فحص تركيز البيرمنغنات

ان أحد الاهداف من هذه التجربة هو التعرف على جهاز السبيكتروفوتوميتر وهو عبارة عن جهاز الذي يساعدنا على قياس كمية الضوء للمادة المستعملة عن طريق طول الموجة التي توجه للجهاز.

ان كل مادة تمتص الاشعة بطول موجة خاص بها (اذا طول الموجة في مجال الضوء المرئي يكون لها لون نستطيع ان نراه) ..البيرمنغنات يمتص طول موجة خاص به (وفي تجربتنا وجهنا للجهاز طول موجة يساوي 520nm وذلك لان اللون الاخضر هو اللون المضاد للون البيرمنغنات والذي لونه بنفسجي.

(سبيكتروفوتوميتر)

سندرس جهاز حديث من نوع يستخدم الفلاتر كمولدات ضوء وحيد اللون أي وحيد طول الموجة ، ويستخدم نظام FLOW CELL أو الكوفيت ذي الاستعمال لمرة واحدة DISPOSABLE CUVETTE ونظام الكشف من نوع أنصاف النواقل ،ووحدة معالجة ميكرو كومبيوتر وإظهار رقمي بالإضافة لطابعة لإظهار النتائج على الورق . وهو جهاز قابل للبرمجة على وظائف و اختبارات عديدة ، ويتمتع بنتائج دقيقة وتحمل للعمل الطويل . 1- مبدأ العمل

تبدي الكثير من المواد الكيميائية المنحلة امتصاصات مختلفة للضوء ، كتابع لطول الموجة التي تتعرض لها تلك المواد ، و حسب طبيعة هذا الامتصاص و طول الموجة نستطيع تحديد نوع العنصر و تركيزه في العينة ، و إذا كانت هذه المواد لا تمتص الضوء نضيف لها كواشف تتفاعل معها لنحصل على مركب يمتص الضوء ، و بذلك نستطيع تحديد هوية هذه العناصر من خلال مقياس اللون حيث أن الضوء يسقط من المنبع الضوئي و بعد أن يمر عبر ناخب طول الموجة نختار لونا واحدا (طول موجة وحيد ) نمرره عبر العينة حيث تمتص جزءاً منه ، و الضوء النافذ يصل إلى الكاشف الذي يعطي تياراً كهربائياً متناسباً مع الضوء النافذ ، و من ثم يصل هذا التيار إلى جهاز القراءة الذي يعطينا قيمة تابعة لتركيز المادة المدروسة في العينة . 2- مم يتألف جهاز السبيكتروفوتوميتر : - المنبع الضوئي Source : يؤمن الطاقة الضوئية التي تستخدم لتحليل العينة . - ناخب طل لموجة Wave Selector : يؤمن مرور ضوء وحيد اللون (نختار بواسطته طول الموجة الخاصة بالمادة المطلوب قياس تركيزها) . - حجرة العينة Cuvette : تحتضن العينة ليتم تحليلها في مسار الطاقة الضوئية . - الكاشف Detector : ينتج خرجاً كهربائياً متناسباً مع كمية الطاقة الضوئية المستقبلة . - جهاز القراءة Readout : يشير إلى كمية الطاقة المستقبلة أو إلى بعض توابعها Function (مثال : تركيز المادة المدروسة في العينة ) . 