UV-zichtbare spectrofotometeropstelling en wet van Beer-Lambert
In dit artikel gaan we een korte bespreking hebben van UV-zichtbare spectroscopie en de wet van Beer-Lambert.
UV / VIS-spectrofotometer instellen
Om te beginnen met onze sessie hieronder, is een technisch ontwerp dat een relatief typisch type opstelling is voor een UV-zichtbare spectrofotometer. Er zijn verschillende merken en ontwerpen beschikbaar om een spectrofotometer te vervaardigen, maar dit is een van de eenvoudigste manieren. Laten we vanaf hier verder gaan.
Eenvoudige instelling van UV / VIS-spectrofotometer
Eenvoudige spectrofotometeronderdelen
- Het eerste onderdeel is een bronlamp die net zo eenvoudig kan zijn als een koplamp van een motorscooter of een complexere deuteriumlamp of zelfs een xenonbooglamp.
- Het volgende deel is een monochromator, die bestaat uit twee spleten gescheiden door een prisma of een rooster van diffractie. We zullen het hieronder hebben over het gebruik van spleten.
- Het volgende apparaat van deze spectrofotometer is de zogenaamde beamsplitter die de lichtbundel opsplitst in twee parallelle lichtbundels. Dit deel bestaat uit 2 prisma’s.
- Het volgende onderdeel is het monstercompartiment waar de referentie- en monstercuvetten zich bevinden.
- En het laatste element zijn de detectoren, sensoren die door een computer kunnen worden gecontroleerd om de impact van fotonen in elektrische stroom om te zetten.
5 delen van spectrofotometerontwerp
Dus nu we elk van de kleinere elementen in onze eenvoudige spectrofotometer hebben geïdentificeerd. Laten we het instrument aanzetten en kijken wat er gaat gebeuren.
Laten we de lichtbron van de lamp aansteken en verschillende lichten creëren in een reeks golflengten. Dit licht passeert deze eerste monochromator-spleet, die ervoor zorgt dat alle lichtfotonen langs parallelle paden zullen reizen; later, wanneer ze het prisma bereiken, zullen de lichten kunnen breken in een kleurenregenboog.
Lichten reizen parallelle paden na Monochromator
Hier beweegt elke golflengte van licht naar de andere spleet, zodat alleen een vooraf ingestelde golflengte van licht er doorheen kan. In de monochromator bereikt de tweede spleet de bundelsplitser die het licht in twee bundels van gelijke intensiteit maakt. Deze twee stralen van gelijke intensiteit gaan door het monstercompartiment van verschillende cuvetten: de referentie- en monstercuvetten.
Balken doorlopen elke cuvet met gelijke intensiteit
Terwijl de straal deze cuvetten verlaat en het detectiesysteem raakt dat wegvuurt om een elektrische stroom te creëren, zult u zien dat zowel de referentiecuvetten als de monstercuvetten op dit moment dezelfde lichtintensiteit hebben, met als resultaat dat de stroom die door elke detector wordt gegenereerd, de dezelfde.
Identieke uitgangsstroom voor beide cuvetten
Spectrofotometergegevens Gevolgen
Dus zowel de stroomsterkte die door elk van de twee detectoren wordt gedetecteerd, is in dit geval identiek. Als we rekening houden met de verhouding tussen de intensiteit die de monsterkuvet verlaat en de intensiteit die de referentiecuvet verlaat, kunnen we zien dat de transmissie van onze monsterkuvet 100% die van de referentiecuvet is. We zullen daarom deze 100% transmissie hier bij nulconcentratie in kaart brengen.
ik = Monstercuvet ik 0 = Referentiecuvet
Laten we nu een klein monster aan die cuvet toevoegen, dat het licht zou kunnen absorberen. Merk op dat de intensiteit van het licht van de monsterkuvet afneemt als ik dit doe. Er is dus ook een vermindering van de stroom die wordt gegenereerd door zijn detector, respectievelijk.
Huidige afname nadat monster is toegevoegd
Als zodanig is de intensiteitsverhouding niet meer 100%, in dit geval laten we zeggen dat deze daalt tot 50% bij een bepaalde concentratie X.
Intensiteitsverhouding daalt tot 50%
Als ik nog een equivalent monster aan de monsterkuvet toevoeg, vermindert dat de stroomsterkte verder. Het monster vermindert de intensiteit van het licht dat door de monsterkuvet gaat met slechts de helft voor elke equivalente monsterconcentratie die we toevoegen.
Tweede monster toegevoegd
Laten we nu de nieuwe stroomintensiteiten van de monster- en referentiecuvetten berekenen, we zullen zien dat het 25% doorlaatbaarheid is en tegelijkertijd een incrementele toename van de concentratie.
ik = Monstercuvet ik 0 = Referentiecuvet
Voeg nog een keer monster toe dat de monsterkuvet weer tot een afname van 50% leidt en bijgevolg een procentuele doorlaatbaarheid van 12,5%. De concentratie is nu 3x.
ik = Monstercuvet ik 0 = Referentiecuvet
We hebben nu genoeg gegevens om iets heel interessants te zien.
De relatie tussen het transmissiepercentage en de monsterconcentratie is niet lineair. Het is in plaats daarvan exponentieel.
Hoewel deze gegevens erg nuttig zijn, geven onderzoekers en spectroscopisten er de voorkeur aan om lineaire relaties binnen de gegevensresultaten te analyseren, zolang het mogelijk is, omdat dit de discussie veel duidelijker zal maken en het veel gemakkelijker is om te voorspellen hoe het zal zijn als we een rechttoe rechtaan lineaire plot.
Hallo Beer-Lambert Law
Dat is waar Wet van Beer-Lambert wordt nuttig. Je hebt misschien een idee dat we nu een exponentieel verband hebben tussen het transmissiepercentage en mijn concentratie.
In deze vergelijking kunnen we zien dat de concentratie een term is in de exponent (conc).
August Beer zette het doorlatingspercentage om in een nieuwe eenheid genaamd absorptie. Door de logaritme of in feite de negatieve logaritme van de transmissie te nemen, hebben we de volgende vergelijking:
Door gebruik te maken van de logaritme van een exponentiële functie ontstaat een lineaire functie. De gegevens zijn daarom aanzienlijk gemakkelijker te bekijken wanneer ze worden uitgezet als absorptie in plaats van transmissie. Om nog maar te zwijgen over het feit dat door extrapolatie of interpolatie binnen de dataset die we hebben verzameld, het veel gemakkelijker is om de exacte absorptie te voorspellen.
Dit is de reden waarom we de procentuele doorlaatbaarheid zo vaak omzetten in absorptie door UV-zichtbare spectroscopie uit te voeren. Dit is de toepassing van de wet van Beer-Lambert.
Dat is het voor nu! Bedankt voor je tijd bij het lezen!
Presentator: Professor Davis van ChemSurvival
Link naar video: https://www.youtube.com/watch?v=wxrAELeXlek