قانون بير لامبرت (Beer-Bouguer) هو أحد القوانين التي تتعلق بامتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي من نوع كيميائي واحد أو أكثر ، مع تركيزه والمسافة التي يقطعها الضوء في تفاعلات الجسيمات والفوتون. يجمع هذا القانون قانونين في قانون واحد.
قانون بوجوير (على الرغم من أن الاعتراف قد وقع أكثر على هاينريش لامبرت) ، ينص على أن العينة سوف تمتص المزيد من الإشعاع عندما تكون أبعاد المادة أو المادة الماصة أكبر ؛ على وجه التحديد ، سمكها ، وهي المسافة التي يقطعها الضوء عند الدخول والخروج.
تمتص الإشعاع بواسطة عينة. المصدر: Marmot2019 ، من ويكيميديا كومنز
تظهر الصورة العلوية امتصاص الإشعاع أحادي اللون ؛ وهذا يعني أنه يتكون من طول موجي واحد ، λ. الوسط الماص موجود داخل خلية بصرية ، سمكها l ، وتحتوي على أنواع كيميائية بتركيز ج.
شعاع الضوء له شدة أولية ونهائية ، يحددها الرمزان I 0 و I على التوالي. لاحظ أنه بعد التفاعل مع الوسط الماص ، أنا أقل من I 0 ، مما يدل على أنه كان هناك امتصاص للإشعاع. كلما زاد c و l ، كلما كنت أصغر بالنسبة لـ I 0 ؛ وهذا يعني أنه سيكون هناك المزيد من الامتصاص ونفاذية أقل.
ما هو قانون بير لامبرت؟
الصورة أعلاه تشمل تماما هذا القانون. يزيد امتصاص الإشعاع في العينة أو ينقص أضعافا مضاعفة كدالة للقولون. لجعل القانون مفهومًا بشكل كامل وسهل ، من الضروري الالتفاف على جوانبه الرياضية.
كما ذكرنا للتو ، أنا 0 وأنا هما شدة شعاع الضوء أحادي اللون قبل الضوء وبعده ، على التوالي. تفضل بعض النصوص استخدام الرمزين P 0 و P اللذين يشيران إلى طاقة الإشعاع وليس إلى شدته. هنا ، سيستمر الشرح باستخدام الشدة.
لخطية معادلة هذا القانون ، يجب تطبيق اللوغاريتم ، بشكل عام الأساس 10:
السجل (I 0 / I) = εl c
يشير المصطلح (I 0 / I) إلى مقدار انخفاض شدة امتصاص المنتج الإشعاعي. يعتبر قانون لامبرت فقط آل (l) ، بينما يتجاهل قانون بير آل ، لكنه يضع ac في مكانه (ε c). المعادلة العليا هي اتحاد كلا القانونين ، وبالتالي فهي التعبير الرياضي العام لقانون بير لامبرت.
الامتصاصية والنفاذية
يتم تعريف الامتصاصية بواسطة المصطلح Log (I 0 / I). وبالتالي ، يتم التعبير عن المعادلة على النحو التالي:
أ = εl ج
حيث ε هو معامل الانقراض أو الامتصاصية المولارية ، وهو ثابت عند طول موجي معين.
لاحظ أنه إذا ظل سمك الوسط الماص ثابتًا ، مثل ε ، فإن الامتصاصية A ستعتمد فقط على تركيز c للأنواع الماصة. أيضًا ، إنها معادلة خطية ، y = mx ، حيث y هي A ، و x هي c.
مع زيادة الامتصاصية ، تقل النفاذية ؛ أي مقدار الإشعاع الذي يمكن أن ينتقل بعد الامتصاص. وبالتالي فهي معكوسة. إذا كانت I 0 / I تشير إلى درجة الامتصاص ، فإن I / I 0 يساوي النفاذية. معرفة هذا:
أنا / أنا 0 = T.
(أنا 0 / أنا) = 1 / ت
السجل (I 0 / I) = السجل (1 / T)
لكن ، السجل (I 0 / I) يساوي أيضًا الامتصاصية. إذن فالعلاقة بين A و T هي:
أ = سجل (1 / T)
وتطبيق خواص اللوغاريتمات ومعرفة أن اللوغاريتم 1 يساوي 0:
أ = -LogT
عادة ما يتم التعبير عن التحويلات بالنسب المئوية:
٪ T = أنا / أنا 0 100
الرسومات
كما ذكرنا سابقًا ، تتوافق المعادلات مع دالة خطية ؛ لذلك ، من المتوقع أنه عند رسمها سوف يعطي خطًا.
الرسوم البيانية المستخدمة في قانون بير لامبرت. المصدر: غابرييل بوليفار
لاحظ أنه على يسار الصورة أعلاه لدينا الخط الذي تم الحصول عليه بالرسم البياني A مقابل c ، وإلى اليمين الخط المقابل للرسم البياني لـ LogT مقابل c. أحدهما له ميل إيجابي والآخر سلبي ؛ كلما زاد الامتصاص ، انخفضت النفاذية.
بفضل هذا الخطي ، يمكن تحديد تركيز الأنواع الكيميائية الماصة (الكروموفورات) إذا كان معروفًا مقدار الإشعاع الذي تمتصه (A) ، أو مقدار الإشعاع الذي ينتقل (LogT). عندما لا يتم ملاحظة هذا الخطي ، يقال إنه يواجه انحرافًا ، إيجابيًا أو سلبيًا ، عن قانون بير لامبرت.
التطبيقات
بشكل عام نورد فيما يلي بعض أهم تطبيقات هذا القانون:
-إذا كان لنوع كيميائي لون ، فهو مرشح نموذجي ليتم تحليله بواسطة تقنيات القياس اللوني. هذه تستند إلى قانون Beer-Lambert ، وتسمح بتحديد تركيز التحليلات كدالة للامتصاصية التي تم الحصول عليها باستخدام مقياس الطيف الضوئي.
- يسمح ببناء منحنيات المعايرة ، والتي ، مع مراعاة تأثير المصفوفة للعينة ، يتم تحديد تركيز الأنواع محل الاهتمام.
- يستخدم على نطاق واسع لتحليل البروتينات ، حيث أن العديد من الأحماض الأمينية تقدم امتصاصًا مهمًا في منطقة الأشعة فوق البنفسجية من الطيف الكهرومغناطيسي.
- يمكن تحليل التفاعلات الكيميائية أو الظواهر الجزيئية التي تنطوي على تغير في اللون باستخدام قيم الامتصاص ، عند واحد أو أكثر من الأطوال الموجية.
- باستخدام التحليل متعدد المتغيرات ، يمكن تحليل الخلائط المعقدة من الكروموفورات. وبهذه الطريقة يمكن تحديد تركيز جميع المواد التحليلية ، وكذلك يمكن تصنيف المخاليط وتمييزها عن بعضها البعض ؛ على سبيل المثال ، استبعد ما إذا كان معدنان متطابقان يأتيان من نفس القارة أو بلد معين.
تمارين محلولة
التمرين 1
ما هو امتصاص محلول يُظهر نفاذية بنسبة 30٪ بطول موجة 640 نانومتر؟
لحلها ، يكفي الذهاب إلى تعريفات الامتصاصية والنفاذية.
٪ T = 30
T = (30/100) = 0.3
ومعرفة أن A = -LogT ، يكون الحساب واضحًا:
أ = - سجل 0.3 = 0.5228
لاحظ أنه يفتقر إلى الوحدات.
تمرين 2
إذا كان المحلول من التمرين السابق يتكون من نوع W تركيزه 2.30 10 -4 م ، وبافتراض أن سماكة الخلية 2 سم: ما الذي يجب أن يكون تركيزه للحصول على نفاذية 8٪؟
يمكن حلها مباشرة بهذه المعادلة:
-LogT = εl ج
لكن قيمة ε غير معروفة. لذلك ، يجب حسابها بالبيانات السابقة ، ويفترض أنها تظل ثابتة على مدى واسع من التركيزات:
ε = -LogT / lc
= (-Log 0.3) / (2 سم × 2.3 ∙ 10 -4 M)
= 1136.52 م -1 سم -1
والآن ، يمكنك المتابعة إلى الحساب باستخدام٪ T = 8:
ج = -LogT / ميكرولتر
= (-Log 0.08) / (1136.52 م -1 سم -1 × 2 سم)
= 4.82 ∙ 10 -4 م
ثم يكفي لأنواع W أن تضاعف تركيزها (4.82 / 2.3) لتقليل نسبة نفاذه من 30٪ إلى 8٪.
المراجع
- داي ، ر. ، أندروود ، أ. (1965). الكيمياء التحليلية الكمية. (الطبعة الخامسة). بيرسون برنتيس هول ، ص 469-474.
- Skoog DA ، West DM (1986). التحليل الآلي. (الطبعة الثانية). Interamericana. ، المكسيك.
- سودربيرج ت. (18 أغسطس 2014). قانون بير لامبرت. الكيمياء LibreTexts. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
- كلارك ج. (مايو 2016). قانون بير لامبرت. تم الاسترجاع من: chemguide.co.uk
- التحليل اللوني: قانون بيير أو التحليل الطيفي. تم الاسترجاع من: chem.ucla.edu
- الدكتور ج. م. فرنانديز ألفاريز. (سادس). الكيمياء التحليلية: دليل المشاكل المحلولة.. تم الاسترجاع من: dadun.unav.edu