3- شرح أجزاء المخطط الصندوقي (أجزاء الجهاز): 1- المنبع الضوئي Source: تستخدم لمبات الهيدروجين أو الديتيريوم لتعطي طاقة في المجال nm (360-200(بينما تستخدم لمبات فتيلة التنغستين للمجال nm (360-800) . تعطي لمبات الهيدروجين الديتيريوم طيفاً مستمراً و متقطعاً في حين تعطي مصابيح التغستين طيفاً مستمراً فقط . المشكلة الأساسية لهذه المصادر هي أن % 90 من طاقتها تقع في مجال الأشعة(أي أنها تعطي حرارة) تحت الحمراء و يمكننا زيادة نسبة الأشعة المرئية و فوق البنفسجية بتشغيل اللمبة بجهد أكبر من جهدها الاسمي و لكن ذلك سوف يؤدي إلى إنقاص عمر اللمبة . .مصادر الطاقة هذه يجب أن تغذى بتغذية كهربائية منتظمة هناك ثلاثة أنواع أساسية لوحدات التغذية المستخدمة في أجهزة السبيكترو وهي : 1- البطاريات (بطاريات النيكل_كادميوم القابلة للشحن). 2- محولات الجهد الثابت. 3- وحدات التغذية الإلكترونية. 2-ناخب طول الموجة : هناك العديد من الأجهزة المستخدمة لاختيار أجزاء من طيف الطاقة الناتج عن المنبع الضوئي و منها الفلاتر الزجاجية: الفلاتر الزجاجية : تعمل على مبدأ امتصاص الطاقة ،كمثال : المرشح ذو اللون الأزرق يمتص الأطوال الموجية العليا في المجال المرئي ( منطقة الأحمر ) و يمرر الأطوال الموجية الدنيا في المجال المرئي (منطقة الأزرق ) هذه الفلاتر المؤلفة من طبقة أو أكثر من الزجاج تصمم بحيث تكون مرشحات منخفضة أو عالية أو مرشحات حزمة كما هو موضح. الأجهزة التي تستخدم الفلاتر كناخبات طول موجة تسمى colorimeter أو Photometer 2-مولدات اللون الوحيد Monochromator : نستخدم هنا مواشيرprisms أو صفائح تبعثر شبكية ( شبكات انعراج ) Diffraction Gratings وهي تزودنا بعرض نطاق ضيق جداً وتتألف من صفيحة زجاجية مقسمة إلى مسافات متساوية D بحيث يكون هناك شقوق تمرر الضوء بينما على طول المسافة D يتواجد زجاج عاتم لا يسمح بمرور الضوء من خلاله وتعتمد في عملها على مبدأ انعراج الضوء عند الأطراف الحادة .يصل عرض النطاق الخارج من الصفائح إلىnm (0.5) وهي تعمل في مجال أطوال موجيةnm (960 - 200) أما المواشير فهي مصنوعة من الزجاج أو الكوارتز وتستخدم عدسات مقربة لتوجه الضوء من المنبع عبر فتحة الدخول بحيث أن الموشور يكسر الأشعة كتابع لطول الموجة . إن مرشح الضوء الوحيد الذي يستخدم الموشور كعنصر اختيار طول الموجة يمكن أن يتم بنائه على الشكل التالي

