Vom Licht zu Daten: Die Technologie der Kolorimetrie und Spektrophotometrie

Was ist Farbmetrik:
Farbmetrik ist einfach die Messung der Farbe. Farbmetrik ist die Bestimmung der Konzentration einer Substanz durch Messung der relativen Lichtabsorption im Verhältnis zu einer bekannten Konzentration der Substanz. Bei der visuellen Farbmetrik wird normalerweise natürliches oder künstliches weißes Licht als Lichtquelle verwendet, und die Messungen werden normalerweise mit einem einfachen Instrument namens Kolorimeter oder Farbkomparator durchgeführt. Wenn anstelle von Augen Fotozellen verwendet werden, spricht man von einem fotoelektrischen Kolorimeter.

Die kolorimetrische Analyse basiert auf dem Prinzip, dass viele Stoffe miteinander reagieren und eine Farbe bilden, die die Konzentration des gemessenen Stoffes anzeigt. Wenn eine Substanz einem Strahl der Intensität (I 0 ) ausgesetzt wird, wird ein Teil der Strahlung von den Molekülen der Substanz absorbiert und Strahlung der Intensität (I) emittiert. Dieser Intensitätsunterschied wird in kolorimetrischen Tests genutzt.

Die Menge der absorbierten Strahlung ergibt sich aus dem Lambert-Beerschen Gesetz:
A = Ɛ•l•C
A ist Absorption
Ɛ ist der molare Extinktionskoeffizient [L/(mol cm)]
l ist die Weglänge (cm)
C ist die Konzentration (mol/Liter)

Was ist Spektrophotometrie:
Spektralphotometrie ist eine Methode zur qualitativen und quantitativen Analyse der Substanz durch Messung der Absorption der Substanz bei einer bestimmten Wellenlänge oder innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs.

Grundprinzipien der Spektrophotometrie:
Materie interagiert mit Licht und hat die Eigenschaft der selektiven Absorption. Die Farbe einer farbigen Substanz entsteht durch die Wechselwirkung der Substanz mit Licht. Das heißt, die Farbe der gefärbten Lösung ist auf die selektive Lichtabsorption durch die Substanzen in der Lösung zurückzuführen.

Da verschiedene Substanzen unterschiedliche Molekülstrukturen haben, verfügen sie über unterschiedliche Absorptionsfähigkeiten für unterschiedliche Lichtwellenlängen. Daher haben Strukturgruppen mit charakteristischen Strukturen die maximale tatsächliche Wellenlänge für selektive Absorptionseigenschaften, bilden den maximalen Absorptionspeak und erzeugen ein einzigartiges Absorptionsspektrum.

Selbst der gleiche Stoff absorbiert aufgrund seines unterschiedlichen Gehalts unterschiedlich Licht. Die Methode, das einzigartige Absorptionsspektrum einer Substanz zu verwenden, um die Existenz einer Substanz zu identifizieren (qualitative Analyse), oder den Grad der Absorption einer bestimmten Lichtwellenlänge durch eine Substanz zu verwenden, um den Gehalt einer Substanz zu messen (quantitative Analyse). namens sSpektrophotometrie.

Das Lambert-Beersche Gesetz ist das Grundprinzip, auf dem die quantitative Analyse der Spektrophotometrie basiert. Wenn ein monochromatischer Lichtstrahl (Licht einer Farbe) eine gleichmäßige Lösung durchdringt, wird ein Teil davon absorbiert und ein Teil durchgelassen. Sei die Intensität des einfallenden Lichts I0 und die Intensität des durchgelassenen Lichts I, dann ist I/I0 die Durchlässigkeit, dargestellt durch T. Prozentuale Durchlässigkeit T% = (I/I0)x100 %

Studien haben gezeigt, dass der Grad der Lichtabsorption durch die Lösung, d. h. Absorption (A) (auch bekannt als Extinktion E oder optische Dichte D) und Transmission (T), in einem negativen logarithmischen Verhältnis steht, d. h.: A = – lgT

Lambertsches Gesetz: Der Grad der Lichtabsorption (A) einer farbigen Lösung ist proportional zur Dicke (Lichtweg) b ihrer Flüssigkeitsschicht. Wenn die Konzentration der Lösung konstant ist, ist der A-Wert des Lichtabsorptionsgrads umso größer und die Lichtdurchlässigkeit umso kleiner, je dicker die Flüssigkeitsschicht der Lösung ist.
Das heißt: A = ab

Beersches Gesetz: Der Grad der Lichtabsorption (A) einer farbigen Lösung ist proportional zu ihrer Konzentration (Anzahl der lichtabsorbierenden Partikel) C. Das heißt, wenn die Dicke der Flüssigkeitsschicht der Lösung konstant ist, ist die Konzentration umso größer der Lösung, desto größer ist der Grad der Lichtabsorption und desto geringer ist die Durchlässigkeit.
Das heißt: A = ac
Die Kombination der beiden oben genannten Formeln kann in der folgenden Formel ausgedrückt werden: A = -lgT=abc
Das heißt, A = abc.

Die obige Formel ist das Lambert-Beersche Gesetz, das bedeutet: Wenn ein Strahl monochromatischen Lichts eine gleichmäßige Lösung durchdringt, ist die Absorption des monochromatischen Lichts der Lösung proportional zum Produkt aus Lösungskonzentration und Dicke der Flüssigkeitsschicht. [2-3]

Bei A =abc stellt der Absorptionskoeffizient a die Empfindlichkeit der lichtabsorbierenden Substanz dar. Je größer der Wert von a ist, desto höher ist die Empfindlichkeit. Wenn die Konzentrationseinheit die Konzentration der Substanz ist (Einheit: mol/L), kann das Absorptionsvermögen a als ε geschrieben werden, und ε wird als molares Absorptionsvermögen bezeichnet.

Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass bei Festlegung der Dicke b der Lösungsschicht und des Absorptionskoeffizienten a die Absorption A linear mit der Konzentration der Lösung zusammenhängt. Bei der quantitativen Analyse muss zunächst die Absorption unterschiedlicher Lichtwellenlängen durch die Lösung gemessen werden (Absorptionsspektrum), daraus die maximale Absorptionswellenlänge bestimmt werden und anschließend das Licht dieser Wellenlänge als Lichtquelle verwendet werden (monochromatisches Licht). ) zur Messung der Extinktion A, das Lang-Burbeer-Gesetz ist die erste Voraussetzung für die quantitative Analyse.

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