיגה כפונקציה של ריכוז.

ב) התאמה לינארית של הנתונים ומציאת המדרון.

ג) מהמדרון המתקבל, חישבו את ספיגתו הטוחנית.

פִּתָרוֹן

תרשים 3. ספיגה מול ריכוז. מקור: פ. זפטה.

המדרון המתקבל הוא תוצר של ספיגת הטוחנה והמרחק האופטי, ולכן מחלקים את המדרון באורך 1.5 ס"מ. אנו משיגים את ספיגת הטוחנות

ε = 3049 / 1.50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

תרגיל 3

עם הנתונים מתרגיל 2:

א) חשב את הספיגה עבור כל פיסת נתונים.

ב) קבע ערך ממוצע לספיגת הטוחנה, סטיית התקן שלו והשגיאה הסטטיסטית הקשורה לממוצע.

פִּתָרוֹן

הספיגה הטוחנית מחושבת עבור כל אחד מהריכוזים שנבדקו. זכור שתנאי התאורה והמרחק האופטי נשארים קבועים.

התוצאות לספיגה טוחנת הן:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1,872, 1862 ביחידות של 1 / (M * ס"מ).

מתוצאות אלה אנו יכולים לקחת את הערך הממוצע:

<ε> = 1998 (M * ס"מ) ^ - 1

עם סטיית תקן של: 184 (M * ס"מ) ^ - 1

השגיאה הממוצעת היא סטיית התקן המחולקת בשורש הריבועי של מספר הנתונים, כלומר:

Δ <ε> = 184/9 ^ 0.5 = 60 (M * ס"מ) ^ - 1

לבסוף, ניתן להסיק כי לחומר המוגן בפטנט יש ספיגה מולקולרית בתדר 589 ננומטר המיוצר על ידי מנורת נתרן של:

<ε> = (2000 ± 60) (M * ס"מ) ^ - 1

הפניות

1. אטקינס, עמ '1999. כימיה פיזיקלית. מהדורות אומגה. 460-462.
2. המדריך. מעבר וספיגה. התאושש מ: quimica.laguia2000.com
3. טוקסיקולוגיה סביבתית. מעבר, קליטה וחוקו של למברט. התאושש מ: repositorio.innovacionumh.es
4. הרפתקה גופנית. ספיגה ושידור. התאושש מ: rpfisica.blogspot.com
5. ספקטרופוטומטריה. התאושש מ: chem.libretexts.org
6. טוקסיקולוגיה סביבתית. מעבר, קליטה וחוקו של למברט. התאושש מ: repositorio.innovacionumh.es
7. ויקיפדיה. ספיגה התאושש מ: wikipedia.com
8. ויקיפדיה. ספקטרופוטומטריה. התאושש מ: wikipedia.com