Spektrofotometria



Pobieranie 48 Kb.
Data06.05.2016
Rozmiar48 Kb.
SPEKTROFOTOMETRIA
Spektrofotometria absorpcyjna w świetle widzialnym i ultrafiolecie oparta jest na selektywnej absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przez substancję. Promieniowanie elektromagnetyczne wykazuje charakter falowy jak również korpuskularny. Falowy charakter promieniowania określają liczbowo następujące wielkości: długość fali
[nm, m.], częstotliwość drgań [Hz] oraz liczba falowa [cm-1]. Częstotliwość drgań związana jest z długością fali zależnością:

gdzie: c jest prędkością rozchodzącego się promieniowania w próżni i wynosi 3,00 1010 cm/s.

Dualizm promieniowania elektromagnetycznego wyraża stała Plancka, która opisuje energię promieniowania za pomocą wielkości wynikających z natury falowej.

gdzie: h- stała Plancka wynosi 6,62610-34 Js

Energia fotonów najczęściej wyrażona jest w elektronowoltach, 1eV odpowiada 1,60210-19 J. Ze względu na to, iż w procesach fotochemicznych bierze udział duża ilość cząsteczek, energię można wyrazić w eV/mol. Wówczas 1 eV/mol odpowiada ok. 23 kcal/mol lub


95,5 J/mol.

Z wielu możliwych oddziaływań promieniowania z materią w spektrofotometrii UV/VIS interesuje nas specyficzna absorpcja tego promieniowania. Promieniowanie monochromatyczne o natężeniu Io przechodząc przez ośrodek absorbujący ulega osłabieniu do wartości It które związane jest z częściową absorbcją, odbiciem promieniowania od ścianek kuwety oraz rozproszeniem na pojedynczych cząsteczkach. Część wpływów zakłócających eliminuje się prowadząc pomiary porównawcze. Stosunek It/ Io nazwany został transmitancją i charakteryzuje ona przepuszczalność ośrodka. Logarytm dziesiętny z odwrotności transmitancji nosi nazwę absorbancji. Wartości absorbancji są wprost proporcjonalne do stężenia c absorbującej substancji i do grubości warstwy absorbującej:



;

Z punktu widzenia potrzeb analityki duże znaczenie miało określenie zależności absorbancji od stężenia roztworu i grubości warstwy. Znane jest to pod nazwą prawa Lamberta-Beera, które można wyrazić następująco:


A = k  l  c

gdzie: k- współczynnik absorpcji

l – grubość warstwy jest wyrażana w centymetrach

c – stężenie

Jeżeli stężenie wyrażone jest w [mol/L] to współczynnik absorpcji nazywamy molowym współczynnikiem absorpcji , natomiast dla stężenia procentowego - nazwanego współczynnikiem absorpcji właściwej.

Zależności pomiędzy molowym a procentowym współczynnikiem absorpcji przedstawiają wzory:

;

W przypadku pomiarów absorpcji mieszanin ma zastosowanie prawo addytywności, które wyraża absorbancję całkowitą mieszaniny A jako sumę niezależnych absorbancji poszczególnych składników. Dla mieszaniny dwuskładnikowej mamy:



A = A1 + A2 = c1 l 1 + c2 l 2

Przykład 1. Obliczyć stężenie molowe roztworu, którego absorbancja mierzona w kuwecie o grubości 20mm wynosi 0,85. Molowy współczynnik absorpcji = 4500.

Korzystając z prawa Lamberta - Beera otrzymujemy:



; = 9,44410-5 mol/l

Przykład 2. Obliczyć transmitancję roztworu barwnika o stężeniu c=7,810-4mol/L, jeżeli molowy współczynnik absorpcji wynosi 1900 a grubość kuwety 5mm.

Z zależności absorbancji od transmitancji A = - log T oraz A = l c otrzymujemy:




Przykład 3. Obliczyć współczynnik absorpcji właściwej związku o masie cząsteczkowej 425 wiedząc, że T=30%, grubość warstwy wynosi 2mm, a stężenie roztworu c= 710-5 mol/L.


Przeliczamy stężenie molowe na procentowe korzystając ze wzoru:



Przeliczamy transmitancję na absorbancję i milimetry na centymetry:



A = - logT = -log 0,3 = 0,523

Przykład 4. Obliczyć stężenie molowe roztworu o masie cząsteczkowej równej 250, jeżeli współczynnik absorpcji właściwej wynosi 150, a transmitancja 80%. Grubość warstwy – 3cm.
A = -log T = - log 0,80 = 0,0969




Przykład 5. Obliczyć transmitancję roztworu siarczanu miedzi o stężeniu 810-3% (m/m). Grubość kuwety wynosiła 0,5cm a molowy współczynnik absorpcji 2400.