3-حجرة العينة Cuvette : وهي تحتوي المادة المدروسة ويجب أن تصنع بحيث لا تغير الخواص الطيفية للضوء عند دخوله أو مغادرته لها .إن درجة العناية و الكلفة عند تصنيع الحجرة تكون تابعة للدقة المطلوبة في السبيكترو فوتومتر . العينة sample :

يفترض في زجاجة العينة أن تكون نظيفة وصافية وخالية من التشوهات والخدوش . كما يجب أن يكون المحلول ممزوجاً بشكل جيد وفي درجة حرارة مناسبة . نستخدم عادةً الأنابيب المربعة أو المستطيلة المقطع وبطول مسار للأشعة الضوئية CM 1 وسعةmL (4-3) ( نظام قديم ) أما الأحجام الأقل فلها زجاجات ذات جدران أثخن ويظل طول مسار الأشعة هو CM 1 أما سعة الأنبوب فهي ML 1 ، وفي الأجهزة الحديثة التي تستخدم نظام (Flow cell ) يمكن أن يكون حجم العينة المسحوبة 500 أو أقل . تستخدم الأنابيب الزجاجية للقراءة في المجال المرئي ولكن للقياسات في مجال الأطوال فوق البنفسجية يكون أنبوب العينة مصنوعاً من الكوارتز . 4-الكاشف Detector : يمكن استخدام الخلية الكهرضوئية التي تتألف من ثلاث طبقات وهي محكمة الإغلاق في غلاف يحميها ، الطبقة السفلية الداعمة تتكون من معدن ناقل بينما الطبقة الحساسة للضوء مصنوعة من مادة السيلينيوم selenium أو الكادميوم و تتوضع فوق الطبقة الداعمة ، الطبقة الناقلة الشفافة تغطي المادة الحساسة للضوء . الضوء المار عبر الطبقة الشفافة إلى الحساسة يتسبب في تحرير الإلكترونات من الطبقة الحساسة مؤدياً لمرور تيار إلى الطبقة الداعمة ومنها إلى الدارة ، والتيار المقاس تابع مباشر للشدة الضوئية الساقطة على الخلية الكهرضوئية. لهذه الخلية عدة عيوب منها : 1- قلة الحساسية 2- ضعف التيار الناتج 3- سرعة تأثرها بالحرارة 4- حاجتها لتحمية الجهاز فترة طويلة قبل الاستخدام ،لذلك استخدمت أداة أكثر حساسية هي الأنبوب الضوئي Photo tube الذي يتألف من مهبط ومصعد وغلاف مفرغ يحويها ، يغطى المهبط بمادة حساسة للضوء وعند اصطدام الضوء بالمهبط يؤدي إلى تحرر الالكترونات التي تجتذب من قبل المصعد مسببة تدفق تيار متناسب مع الشدة الضوئية ، يتم بعدها تضخيم التيار وتحويله إلى جهاز القراءة الذي يمكن أن يكون وحدات إظهار رقمية أو مؤشراً عادياً أو طابعة .

لماذا نحتاج إلى جهاز السبكتروفوتوميتير ؟

نقوم في هذه التجربة بفحص البيرمنغينات بتراكيز مختلفة لكي نجد تركيز المحلول المجهول..ان معرفة "امتصاص الضوء" تساعدنا في التعامل مع قانون "بير-لامبير"

قانون بير-لامبير

قام الباحثان بير ولامبير قاما بدراسات حول العلاقة بين تركيز المذاب في محلول وبين كمية الضوء التي يقوم بامتصاصها المحلول وقد وجدا ان العلاقة بين كمية الاشعة التي يمتصها الضوء (I0 - I) وبين تركيز المحلول هي علاقة لوغاريثمية ، لذا قاما بتعريف مصطلح جديد الا وهو ال Absorbance .

Aλ = − log(I / I0 )

A = log10 I0 / I

A = log10 1 / T

A = log10 100 / %T

A = 2 - log10 %T

قانون بيرلمبير ينطبق فقط بطول موجة الذي يكون مناسب للمادة التي يمتصها المحلول المستخدم بالتجربة, اذ ان كل مادة في الطبيعة تمتص ضوء بطول موجة خاص بها فالبرينغات مثلا يمتص ضوء بموجة 520nm كما ذكرت اعلاه... (بكلمات القول انه لكي نفحص الامتصاص نعطي ضوء بطول موجة ملائم) قانون بيرلامبير ينطبق اذا كان A≤1 ، فلكي تكون العلاقة طردية بين A و C يجب ان تكون تراكبز المذاب منخفضة (فقط اذا قمنا بفحص العلاقة بين التركيز والامتصاص) فاذا كان A>1 نكون مجبرين على عمل تخفيف لانه اذا لم نقم بذلك فقانون بيرلمبير غير صحيح.

حتى نستطيع استخدام اي جهاز لفحص الامتصاص (A) يجب ان يكون صافٍ اي ان لا تكون فيه مواد او جسيمات غير مذابة والسبب في ذلك ان الجسيمات الغير ذائبة لا تجعل الضوء يمر بشكل لازم فهي تمنع الضوء من الاستمرار بمروره بخطوط مستقيمة من خلال المحلول حيث انها تشتته.. اضف إلى ذلك ان هذا الامر اي عدم مرور الضوء "بكمية" لازمة اي بكمية اقل من المفروض ان تكون يكون مقدار ال A عالي ومن المفهوم ضمنا ان السبب في ذلك هو العكر.