Η φασματοφωτομετρία είναι μια πειραματική τεχνική που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της συγκέντρωσης μιας διαλυμένης ουσίας σε ένα συγκεκριμένο διάλυμα υπολογίζοντας την ποσότητα φωτός που απορροφάται από αυτήν την ουσία. Αυτή η τεχνική είναι πολύ χρήσιμη επειδή ορισμένες ενώσεις θα απορροφήσουν επίσης διαφορετικά μήκη κύματος φωτός σε διαφορετικές εντάσεις. Αναλύοντας το φως που διέρχεται από ένα διάλυμα, μπορείτε να προσδιορίσετε τις ενώσεις που έχουν διαλυθεί στο διάλυμα και τις συγκεντρώσεις τους. Το εργαλείο που χρησιμοποιείται για την ανάλυση διαλυμάτων με αυτήν την τεχνική στο εργαστήριο είναι ένα φασματοφωτόμετρο.
Βήμα
Μέρος 1 από 3: Προετοιμασία του δείγματος
Βήμα 1. Ενεργοποιήστε το φασματοφωτόμετρο
Τα περισσότερα φασματοφωτόμετρα πρέπει να ζεσταθούν πριν μπορέσουν να δώσουν ακριβείς μετρήσεις. Έτσι, ξεκινήστε το μηχάνημα και, στη συνέχεια, αφήστε το να καθίσει για τουλάχιστον 15 λεπτά πριν μετρήσετε το δείγμα.
Χρησιμοποιήστε αυτόν τον χρόνο για να προετοιμάσετε το δείγμα
Βήμα 2. Καθαρίστε την κυψελίδα ή τον δοκιμαστικό σωλήνα
Στα σχολικά εργαστήρια, ενδέχεται να υπάρχουν διαθέσιμοι δοκιμαστικοί σωλήνες που δεν χρειάζεται να καθαριστούν πρώτα. Ωστόσο, εάν χρησιμοποιείτε κανονική κυψελίδα ή δοκιμαστικό σωλήνα, φροντίστε να καθαρίσετε καλά τη συσκευή πριν από τη χρήση. Ξεπλύνετε όλες τις κυψελίδες με απιονισμένο νερό.
- Να είστε προσεκτικοί χρησιμοποιώντας τις κυψελίδες καθώς είναι αρκετά ακριβές.
- Ενώ χρησιμοποιείτε την κυψελίδα, μην αγγίζετε την πλευρά όπου περνά το φως (συνήθως την καθαρή πλευρά του δοχείου).
Βήμα 3. Ρίξτε αρκετό δείγμα στην κυψελίδα
Ο μέγιστος όγκος μέρους της κυψελίδας είναι 1 ml, ενώ ο μέγιστος όγκος του δοκιμαστικού σωλήνα είναι 5 ml. Οι μετρήσεις σας θα πρέπει να είναι ακριβείς όσο το φως του φασματοφωτόμετρου μπορεί να περάσει ακόμα από το δείγμα και όχι ένα κενό μέρος του δοχείου.
Εάν χρησιμοποιείτε πιπέτα για την εισαγωγή δειγμάτων, χρησιμοποιήστε μια νέα συμβουλή για κάθε δείγμα. Με αυτόν τον τρόπο, η διασταυρούμενη μόλυνση μπορεί να αποφευχθεί
Βήμα 4. Προετοιμάστε το διάλυμα ελέγχου
Αυτά τα διαλύματα που είναι επίσης γνωστά ως κενά ή λευκά περιέχουν μόνο τον διαλύτη στο διάλυμα που αναλύεται. Για παράδειγμα, εάν έχετε ένα δείγμα αλατιού διαλυμένο σε νερό, το κενό διάλυμα που χρειάζεστε είναι νερό. Εάν το νερό που χρησιμοποιείτε είναι κόκκινο, θα πρέπει επίσης να χρησιμοποιήσετε ένα κόκκινο κενό διάλυμα. Χρησιμοποιήστε ένα παρόμοιο δοχείο για να συγκρατήσετε το κενό διάλυμα στον ίδιο όγκο με το δείγμα.
Βήμα 5. Σκουπίστε το εξωτερικό της κυψελίδας
Πριν τοποθετήσετε την κυψελίδα στο φασματοφωτόμετρο, πρέπει να βεβαιωθείτε ότι είναι καθαρή για να αποφύγετε παρεμβολές στις μετρήσεις λόγω σωματιδίων σκόνης ή ακαθαρσιών. Χρησιμοποιήστε ένα πανί χωρίς χνούδι για να αφαιρέσετε τυχόν σταγονίδια νερού ή σκόνη που κολλάει στο εξωτερικό της κυψελίδας.
