Въведение в спектрофотометрията

В това видео искам да те запозная със спектрофотометрията. Спектрофотометрия звучи доста сложно, но процесът е базиран на много прост принцип. Да кажем, че имаме два разтвора на едно и също вещество. Това е разтвор едно, а това е разтвор две. Нека да приемем, че епруветките ни имат еднакъв размер. Нека разтвор 1... нека да ги номерирам, номер 1 и номер 2. Нека разтвор 1 да съдържа по-малко от разтвореното вещество. Това е нивото на разтвора. Тук има по-малко. И нека разтворът да е жълт, или поне ние така го виждаме. Значи тук има по-малко. Всъщност нека го направя така. Ще го защриховам така. Значи тук има по-малко. Нека в разтвор 2 има повече от разтвореното вещество. Тук е повече. Искам да направя линиите по-нагъсто. Значи тук разтворът е по-концентриран. Нека да запиша по-висока концентрация. А това е по-ниска концентрация. Какво ще стане, ако пропуснем светлина през тези епруветки? Нека това е светлина с дължина на вълната, която е специфична за разтвореното вещество. Ще го оставя така общо засега. Нека имам светлина с някакъв интензитет. Нека го наречем случаен интензитет. Ще го означа като I0. Някакъв интензитет. Какво ще стане, когато светлината излезе от другата страна на епруветките, ето тук? Част от нея ще е абсорбирана. Част от светлината, при определена честота, ще бъде абсорбирана от нашите малки молекули вътре в епруветката. Значи ще излезе по-малко светлина от другата страна. Особено ще намалее при тази специфична честота, която тези молекули обичат да поглъщат. Значи тук излиза по-малко светлина. Ще я означа като I1. Ако пропуснем същото количество светлина, I0, представям го с тази стрелка, но моята стрелка някак се разпада, ако пропуснем същото количество светлина през епруветката, това е същият номер, и това е същият интензитет на светлината, какво ще се случи? Повечето от тези честоти ще се абсорбират, докато светлината преминава през епруветката. ще сложа още молекули вътре, защото тук концентрацията е по-висока. Значи светлината излиза от епруветката с по-висока концентрация... ще я означа с I2, и тя ще има по-нисък интензитет от светлината, която излиза тук. I2 ще има по-нисък интензитет от I1. Надявам се, че ти се струва логично. Тази светлина, представи си, фотоните просто ще се удрят в повече молекули. И ще бъдат абсорбирани от някои молекули. Така че по-малък брой ще преминат отсам, защото тук има по-ниска концентрация. Същото ще се случи, ако епруветката е по-голяма. Ако имаме друга ситуация.. Нека да начертая друга епруветка. Ако имаме друга епруветка, примерно с два пъти по-голям диаметър, и да кажем, че концентрацията е същата като в епруветка 1. Това е епруветка 3. Тя има същата концентрация като епруветка 2, ще се опитам да изглежда като нея. И пропускаш лъч светлина. По принцип ще те интересува основно честотата, която се поглъща най-добре. Но да кажем, че пропуснеш същата светлина тук. И някаква светлина успява да премине. Точно това виждат твоите очи. Тук имаме I3, какво мислиш, че ще стане? Това е същата концентрация, но светлината трябва да измине два пъти по-голямо разстояние през нея. Значи ще се сблъска с повече молекули и повече от нея ще бъде абсорбирана. Значи по-малко светлина ще премине. Значи I2 е по-малко от I1, а I3 е най-малко. Ако погледнем тук, тук преминава най-малко светлина, тук преминава малко повече, а тук преминава най-много. И ако си сложиш окото точно тук... това отдясно са миглите, това ще има най-светъл цвят. Тук получаваш най-много светлина в окото си. Този цвят ще бъде малко по-тъмен, а този ще е най-тъмният. Това е напълно логично. Ако разтвориш съвсем малко от нещо във вода, тя все още ще бъде прозрачна. Ако разтвориш повече от нещо във водата, тя ще е по-непрозрачна. И ако чашата, или епруветката, в която ги разтваряш, стане много по-голяма, тогава ще стане още по-непрозрачно. Надявам се, че това ти дава логиката зад спектрофотометрията. Следващият въпрос е: за какво ни е това изобщо? Кой въобще го е грижа? Всъщност тази информация може да се използва. Можеш да измериш колко от светлината преминава, за да разбереш концентрацията на даден разтвор. Ето затова го разглеждаме като част от химията. Ще ти покажа пример в следващото видео, но нека да дефинирам някои понятия за измерване на концентрация. Начините за измерване колко светлина преминава спрямо насочената светлина. Първо ще обясня какво е коефициент на пропускане. Когато хората го определят, те се интересуват колко е преминало от това, което е постъпило. Значи можем да го дефинираме като отношение, количеството, което е преминало. В този случай коефициентът на пропускливост за №1 е количеството преминала светлина върху количеството постъпила светлина. Повтарям, коефициентът на пропускливост е количеството, което е преминало, върху количеството, което е постъпило. И