Spektrofotometrie
Přihlásit se
Spektrofotometrie (1/2) · 13:06

Úvod do spektrofotometrie Vysvětlení pojmů spektrofotometrie, transmitance, absorbance a Lambertova-Beerova zákona.

Co chci udělat v tomto videu, je říct něco o spektrofotometrii. Spektrofotometrie Zní to dost sofistikovaně, ale je skutečně založena na dost jednoduchém principu. Řekněme, že máme dva roztoky, které obsahují stejný typ rozpuštěné látky. Tohle je roztok 1 a tady máme roztok 2. Předpokládejme, že naše kádinky mají stejnou šířku. Označím si roztoky… číslo 1 a číslo 2. Řekněme, že roztok 1 obsahuje méně rozpuštěné látky. Tohle je hladina vody. Tady ho máme méně. Řekněme, že je žlutý nebo alespoň našim očím připadá žlutý. Tento obsahuje látky méně. Udělejme to takto. Vymaluji to tímto způsobem. Takže obsahuje rozpuštěné látky méně. A teď řekněme, že roztok 2 obsahuje rozpuštěné látky víc. Toto znázorním jako víc nahuštěné linie. Koncentrace roztoku je tady vyšší. Sem napíšu, že tady je vyšší koncentraci. A tady je nižší koncentrace. A teď se zamysleme nad tím, co se stane, když přes každou z kádinek posvítíme světlem. Předpokládejme, že svítíme světlem o vlnové délce, na níž je rozpuštěná látka citlivá. Budu teď mluvit trochu obecně. Máme tedy světlo o nějaké intenzitě. Nazvěme ji počáteční intenzitou. Označím ji jako „I0“ (i nula). Co se stane, když světlo projde kádinkou a vyjde na druhé straně? Část světla bude absorbována. Světlo na určitých frekvencích bude pohlceno molekulami látky uvnitř kádinky. Takže ve skutečnosti bude z druhé strany kádinky vycházet méně světla. Hlavně ho ubude na těch frekvencích, které tyto molekuly absorbují. Budete mít tedy méně světla vycházejícího z druhé strany. Budu to označovat jako „I1“ (i jedna). V této situaci, kdybychom posvítili stejným množstvím světla, tedy „I0“… Tohle měla být šipka, ale moje šipka je poněkud křivá. Když posvítíme stejným množstvím světla do téhle kádinky, takže je to stejné číslo, tohle a tohle je stejná intenzita světla. Co se stane? Bude absorbováno více světla o té specifické frekvenci, když světlo prochází touto kádinkou. Světlo narazí do většího počtu molekul, protože jsou ve vyšší koncentraci. Intenzitu světla, které projde při vyšší koncentraci, označím jako „I2“. Toto prošlé světlo bude mít menší intenzitu než tady to. V tomto případě bude mít „I2“nižší hodnotu, bude mít nižší hodnotu jako „I1“. Doufám, že to dává smysl. Fotony tohoto světla se prostě srazí s více molekulami. Budou absorbovány více molekulami. Takže v druhém případě jich projde méně než v prvním případě, protože v první kádince je látka méně koncentrovaná. Stejně by to dopadlo při stejné koncentraci, ale širší kádince. Nakreslím další kádinku. Pokud máte kádinku která je dvakrát tak široká a řekněme, že roztok v ní má stejnou koncentraci jako v čísle 2. Označme tuto kádinku číslem 3. Roztok má stejnou koncentraci jako v čísle 2, takže se budu snažit, aby tyto roztoky vypadali podobně. A kdybyste tady posvítili světlem… Obecně se zaměřujeme na frekvence, které jsou absorbovány nejlépe. Takže jsme tady posvítili stejným světlem. A nějaké světlo nám projde skrz. To je vlastně to, co vidí vaše oči. Toto je „I3“ (i tři). Co si myslíte, že se stane? Víme, že je to stejná koncentrace, ale světlo jí musí projít delší vzdálenost. Takže ještě jednou, světlo narazí do více molekul a bude ho taky absorbováno více. Projde méně světla. Takže „I2“ je menší než „I1“ a „I3“ bude potom nejmenší. A pokud byste se na to dívali, tady by bylo nejméně světla, tady je procházejícího světla o něco víc a tady prochází světla nejvíce. Takže kdybyste se na to podívali z tohoto místa, toto jsou vaše řasy, tento roztok by měl nejsvětlejší barvu. Do vašeho oka se dostává nejvíce světla. Tento bude trochu tmavší a tento bude ze všech nejtmavší. Takto to celkem dává smysl. když něčeho rozpustíte ve vodě velmi malé množství, pořád to bude dost průhledné. Pokud rozpustíte něčeho ve vodě velké množství, bude to víc neprůhledné. A pokud kádinka, ve které látku rozpouštíte, bude širší, bude to ještě více neprůhledné. Doufejme, že vám to dává představu o tom, na čem je spektrofotometrie založena. Další otázkou je, k čemu je to vlastně dobré? Ve skutečnosti můžeme tuto informaci využít. Můžeme zjistit, kolik přesně světla roztokem projde a na základě toho určit jeho koncentraci. Toto je důvod, proč o tom vůbec mluvíme v souvislosti s chemií. V příštím videu vám ukážu nějaké příklady, ale nejdříve si zadefinujme pojmy způsobu měření, jak moc koncentrované něco je. Nebo toho, jak moc světla projde skrz proti tomu, kolik světla vstoupí dovnitř. První věc, kterou zadefinuji je propustnost („T“). Lidi zajímá poměr toho, kolik světla vstoupí ku tomu, kolik ho vyleze. Propustnost je tedy definovaná přesně jako podíl těchto dvou veličin. V tomhle