Μέρος 2 από 3: Πειραματισμός
Βήμα 1. Προσδιορίστε και ρυθμίστε το μήκος κύματος του φωτός για να αναλύσετε το δείγμα
Χρησιμοποιήστε ένα μόνο μήκος κύματος φωτός (μονοχρωματική δέσμη) για να αυξήσετε την αποτελεσματικότητα της μέτρησης. Επιλέξτε το χρώμα του φωτός που μπορεί να απορροφηθεί από το χημικό περιεχόμενο που πιστεύεται ότι διαλύεται στο δείγμα δοκιμής. Ρυθμίστε το μήκος κύματος σύμφωνα με τις προδιαγραφές του φασματοφωτόμετρου που χρησιμοποιείτε.
- Στα σχολικά εργαστήρια, αυτά τα μήκη κύματος θα δίνονται συνήθως στις πειραματικές οδηγίες.
- Επειδή το δείγμα θα αντανακλά όλο το ορατό φως, το μήκος κύματος του χρώματος του πειραματικού φωτός είναι συνήθως πάντα διαφορετικό από το χρώμα του δείγματος.
- Ένα αντικείμενο εμφανίζεται σε ένα συγκεκριμένο χρώμα επειδή αντανακλά ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος και απορροφά όλα τα άλλα χρώματα. Το γρασίδι εμφανίζεται πράσινο επειδή η χλωροφύλλη αντανακλά το πράσινο και απορροφά άλλα χρώματα.
Βήμα 2. Βαθμονομήστε το φασματοφωτόμετρο με ένα κενό διάλυμα
Τοποθετήστε το κενό διάλυμα στη θήκη κυψελίδας και κλείστε το φασματοφωτόμετρο. Στην οθόνη του αναλογικού φασματοφωτόμετρου, υπάρχει μια βελόνα που θα κινείται με βάση την ένταση της ανίχνευσης φωτός. Αφού εισαχθεί το κενό διάλυμα, η βελόνα πρέπει να μετακινηθεί προς τα δεξιά. Καταγράψτε αυτήν την τιμή σε περίπτωση που την χρειαστείτε αργότερα. Αφήστε το κενό διάλυμα να παραμείνει στο φασματοφωτόμετρο και στη συνέχεια σύρετε τη βελόνα στο μηδέν χρησιμοποιώντας το κουμπί ρύθμισης.
- Τα ψηφιακά φασματοφωτόμετρα μπορούν επίσης να βαθμονομηθούν με τον ίδιο τρόπο. Ωστόσο, αυτό το εργαλείο είναι εξοπλισμένο με ψηφιακή οθόνη. Ρυθμίστε την ένδειξη της κενής λύσης στο 0 με το κουμπί ελέγχου.
- Ακόμη και αν το κενό διάλυμα αφαιρεθεί από το φασματοφωτόμετρο, η βαθμονόμηση θα εξακολουθεί να ισχύει. Έτσι, όταν μετράτε ολόκληρο το δείγμα, η απορρόφηση του τυφλού θα μειωθεί αυτόματα.
Βήμα 3. Αφαιρέστε το κενό και δοκιμάστε τα αποτελέσματα βαθμονόμησης του φασματοφωτόμετρου
Ακόμη και μετά την αφαίρεση του τυφλού διαλύματος από το φασματοφωτόμετρο, η βελόνα ή ο αριθμός στην οθόνη θα πρέπει να είναι ακόμα 0. Τοποθετήστε ξανά το κενό διάλυμα στο φασματοφωτόμετρο και βεβαιωθείτε ότι η ένδειξη δεν αλλάζει. Εάν το φασματοφωτόμετρο βαθμονομηθεί σωστά χρησιμοποιώντας ένα κενό διάλυμα, το αποτέλεσμα στην οθόνη θα εξακολουθεί να είναι 0.
- Εάν η βελόνα ή ο αριθμός στην οθόνη δεν διαβάζει 0, επαναλάβετε τα βήματα βαθμονόμησης με ένα κενό διάλυμα.
- Εάν το πρόβλημα επιμένει, ζητήστε βοήθεια ή ζητήστε από κάποιον να ελέγξει το φασματοφωτόμετρο.
Βήμα 4. Μετρήστε την απορρόφηση του δείγματος
Αφαιρέστε το τυφλό διάλυμα και εισάγετε το δείγμα στο φασματοφωτόμετρο. Περιμένετε περίπου 10 δευτερόλεπτα για να σταθεροποιηθούν τα χέρια ή να σταματήσουν να αλλάζουν οι αριθμοί στην ψηφιακή οθόνη. Καταγράψτε το ποσοστό μετάδοσης και/ή απορρόφησης του δείγματος.