MCuSO4 =63,5+32+4∙16 = 159,5






P
rzykład 6.
Obliczyć współczynnik absorpcji właściwej związku o masie cząsteczkowej równej 420, wiedząc, że transmitancja tego roztworu mierzona w kuwecie o grubości 5mm wynosi 0,7%, stężenie molowe 310-4 mol/L





Przykład 7. Obliczyć stężenie procentowe roztworu pewnego barwnika o masie cząsteczkowej 608, jeżeli transmitancja roztworu wynosi 27%, a molowy współczynnik absorpcji 3,1104 . Pomiar przeprowadzono w kuwecie o grubości 30 mm.




c

Przykład 8. Transmitancja roztworu o masie cząsteczkowej równej 426 i stężeniu procentowym 310-6 % (m/m) wynosi 94,4%. Obliczyć wartość molowego współczynnika absorpcji , jeżeli pomiary prowadzone były w kuwecie o grubości l = 50mm.





Przykład 9. Jakie było stężenie molowe barwnika, jeżeli jego transmitancja zmierzona w kuwecie o grubości l = 30mm wynosiła 94%, a = 35000.



Przykład 10. Absorbancja roztworu dwuchromianu potasu o stężeniu 110-4 mol/L dla światła o długości fali = 410 nm wynosi 0,15, a przy długości 675 nm – 0,70.

Absorbancja roztworu siarczanu miedzi o stężeniu 210-4 mol/L w tych samych warunkach wynosi 0,60 i 0,00.Obliczyć stężenie obu tych soli w mieszaninie, jeżeli absorbancja mieszaniny przy = 410 nm wynosi 0,70, a przy = 675 nm – 0,75. Grubość kuwety
wynosiła 1cm.

Obliczamy molowe współczynniki absorpcji dla obydwu związków przy każdej długości fali.

Dla = 410nm:


Dla  = 675 nm:



Przy długości fali = 675 nm absorbancja Am mieszaniny wynosi:



0,75= 7000 c + 0



Znając stężenie dwuchromianu potasu możemy obliczyć stężenie siarczanu miedzi:



Przykład 11. Obliczyć energię fotonów w elektronowoltach dla promieniowania o długości fali 2nm.


Jest to energia jednego fotonu.


Stąd x =

Przykład 12. Chlor cząsteczkowy absorbuje promieniowanie o długości fali około 400nm. Czy możliwa jest fotodysocjacja, jeżeli energia wiązania Cl-Cl wynosi 243 kJ/mol ?


Chlor absorbuje promieniowanie o energii równej:

Energia wiązania cząsteczki jest natomiast równa;


gdzie 6,021023 jest liczba Avogadro.


Jak widać energia promieniowania jest większa od energii wiązania, zatem może nastąpić fotodysocjacja.

Zadanie 13.

Absorbancja roztworu nadmanganianu potasu wynosi 1,80. Ile będzie wynosić transmitancja, jeżeli 10 mL tego roztworu przeniesiono do kolbki i uzupełniono do 100 mL. Pomiary wykonano w kuwecie o tej samej grubości. Odp: 66%

Zadanie 14.


Próbkę stali o masie 1g rozpuszczono w mieszaninie kwasu siarkowego i fosforowego. Zawarty w stali mangan utleniono do nadmanganianu i otrzymany roztwór rozcieńczono do 250 mL. Absorbancja tego roztworu mierzona w kuwecie o grubości 1cm wynosiła 0,580. Obliczyć procentową zawartość manganu w stali wiedząc, że = 2,3103 a MMn = 55g/mol. Odp:0,35%

Zadanie 15.


Do laboratorium przywieziono próbkę o masie 2g zawierającą mangan. Próbkę rozpuszczono w mieszaninie kwasu siarkowego i fosforowego, a zawarty mangan utleniono do nadmanganianu. Otrzymany roztwór rozcieńczono do 25cm3. Pobrano z niego 5 mL do kolbki 100 mL i uzupełniono do kreski wodą. Transmitancja tego roztworu mierzona w kuwecie
o grubości 10 mm wynosiła 35% Wiedząc, że molowy współczynnik absorpcji = 2,3103
a MMn = 55g/mol obliczyć zawartość manganu w próbce. Odp: 0,27%

Zadanie 16.

Obliczyć transmitancję roztworu połączenia kompleksowego żelaza (III) z rodankiem potasu przy długości fali = 480 nm, jeżeli stężenie roztworu wynosiło 110-5 mol/mL ,a = 2,4104 Grubość kuwety l = 5mm. Odp. 75,9%




Zadanie 17.


Do zbiornika wodnego o objętości 1,875102 L wsypano barwnik o masie cząsteczkowej równej 200 i molowym współczynniku absorpcji = 7,5104. Po dokładnym wymieszaniu zmierzono absorbancję powstałego roztworu w kuwecie o grubości l = 5cm, która wynosiła 0,15. Obliczyć masę wsypanego barwnika. Odp: 0,015g

Zadanie 18.