да видим, тук това е най-малкото. I2 е по-малко от I1. Значи то има по-малък коефициент на пропускливост от №1. Нека ги означа като коефициент на пропускливост 2 и коефициент на пропускливост 1. Коефициентът на пропускливост 3 е светлината, която е преминала, върху светлината, която е постъпила. И това е най-малкият коефициент, след него е този. Значи това има най-малък коефициент на пропускливост, то е най-непрозрачно, а след него е това. Сега друго определение, което донякъде е производно от това, но не като в математическия анализ, то просто следва от коефициента на пропускливост и има много ясни характеристики – това е коефициент на поглъщане. Тук се опитваме да измерим колко светлина е погълната. Това измерва колко е преминала. Колкото е по-голямо числото, толкова повече е пропуснато. Но коефициента на поглъщане показва колко е погълнато. Той е обратното. Ако нещо е добро в пропускането, това означава, че то е лошо в поглъщането, не е погълнало много. Ако е добро в поглъщането, това означава, че не пропуска много. Значи коефициент на поглъщане. Той се дефинира като отрицателен логаритъм от коефициента на пропускане. Това е десетичен логаритъм. Ако погледнеш, коефициентът на пропускливост, който вече дефинирахме, е отрицателен логаритъм от светлината, която се пропуска, върху светлината, която постъпва. Но най-лесният начин е като отрицателен логаритъм от пропускливостта. Ако пропускливостта е голямо число, поглъщането ще е малко число, което е логично. Ако пропускаш много светлина, тогава коефициентът на поглъщане ще бъде много малък, което означава, че не поглъщаш много. Ако пропускливостта е малко число, това означава, че поглъщането е голямо. Значи това ще бъде голямо число. Ето затова е този отрицателен логаритъм. И това, което е яко, е че има нещо, наречено закон на Буге - Ламберт - Беер, който можеш да провериш. Ние ще го използваме в следващото видео, закона на Буге - Ламберт - Беер. Аз всъщност не знам историята му, откъде идва. Предполагам, че е кръстен на някой учен, който се казва Беер, но винаги си представям как някой пропуска светлина през бира. Законът на Буге-Ламберт-Беер казва, че поглъщането е пропорционално на... нека го запиша така: поглъщането е пропорционално на дължината на пътя... това е какво разстояние изминава светлината през разтвора. Значи е пропорционално на дължината на пътя по концентрацията. Обикновено използваме мол за литър за концентрацията. Друг начин да го кажем е, че поглъщането е равно на някаква константа... обикновено това е малката буква епсилон, ε, тя зависи от разтвора, или въпросният разтвор, който имаме тук, от температурата, налягането, всичко това. Значи е равно на някаква константа, по дължината на пътя, който трябва да измине, по концентрацията. Нека да обясня. Ето това тук е концентрация. Това е супер полезно, защото можеш... представи си, че имаш нещо с известна концентрация... нека да го скицирам тук. Нека имаме тази ос тук. Тук измервам концентрацията. На тази ос е концентрацията. Мерим я като М, мол за литър. Нека да започва от 0. И после имаме 0,1, 0,2 и така нататък. И тук измерваме поглъщането, по вертикалната ос отбелязваме поглъщането. И нека да имаме някакъв разтвор, който знаем, че има концентрация 0,1 мола за литър. Нека да напиша М за мол за литър. Измерваме поглъщането и имаме някакво число тук. Измерваме поглъщането. Това е ниска концентрация, така че не трябва да поглъща много. Получаваме някаква стойност, например нека да е 0,25. И после взимаме друг разтвор с известна концентрация, нека да бъде 0,2 М. Измерваме и получаваме поглъщане 0,5. Нека да го направя в друг цвят. Тук имам поглъщане 0,5. Нека да сложа нулите отпред. Тук имаме линейна зависимост. За всяка концентрация поглъщането ще бъде на тази права. И ако искаш да си припомним от алгебрата, ε всъщност ще бъде наклонът на тази права. По-точно ε по разстоянието ще бъде наклонът на правата. Но не искам да те обърквам. Важното е да запомниш, че тук имаме права. И това е много удобно, защото с малко алгебра можем да намерим уравнението на тази права. А може просто да погледнеш графиката и да кажеш: От две известни концентрации определихме, че зависимостта е линейна, защото аз знам, че връзката е линейна от закона на Буге-Ламберт-Беер. И ако продължиш да правиш измервания, те ще лежат на тази права. Можеш да направиш и обратното. Можеш да измериш някаква неизвестна концентрация. Намираш нейното поглъщане. Нека това да бъде някаква неизвестна конецнтрация. Намираш, че това тук е нейното поглъщане. нека да бъде поглъщане 0,4. Тогава просто отиваш до тази права и просто намираш съответната концентрация, съответното число. Можеш да го измериш, или можеш да го намериш алгебрично. Това е много близко до 0,2 М, малко по-малко от 0,2М. И ние ще разгледаме един подобен пример в следващото видео.