Dalla luce ai dati: la tecnologia della colorimetria e della spettrofotometria

Che cosa è l' colorimetria:
Colorimetria è semplicemente la misurazione del colore. Colorimetria è la determinazione della concentrazione di una sostanza misurando l'assorbimento relativo della luce rispetto ad una concentrazione nota della sostanza. Nella colorimetria visiva, la luce bianca naturale o artificiale viene solitamente utilizzata come sorgente luminosa e le misurazioni vengono solitamente effettuate utilizzando un semplice strumento chiamato colorimetro o comparatore di colori. Quando vengono utilizzate le fotocellule al posto degli occhi, lo strumento viene chiamato colorimetro fotoelettrico.

L'analisi colorimetrica si basa sul principio che molte sostanze reagiscono tra loro e formano un colore che indica la concentrazione della sostanza misurata. Quando una sostanza è esposta a un raggio di intensità (I 0 ), una parte della radiazione viene assorbita dalle molecole della sostanza e viene emessa una radiazione di intensità (I). Questa differenza di intensità viene utilizzata nei test colorimetrici.

La quantità di radiazione assorbita è data dalla legge di Beer-Lambert:
A = Ɛ•l•C
A è l'assorbanza
Ɛ è il coefficiente di estinzione molare [L/(mol cm)]
l è la lunghezza del percorso (cm)
C è la concentrazione (mol/litro)

Cos'è la spettrofotometria:
spettrofotometria è un metodo per l'analisi qualitativa e quantitativa della sostanza misurando l'assorbanza della sostanza a una lunghezza d'onda specifica o entro un determinato intervallo di lunghezze d'onda.

Principi di base della spettrofotometria:
La materia interagisce con la luce e ha la caratteristica dell'assorbimento selettivo. Il colore di una sostanza colorata è prodotto dalla sostanza che interagisce con la luce. Cioè, il colore presentato dalla soluzione colorata è dovuto all'assorbimento selettivo della luce da parte delle sostanze presenti nella soluzione.

Poiché sostanze diverse hanno strutture molecolari diverse, hanno capacità di assorbimento diverse per diverse lunghezze d'onda della luce. Pertanto, i gruppi strutturali con strutture caratteristiche hanno la lunghezza d'onda effettiva massima per caratteristiche di assorbimento selettivo, formando il picco di assorbimento massimo e producendo uno spettro di assorbimento unico.

Anche la stessa sostanza assorbe la luce in modo diverso a causa del suo diverso contenuto. Il metodo per utilizzare lo spettro di assorbimento unico di una sostanza per identificare l'esistenza di una sostanza (analisi qualitativa) o utilizzare il grado di assorbimento di una determinata lunghezza d'onda della luce da parte di una sostanza per misurare il contenuto di una sostanza (analisi quantitativa) è chiamato sspettrofotometria.

La legge di Lambert-Beer è il principio base su cui si basa l'analisi quantitativa della spettrofotometria. Quando un fascio di luce monocromatica (luce di un colore) attraversa una soluzione uniforme, parte di esso viene assorbito e parte di esso viene trasmesso. Sia I0 l'intensità della luce incidente e I0 l'intensità della luce trasmessa, quindi I/I0 è la trasmittanza, rappresentata da T. Percentuale di trasmittanza T% = (I/I100)xXNUMX%

Gli studi hanno dimostrato che il grado di assorbimento della luce da parte della soluzione, cioè l'assorbanza (A) (nota anche come estinzione E, o densità ottica D) e la trasmittanza (T) ha una relazione logaritmica negativa, cioè: A = – lgT

Legge di Lambert: Il grado di assorbimento della luce (A) di una soluzione colorata è proporzionale allo spessore (percorso luminoso) b del suo strato liquido. Quando la concentrazione della soluzione è costante, maggiore è lo spessore dello strato liquido della soluzione, maggiore è il valore A del grado di assorbimento della luce e minore è la trasmissione della luce.
Cioè: A = ab

Legge di Beer: il grado di assorbimento della luce (A) di una soluzione colorata è proporzionale alla sua concentrazione (numero di particelle che assorbono la luce) C. Cioè, quando lo spessore dello strato liquido della soluzione è costante, maggiore è la concentrazione della soluzione, maggiore è il grado di assorbimento della luce e minore è la trasmittanza.
Cioè: A = ac
La combinazione delle due formule precedenti può essere espressa nella seguente formula: A = -lgT=abc
Cioè A = abc.

La formula sopra è la legge di Lambert-Beer, che significa: quando un raggio di luce monocromatica passa attraverso una soluzione uniforme, l'assorbanza della soluzione alla luce monocromatica è proporzionale al prodotto della concentrazione della soluzione e allo spessore dello strato liquido. [2-3]

In A =abc, il coefficiente di assorbimento a rappresenta la sensibilità della sostanza che assorbe la luce. Maggiore è il valore di a, maggiore è la sensibilità. Se l'unità di concentrazione è la concentrazione della sostanza (unità: mol/L), l'assorbimento a può essere scritto come ε e ε è chiamato assorbimento molare.

Dalla formula precedente si può vedere che quando lo spessore b dello strato di soluzione e il coefficiente di assorbimento a sono fissi, l'assorbanza A è linearmente correlata alla concentrazione della soluzione. Nell'analisi quantitativa, è prima necessario misurare l'assorbimento delle diverse lunghezze d'onda della luce da parte della soluzione (spettro di assorbimento), da cui si determina la lunghezza d'onda di assorbimento massima, e quindi la luce di questa lunghezza d'onda viene utilizzata come sorgente luminosa (luce monocromatica ) per misurare l'assorbanza A, che secondo la legge di Lang Burbeer è la prima condizione per l'analisi quantitativa.

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