Do zbiornika wodnego wsypano 2 g barwnika o Mcz = 450 i  = 3,8104 . Po dokładnym wymieszaniu zmierzono absorbancję tego roztworu w kuwecie o grubości l = 20 mm. Absorbancja wynosiła 0,85. Obliczyć objętość zbiornika wodnego. Odp: 397,5 L

Zadanie 19.

W celu zbadania zawartości żelaza w próbce o objętości 50cm3 pobrano z niej 25L
i rozcieńczono do 0,005 L. Następnie zmierzono absorbancjję powstałego roztworu, która wynosiła 0,85. Grubość kuwety l = 3 mm, a = 2,5104. M.Fe = 56. Oblicz zawartość żelaza
w próbce. Odp. 0,0635 g




Zadanie 20.

Roztwór o stężeniu c absorbuje 70% padającego promieniowania monochromatycznego. Jeżeli dla roztworu tego spełnione jest prawo Lamberta-Beera, to ile wynosić będzie transmitancja roztworu o stężeniu 4 c. Odp. 0,81 %

Zadanie 21.

Do analizy otrzymano 200 L roztworu pewnego związku o masie molowej M = 145 g/mol. Pobrano z niej 20 L do kolbki o obj. 5 mL i uzupełniono do kreski wodą. Absorbancja powstałego roztworu wynosiła 0,85. Wiedząc, że = 3,5104 a l = 20 mm obliczyć zawartość badanego związku w próbce. Odp. 0,08803 mg

Zadanie 22.

Do 400 mL 1,5% (m/m) jodku sodu dodano 4mg NaIO3 .Obliczyć transmitancję końcowego roztworu, jeżeli fotometrowano go przy długości fali = 605 nm w kuwecie o grubości 20 mm. Molowy współczynnik absorpcji wynosił 4500. Odp. 4,37%




Zadanie 23.

Do 5 L 3% (m/m) KBr dodano 30 mg KBrO3 Obliczyć molowy współczynnik absorpcji, jeżeli końcowy roztwór fotometrowano w kuwecie o grubości 5 mm, a zmierzona transmitancja wynosiła 20%. Odp:12970


UWAGA: Napisać równanie reakcji.

Zadanie 24.

Obliczyć transmitancję roztworu otrzymanego przez dodanie 50 mL 1,5% (m/m) nadmanganianu potasu do 20 mL 2% H2O2. Grubość kuwety wynosiła 5 mm, a molowy współczynnik absorpcji 2500. Odp: 17,1%

Zadanie 25.

Obliczyć częstotliwość i długość fali w nm, jeżeli energia fotonów wynosi 0,07 eV.

Odp; = 17726nm, = 1,6921013 Hz




Zadanie 26.


Jaka musi być długość fali promieniowania aby mogła nastąpić fotodysocjacja wiązania
o energii 450 kJ/mol. Odp: = 266 nm

Zadanie 27.

Obliczyć energią promieniowania w elektronowoltach, jeżeli długość fali wynosi 22,4m.


Odp; 0,0554eV

Zadanie 28.

Wiedząc, że 1eV odpowiada liczbie falowej 8065 cm-1, obliczyć jaką energię oraz długość fali ma promieniowanie o liczbie falowej 53250 cm-1 .


Odp: = 188 nm, E = 6,6 eV

Zadanie 29.


Obliczyć energię promieniowania o długości fali 254nm. Odp: E =7,82610-19 J = 4,88 eV


Zadanie 30.


Obliczyć długość fali promieniowania o energii 3,41eV. Odp: = 363 nm

Zadanie 31.


Na podstawie poniższych danych obliczyć stężenie substancji A i B w mieszaninie.




Stężenie (mol/L)

Absorbancja ( = 450 nm)

Absorbancja ( = 450 nm)

A

1,510-4

0,780

0,220

B

2,310-4

0,000

0,640

mieszanina

?

0,950

0,890

Grubość kuwety l = 1cm. Odp: cA = 1,82710-4 mol/L; cB = 2,23510-4 mol/L

Zadanie 32.


Laboratorium otrzymało 50 mL próbkę zawierającą wapń w celu dokładnego oznaczenia jego zawartości. Do oznaczenia pobrano próbkę o objętości 10 mL, dodano chlorofosfonazonu III
i uzupełniono do 50 mL. Zmierzona absorbancja w kuwecie o grubości l=1cm wynosiła 0,450. Wiedząc, że molowy współczynnik absorpcji dla połączenia wapnia
z chlorofosfonazonem III przy długości fali = 668 nm wynosi 5,4104, obliczyć ile miligramów wapnia było w próbce. Masa molowa wapnia 40g/mol. Odp:0,0833mg


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna