- Què és la transmitància?
- Absorció de la llum en un medi
- Teoria molecular de l'absorció lumínica
- Factors dels quals depèn la transmitància
- exercici resolt
- exercici 1
- Resposta
- referències
La transmitància òptica és el quocient entre la intensitat lluminosa emergent i la intensitat lluminosa incident sobre una mostra de solució translúcida que ha estat il·luminada amb llum monocromàtica.
El procés físic de el pas de la llum a través d'una mostra es diu transmissió lluminosa i la transmitància és una mesura de la transmissió lluminosa. La transmitància és un valor important per determinar la concentració d'una mostra que generalment està dissolta en un solvent com pot ser aigua o alcohol, entre d'altres.
Figura 1. Muntatge per a la mesura de la transmitància. Font: F. Zapata.
Un electro-fotòmetre mesura un corrent proporcional a la intensitat lluminosa que incideix sobre la seva superfície. Per calcular la transmitància generalment es mesura primer el senyal de la intensitat corresponent a l'solvent sol i es registra aquest resultat com Io.
Després es col·loca la mostra dissolta en el solvent amb la mateixes condicions d'il·luminació i el senyal mesura per l'electro-fotòmetre es denota com I, llavors la transmitància es calcula d'acord amb la fórmula:
T = I / I o
Ha de notar-se que la transmitància és una quantitat adimensional, pel fet que és una mesura de la intensitat lluminosa d'un mostra en relació a la intensitat de transmissió de l'solvent.
Què és la transmitància?
Absorció de la llum en un medi
Quan la llum passa a través d'una mostra, part de l'energia lluminosa és absorbida per les molècules. La transmitància és la mesura macroscòpica d'un fenomen que passa a nivell molecular o atòmic.
La llum és una ona electromagnètica, l'energia que transporta és al camp elèctric i magnètic de l'ona. Aquests camps oscil·lants interactuen amb les molècules d'una substància.
L'energia que transporta l'ona depèn de la seva freqüència. La llum monocromàtica té una sola freqüència, mentre que la llum blanca té una gamma o espectre de freqüències.
Totes les freqüències d'una ona electromagnètica viatgen en el buit a la mateixa velocitat de 300000 km / s. Si denotem per ca la velocitat de la llum en el buit, la relació entre freqüència f i longitud d'ona λ és:
c = λ⋅f
Com c és una constant a cada freqüència correspon la seva respectiva longitud d'ona.
Per mesurar la transmitància d'una substància es fan servir les regions de l'espectre electromagnètic visible (380 nm a 780 nm), la regió ultraviolada (180 a 380 nm) i la de l'infraroig (780 nm fins 5600 nm)
La velocitat de propagació de la llum en un medi material depèn de la freqüència i és menor que c. Això explica la dispersió en un prisma amb el qual es poden separar les freqüències que componen la llum blanca.
Teoria molecular de l'absorció lumínica
Aquestes transicions s'entenen millor amb un diagrama d'energies moleculars que es mostra a la figura 2:
Figura 2. Diagrama d'energies moleculars. Font: F. Zapata.
En el diagrama les línies horitzontals representen diferents nivells energètics moleculars. La línia E0 és nivell fonamental o de menor energia. Els nivells E1 i E2 són nivells excitats de més energia. Els nivells E0, E1, E2 corresponen als estats electrònics de la molècula.
Els subnivells 1, 2, 3, 4 dins de cada nivell electrònic corresponen als diferents estats vibracionals corresponents a cada nivell electrònic. Cadascun d'aquests nivells té subdivisions més fines que no es mostren que corresponen als estats rotacionals associats a cada nivell vibracional.
El diagrama mostra fletxes verticals que representen l'energia dels fotons en el rang infraroig, visible i ultraviolada. Com es pot veure els fotons infrarojos no tenen energia suficient per promoure transicions electròniques, en canvi la radiació visible i la ultraviolada si.
Quan els fotons incidents d'un feix monocromàtic coincideixen en energia (o freqüència) amb la diferència d'energia entre estats d'energia molecular, llavors es produeix l'absorció de fotons.
Factors dels quals depèn la transmitància
D'acord al que s'ha dit en l'apartat anterior, la transmitància dependrà llavors de diversos factors entre els quals podem nomenar:
1- La freqüència amb què s'il·lumina la mostra.
2- El tipus de molècules que es vol analitzar.
3- La concentració de la solució.
4- La longitud de camí recorregut pel feix lluminós.
Les dades experimentals indiquen que la transmitància T disminueix exponencialment amb la concentració C i amb la longitud L de camí òptic:
T = 10 -a⋅C⋅L
En l'expressió anterior a és una constant que depèn de la freqüència i el tipus de substància.
exercici resolt
exercici 1
Una mostra patró de certa substància té una concentració de 150 micromoles per litre (micres). Quan es mesura la seva transmitància amb llum de 525 nm s'obté una transmitància de 0.4.
Una altra mostra de la mateixa substància, però de concentració desconeguda té una transmitància de 0,5, quan es mesura a la mateixa freqüència i amb el mateix gruix òptic.
Calculeu la concentració de la segona mostra.
Resposta
La transmitància T decau exponencialment amb la concentració C:
T = 10 -b⋅L
Si es el pren logaritme de la igualtat anterior queda:
log T = -b⋅C
Dividint membre a membre la igualtat anterior aplicada a cada mostra i buidant la concentració desconeguda queda:
C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)
C2 = 150μM⋅ (log 0.5 / log 0.4) = 150μM⋅ (-0.3010 / -0.3979) = 113.5μM
referències
- Atkins, P. 1999. Química Física. Edicions Omega. 460-462.
- La guia. Transmitància i absorbància. Recuperat de: quimica.laguia2000.com
- Toxicologia Ambiental. Transmitància, absorbància i llei de Lambert. Recuperat de: repositorio.innovacionumh.es
- Física aventura. Absorbància i transmitància. Recuperat de: rpfisica.blogspot.com
- Spectophotometry. Recobrat de: chem.libretexts.org
- Toxicologia Ambiental. Transmitància, absorbància i llei de Lambert. Recuperat de: repositorio.innovacionumh.es
- Wikipedia. Transmitància. Recuperat de: wikipedia.com
- Wikipedia. Espectrofotometria. Recuperat de: wikipedia.com