případě, propustnost čísla 1 bude intenzita světla, které prošlo, dělená intenzitou světla, které vcházelo dovnitř. Tady bude propustnost rovna intenzitě, která prošla, děleno intenzitou, která vcházela. Jak můžeme vidět, tady to bude mít nižší hodnotu. „I2“ je nižší než „I1“. Takže číslo 2 bude mít pro světlo nižší propustnost než číslo 1. Nazvěme ji propustnost 2 („T2“). Tohle je propustnost 1 („T1“). A propustnost 3 („T3“) je množství světla, které prochází, které projde skrz, oproti tomu, které vstupuje dovnitř. A tohle je taky nejmenší číslo, následováno tímto, a nakonec tímto. Tohle bude mít nejnižší propustnost, je nejméně průhledné, pak následuje toto a nakonec toto. Teď další definice, která není odvozená v matematickém smyslu, je jenom odvozena z propustnosti, ale má užitečné vlastnosti. Je jím pojem absorbance. Snažíme se měřit jak dobře něco absorbuje. Předtím jsme měřili, jak dobře něco světlo propouští. Ale absorbance říká, jak dobře něco pohlcuje světlo. Takže je to vlastně opak. Pokud něco dobře propouští světlo, tak to zároveň špatně absorbuje. Pokud ale něco dobře pohlcuje, tak to propouští málo světla. Tady napíšu absorbance. A ta je definována jako záporný logaritmus propustnosti. Tento logaritmus je o základu 10. Nebo, pokud už je propustnost definovaná, na to můžeme koukat jako na záporný logaritmus intenzity světla, které prochází ku intenzitě vycházejícího světla. Ale jednodušší je záporný logaritmus propustnosti. Pokud je propustnost velké číslo, absorbance je číslo malé, to dává smysl. Pokud něco propouští hodně světla, hodnota absorbance bude velmi malá, což znamená, že to tolik neabsorbuje. Pokud má propustnost nízkou hodnotu, absorbuje to hodně. A absorbance bude mít vysokou hodnotu. To nám říká záporný logaritmus. Co je na tom taky úžasné, je, že existuje Lambert-Beerův zákon, který lze dokázat. Toto skutečně použijeme v dalším videu, Lambert-Beerův zákon. Jsem si jistý, že je pojmenováno po někom jménem Beer, ale taky jsem si vždy představoval, že je to podle někoho, kdo propouští světlo skrz pivo Lambert-Beerův zákon nám říká, že absorbance je úměrná -měl bych to naspat takto- absorbance je úměrná délce přechodu světla, to je, jakou vzdálenost musí světlo urazit skrz roztok, takže je úměrná délce dráhy násobené koncentrací. Obvykle používáme molární koncentraci. Další způsob, jak to můžeme říct je, že absorbance se rovná určité konstantě, je to obvykle malé písmeno epsilon, která je závislá na konkrétním roztoku nebo rozpuštěné látce, se kterou pracujeme. A taky na teplotě, tlaku a dalších podmínkách. Absorbance se tedy rovná této konstantě násobené délkou dráhy, krát koncentrací roztoku. Rád bych to lépe objasnil. Tohle písmeno tady označuje koncentraci. A důvod, proč je to tak užitečné je, že pokud máme něco o známé koncentraci, tady to nakreslím. Řekněme, že tady máme osu, toto je osa. A tady měřím koncentraci. Tohle je naše osa označující koncentraci. Měříme molární koncentraci. Řekněme, že molarita začíná hodnotou 0. Roste třeba na hodnoty 0.1, 0.2, 0.3 a tak dále. A tady měříte absorbanci, na svislé ose měříte absorbanci. Měříte takto absorbanci („A“) Máte nějaký roztok, jehož koncentraci znáte, víte, že jeho molární koncentrace je 0,1. Napíšu tady „M“ jako molární. A měříte jeho absorbanci a dostanete nějaká čísla. Takže naměříte jeho absorbanci. Tohle je nízká koncentrace, příliš neabsorbuje. Dostanete tady nějaké číslo, řekněme 0,25. A pak vezmete další roztok o známé molární koncentraci, například 0,2. A naměříte absorbanci 0.5. Udělám to v jiné barvě. Tento roztok má absorbanci 0,5. Měl bych ještě doplnit „0“ před tyto hodnoty 0,5 a 0,25. Vidíme, že máme lineární závislost. Takže pro každou koncentraci, bude hodnota absorbance ležet na této přímce. A pokud chcete malý přehled algebry, epsilon z rovnice bude ve skutečnosti směrnice této přímky. Vlastně epsilon vynásobené délkou dráhy bude směrnice. Nechci vás příliš zmást. Důležité je, že jsme dostali lineární závislost. Teď můžeme použít algebru a určit rovnici této přímky, nebo na to můžete koukat jako na graf a říct si, že znáte dvě koncentrace a k nim jste určili absorbanci jen prostým měřením, ale protože vím, že je to lineární závislost, platí Lambert-Beerův zákon. A pokud budete dále měřit, všechna data budou ležet na této přímce. Můžete k tomu pak přistoupit opačně a určit koncentraci pomocí absorbance. Mějme neznámou koncentraci a zjistíte, že hodnota její absorbance se nachází přesně tady. Je to například 0,4, hodnota její absorbance je 0,4. Pak můžete postupovat po této přímce a určit, že je to přesně tato koncentrace, ať už je jakákoliv. Můžete ji změřit, nebo ji můžete určit výpočtem. A je to přibližně 0,2 molární koncentrace, nebo jen něco málo méně. V příštím videu si ukážeme takovýto příklad.
video