UV-sichtbares Spektralphotometer-Setup und Beer-Lambert-Gesetz
In diesem Artikel werden wir eine kurze Diskussion der UV-sichtbaren Spektroskopie und des Beer-Lambert-Gesetzes geben.
UV-Vis-Spektralphotometer-Setup
Zu Beginn unserer folgenden Sitzung handelt es sich um ein Konstruktionsdesign, das eine relativ typische Art der Einrichtung für ein UV-sichtbares Spektrophotometer darstellt. Für die Herstellung eines Spektrophotometers stehen verschiedene Marken und Designs zur Verfügung. Dies ist jedoch eine der einfachsten Möglichkeiten. Fahren wir von hier aus fort.
Einfache Einrichtung des UV-Vis-Spektralphotometers
Einfache Spektralphotometer-Teile
- Die erste Komponente ist eine Quelllampe, die so einfach sein kann wie ein Motorroller-Scheinwerfer oder eine komplexere Deuterium-Lampe oder sogar eine Xenon-Bogenlampe.
- Der nächste Teil ist ein Monochromator, der aus zwei Schlitzen besteht, die durch ein Prisma oder ein Beugungsgitter getrennt sind. Wir werden unten über die Verwendung von Schlitzen sprechen.
- Das nächste Gerät dieses Spektrophotometers ist der sogenannte Strahlteiler, der den Lichtstrahl in zwei parallele Lichtstrahlen aufteilt. Dieser Teil besteht aus 2 Prismen.
- Die nächste Komponente ist das Probenfach, in dem sich die Referenz- und Probenküvetten befinden.
- Und das letzte Element sind die Detektoren, bei denen es sich um Sensoren handelt, die von einem Computer überwacht werden können, um den Aufprall von Photonen in elektrischen Strom umzuwandeln.
5 Teile des Spektralphotometer-Designs
Nun haben wir jedes der kleineren Elemente in unserem einfachen Spektrophotometer identifiziert. Lassen Sie uns das Instrument einschalten und sehen, was passieren wird.
Lassen Sie uns die Lampenlichtquelle anzünden und verschiedene Lichter in einem Wellenlängenbereich erzeugen. Dieses Licht passiert diesen ersten Monochromatorschlitz, der sicherstellt, dass sich alle Lichtphotonen auf parallelen Wegen bewegen. Später, wenn sie das Prisma erreichen, können sich die Lichter in einen farbigen Regenbogen brechen.
Lichter bewegen sich nach dem Monochromator parallel
Hier bewegt sich jede Lichtwellenlänge zum anderen Spalt, so dass nur eine voreingestellte Lichtwellenlänge hindurchtreten kann. Im Monochromator erreicht der zweite Spalt den Strahlteiler, der das Licht in zwei Strahlen gleicher Intensität verwandelt. Diese beiden Strahlen gleicher Intensität passieren das Probenfach verschiedener Küvetten: die Referenz- und die Probenküvette.
Strahlen durchqueren jede Küvette mit gleicher Intensität
Während der Strahl diese Küvetten verlässt und auf das Detektionssystem trifft, das zur Erzeugung eines elektrischen Stroms abgefeuert wird, werden Sie feststellen, dass sowohl die Referenz- als auch die Probenküvette zu diesem Zeitpunkt die gleiche Lichtintensität haben. Infolgedessen ist der von jedem Detektor erzeugte Strom der gleich.
Identischer Ausgangsstrom für beide Küvetten
Konsequenzen der Spektralphotometerdaten
In diesem Fall ist also sowohl die von jedem der beiden Detektoren erfasste Stromstärke identisch. Wenn wir das Verhältnis der Intensität, die aus der Probenküvette austritt, zu der Intensität berücksichtigen, die die Referenzküvette verlässt, können wir sehen, dass unsere Probenküvettentransmission 100% derjenigen der Referenzküvette beträgt. Wir werden daher diese 100% ige Übertragung hier bei einer Konzentration von Null abbilden.
ich = Probenküvette ich 0 = Referenzküvette
Lassen Sie uns nun dieser Küvette eine kleine Probe hinzufügen, die das Licht absorbieren könnte. Beachten Sie, dass die Intensität des Lichts aus der Probenküvette abnimmt, wenn ich dies tue. Es gibt daher auch eine Verringerung des von seinem Detektor erzeugten Stroms.
Aktuelle Abnahme nach hinzugefügtem Sample
Als solches beträgt das Intensitätsverhältnis nicht mehr 100%, in diesem Fall sinkt es bei einer gegebenen Konzentration X auf 50%.
Das Intensitätsverhältnis sinkt auf 50%
Wenn ich der Probenküvette eine weitere äquivalente Probe hinzufüge, verringert sich die Stromstärke weiter. Die Probe reduziert die Intensität des durch die Probenküvette hindurchtretenden Lichts für jede äquivalente Probenkonzentration, die wir hinzufügen, um nur die Hälfte.
Zweites Beispiel hinzugefügt
Berechnen wir nun die neuen Stromstärken der Proben- und Referenzküvetten. Wir werden feststellen, dass die Durchlässigkeit 25% beträgt und gleichzeitig die Konzentration schrittweise zunimmt.
ich = Probenküvette ich 0 = Referenzküvette
Probe noch einmal hinzufügen Die Probenküvette führt zu einer weiteren Abnahme um 50% und folglich zu einer prozentualen Durchlässigkeit von 12,5%. Die Konzentration beträgt jetzt 3x.
ich = Probenküvette ich 0 = Referenzküvette
Wir haben jetzt genug Daten, um etwas wirklich Interessantes zu sehen.
Die Beziehung zwischen dem Transmissionsprozentsatz und der Probenkonzentration ist nicht linear. Es ist stattdessen exponentiell.
Obwohl diese Daten sehr nützlich sind, bevorzugen Forscher und Spektroskopiker die Analyse linearer Beziehungen innerhalb der Datenergebnisse, solange dies möglich ist, da dies die Diskussion viel klarer macht und es viel einfacher ist, vorherzusagen, wie die Dinge sein werden, wenn wir eine haben einfache lineare Darstellung.
Hallo Beer-Lambert-Gesetz
Das ist wo Beer-Lambert-Gesetz wird nützlich. Sie könnten eine Idee haben, dass wir jetzt einen exponentiellen Zusammenhang zwischen dem Übertragungsprozentsatz und meiner Konzentration haben.
In dieser Gleichung können wir sehen, dass die Konzentration ein Term im Exponenten (conc) ist.
August Beer wandelte den Transmissionsprozentsatz in eine neue Einheit namens Absorption um. Wenn wir den Logarithmus oder wirklich den negativen Logarithmus der Durchlässigkeit nehmen, haben wir die folgende Gleichung:
Unter Verwendung des Logarithmus einer Exponentialfunktion wird eine lineare Funktion erzeugt. Die Daten sind daher wesentlich einfacher zu betrachten, wenn sie als Absorption und nicht als Durchlässigkeit aufgetragen werden. Ganz zu schweigen davon, dass es durch Extrapolation oder Interpolation innerhalb des von uns gesammelten Datensatzes viel einfacher ist, die genaue Absorption vorherzusagen.
Aus diesem Grund wandeln wir die prozentuale Durchlässigkeit so oft durch UV-Spektroskopie in Absorption um. Dies ist die Anwendung des Beer-Lambert-Gesetzes.
Das ist alles für jetzt! Vielen Dank für Ihre Zeit beim Lesen!
Moderator: Professor Davis von ChemSurvival
Link zum Video: https://www.youtube.com/watch?v=wxrAELeXlek