- Όσο περισσότερο φως περνά, τόσο λιγότερο φως απορροφάται. Συνήθως, πρέπει να καταγράψετε την τιμή απορρόφησης του δείγματος η οποία εκφράζεται γενικά ως δεκαδικός αριθμός, για παράδειγμα 0,43.
- Επαναλάβετε τη μέτρηση κάθε δείγματος τουλάχιστον τρεις φορές και στη συνέχεια υπολογίστε τον μέσο όρο. Με αυτόν τον τρόπο, τα αποτελέσματα που θα λάβετε θα είναι πιο ακριβή.
Βήμα 5. Επαναλάβετε το πείραμα με διαφορετικά μήκη κύματος φωτός
Το δείγμα σας μπορεί να περιέχει αρκετές ενώσεις που έχουν διαφορετικές απορροφήσεις ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτός. Για να μειώσετε την αβεβαιότητα, επαναλάβετε μετρήσεις δείγματος σε διαστήματα μήκους κύματος 25 nm σε όλο το φάσμα φωτός. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να ανιχνεύσετε άλλες διαλυμένες χημικές ουσίες στο δείγμα.
Μέρος 3 από 3: Ανάλυση δεδομένων απορρόφησης
Βήμα 1. Υπολογίστε τη διαπερατότητα και την απορρόφηση του δείγματος
Η διαπερατότητα είναι πόσο φως μπορεί να περάσει από το δείγμα και να φτάσει στο φασματοφωτόμετρο. Εν τω μεταξύ, απορρόφηση είναι το πόσο φως απορροφάται από μία από τις διαλυμένες χημικές ουσίες στο δείγμα. Υπάρχουν πολλά σύγχρονα φασματοφωτόμετρα που δίνουν έξοδο με τη μορφή διαπερατότητας και απορρόφησης. Ωστόσο, εάν λάβετε μια τιμή έντασης φωτός, μπορείτε επίσης να υπολογίσετε αυτές τις δύο τιμές μόνοι σας.
- Η διαπερατότητα (Τ) μπορεί να προσδιοριστεί διαιρώντας την ένταση του φωτός που διέρχεται από το διάλυμα δείγματος με την ποσότητα φωτός που διέρχεται από το κενό διάλυμα. Αυτή η τιμή εκφράζεται συνήθως ως δεκαδικός αριθμός ή ποσοστό. Τ = Ι/Ι0, όπου είμαι η ένταση δείγματος και εγώ0 είναι η κενή ένταση.
- Η απορρόφηση (Α) εκφράζεται ως αρνητική μετάδοση λογάριθμου βάσης 10 (εκθέτης): A = -log10Τ. Έτσι, αν T = 0, 1, A = 1 (0, 1 είναι 10 στην ισχύ -1). Αυτό σημαίνει ότι το 10% του φωτός περνά, ενώ το 90% απορροφάται. Εν τω μεταξύ, αν Τ = 0,01, Α = 2 (0,01 είναι 10 στην ισχύ -2). Αυτό σημαίνει ότι το φως που περνά είναι 0,1%.
Βήμα 2. Γράψτε την τιμή απορρόφησης έναντι του μήκους κύματος
Εκφράστε την τιμή απορρόφησης ως τον άξονα y και το μήκος κύματος ως τον άξονα x. Από τις τελείες όλων των αποτελεσμάτων απορρόφησης σε κάθε μήκος κύματος, θα λάβετε το φάσμα απορρόφησης του δείγματος και θα προσδιορίσετε το περιεχόμενο της ένωσης και την αναλογία της στο δείγμα.
Τα φάσματα απορρόφησης έχουν συνήθως κορυφές σε ορισμένα μήκη κύματος. Αυτά τα κορυφαία μήκη κύματος σάς επιτρέπουν να προσδιορίσετε συγκεκριμένες ενώσεις
Βήμα 3. Συγκρίνετε το φάσμα απορρόφησης με ένα γράφημα γνωστής ένωσης
Κάθε ένωση έχει ένα μοναδικό φάσμα απορρόφησης και έχει πάντα το ίδιο μήκος κύματος αιχμής σε κάθε μέτρηση. Συγκρίνοντας το γράφημα που λαμβάνετε με ένα γράφημα μιας συγκεκριμένης γνωστής ένωσης, μπορείτε να προσδιορίσετε το περιεχόμενο της διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα δείγματος.
