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Geeignete Konzentration ermitteln

Das müssen Sie mindestens einen Tag vor der Messung machen, denn davon hängt es ab, welche Gefäße Sie brauchen - und Sie werden die Gefäße vorsichthalber vorher noch mal sauber machen wollen.

Für die Absorption einer Lösung gilt das Lambert-Beersche Gesetz:

Io = Intensität des eingestrahlten Lichts

I  = Intensität nach Passieren der Küvette

E = Extinktion

ε = Extinktionskoeffzient

c = Konzentration [mol/l]

d = Schichtdicke der Küvette [cm]

In der UV/VIS-Spektroskopie ist es seit langem Standard, die Extinktion gegen die Wellenlänge aufzutragen. (Bei IR-Spektren ist das traditionell oft noch die Transmission, also die Durchlässigkeit, die gegen die Wellenzahl aufgetragen wird.) Die Extinktion wurde früher als "Absorbance" bezeichnet und mit "A" abgekürzt. Da die Software zur Steuerung des Spektrometers etwas älter ist, werden Sie dort noch das "A" vorfinden.

Im Normalfall werden Küvetten mit einer Schichtdicke von 1 cm verwendet. Auch im Praktikum ist das so. Das Lambert-Beersche Gesetz vereinfacht sich damit zu:

Es gibt also eine direkte Proportionalität zwischen der Konzentration und der beobachteten Extinktion.

Das Problem ist, dass Sie nicht einfach beliebige Extinktionswerte messen können!

Schauen Sie sich noch einmal den linken Teil des Lambert-Beerschen Gesetzes an:

Wenn Sie für E den Wert 2 einsetzen, werden Sie feststellen, dass dann nur noch 1 % des eingestrahlten Lichts durch die Küvette hindurchkommt! Bedenken Sie dabei die sonstigen aufgetretenen Verluste: Die Wolframfaden-Lampe, die für den sichtbaren Bereich zuständig ist, strahlt schon mal 95 % der aufgenommenen Leistung als Wärme ab und die lausigen 5 % Licht strahlen in alle Himmelsrichtungen. Nur ein verschwindend kleiner Bruchteil kann in den Monochromator gelenkt werden und wird dort spektral zerlegt, weshalb wieder nur ein winziger Bruchteil der Energie den Monochromator auch wieder verlässt. Dieser wird noch einmal halbiert, weil das Licht durch den Probenstrahlengang und den Vergleichsstrahlengang geleitet wird.

Ab einer Extinktion von E = 3 sind die Detektoren jedes UV/VIS-Spektrometers überfordert: Zwischen dunkel und ganz dunkel können Sie nicht mehr quantitativ unterscheiden. "Richtige" Spektroskopiker tolerieren deshalb keine Extinktion > 1. Im Praktikum sind wir etwas kompromissbereiter und vermeiden Extinktionen > 2. Das hat mit der Wägegenauigkeit und dem Aufwand zu tun, um extrem kleine Mengen mit hinreichender Genauigkeit einzuwiegen.

Ihr Spektrum wird also murksig, wenn Sie zu hohe Konzentrationen einwiegen. Was dann passiert, zeigt das folgende Bild:

Die blaue Kurve bleibt unterhalb einer Extinktion von E = 2 die rote hätte am Maximum eigentlich eine Extinktion von ca. 4, aber die Bande sieht aus, als wäre die Spitze weggesprengt worden.

Berechnen Sie eine Einwaage, die eine Extinktion von nicht mehr als 1,5 erwarten lässt!

Beispiel:

Der Extinktionskoeffizient sei 10.000 und die molare Masse sei 100. Sie würden also rechnen:

1,5 = 10.000 · c

also

c = 0,15 mmol, was bei einer molaren Masse von 100 einer Einwaage von 15 mg/l entspricht.

Um ein hinreichend genaues Wägeergebnis zu erzielen, sollten Sie bei der im Praktikum zur Verfügung stehenden Waage eine Menge von mindestens 10 mg einwiegen.

Ist das Lösemittel Wasser, dann nehmen Sie halt einen 1-l-Messkolben und geben dort Ihre 15 mg Substanz hinein.

Wenn Sie ein organisches Lösemittel verwenden wollen, tut eine Menge von einem ganzen Liter - nur um davon ein Aliquot von vielleicht 2 ml zum Füllen einer Küvette zu entnehmen, dem Gewissen schon ein bisschen weh. Es wäre da schon nett, wenn Sie zunächst eine Stammlösung von 15 mg in z.B. 100 ml Lösemittel herstellen und diese Konzentration noch einmal um das Verhältnis 1:10 verdünnen.

Bitte beachten Sie, dass dem Praktikum Messkolben aller gängigen Größen zur Verfügung stehen.

Sie können also selbst die Verdünnung von Stammlösungen mit einer akzeptablen Genauigkeit bewerkstelligen.

  • Machen Sie sich mindestens einen Tag vor der Messung eine Strategie, wie Sie vorgehen wollen.
  • Besorgen Sie sich rechtzeitig vor der Messung die dafür notwendigen Messkolben.
  • Reinigen Sie die Messkolben vor der Verwendung! Sie wissen in einem Praktikum nicht, was Ihre Vorgänger damit angestellt haben! Sie haben nur gerade gelesen, dass lausige 15 mg pro Liter eines mäßig uv-aktiven Chromophors das durchstrahlte Licht fast vollständig absorbieren können. Es gibt auch Chromophore, die 50 Mal stärker absorbieren. Also achten Sie auf eine peinliche Sauberkeit!

Wenn Sie einmal später professionell UV/VIS-Spektren anfertigen werden, wird Ihnen dafür eine Waage zur Verfügung stehen, die noch um mindestens zwei Stellen genauer ist, als die im Praktikum vorhandene Waage. Es wird Ihnen damit möglich sein, ohne Verdünnungen von Stammlösungen Winzmengen in 10-ml-Kölbchen einzuwiegen und daraus unmittelbar ein Spektrum zu messen. Solche Waagen sind - Verzeihung - für ein Praktikum viel zu empfindlich, sondern können nur speziell geschultem Personal überlassen werden.

So schlecht ist die Praktikumswaage übrigens gar nicht. Würde man die Waage vom 2. Obergeschoss in das Erdgeschoss verlagern, würde eine aufgelegte 100-g-Masse ein anderes Wägeergebnis liefern, weil im Erdgeschoss der Erdmittelpunkt etwas näher gerückt ist! Sie müssen sich halt daran gewöhnen, dass man im analytischen Bereich in ganz andere Kategorien denken muss!

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