Absorbancia

Absorbancia se define como "el logaritmo de la relación entre la potencia radiante incidente y transmitida a través de una muestra (excluyendo los efectos sobre las paredes celulares)". Alternativamente, para muestras que dispersan la luz, la absorbancia se puede definir como "el logaritmo negativo de uno menos la absorbancia, medida en una muestra uniforme". El término se utiliza en muchas áreas técnicas para cuantificar los resultados de una medición experimental. Si bien el término tiene su origen en la cuantificación de la absorción de luz, a menudo se entrelaza con la cuantificación de la luz que se "pierde" en un sistema detector a través de otros mecanismos. Lo que estos usos del término tienden a tener en común es que se refieren a un logaritmo de la relación entre una cantidad de luz que incide sobre una muestra o material y la que se detecta después de que la luz ha interactuado con la muestra.

El término absorción se refiere al proceso físico de absorber luz, mientras que la absorbancia no siempre mide solo la absorción; puede medir la atenuación (de la potencia radiante transmitida) causada por la absorción, así como la reflexión, la dispersión y otros procesos físicos. A veces el término "atenuación" o "absorbancia experimental" se utiliza para enfatizar que la radiación se pierde del haz por procesos distintos a la absorción, con el término "absorbancia interna" Se utiliza para enfatizar que se han hecho las correcciones necesarias para eliminar los efectos de fenómenos distintos a la absorción.

Historia y usos del término absorbancia

Ley de Beer-Lambert

Las raíces del término absorbancia se encuentran en la ley de Beer-Lambert. A medida que la luz se mueve a través de un medio, se volverá más tenue a medida que se "extingue". Bouguer reconoció que esta extinción (ahora llamada atenuación) no era lineal con la distancia recorrida a través del medio, sino que estaba relacionada mediante lo que ahora llamamos una función exponencial.

Si ${displaystyle I_{0}$ es la intensidad de la luz al comienzo del viaje y ${displaystyle I_{d}$ es la intensidad de la luz detectada después del viaje de una distancia ${displaystyle d}$, la fracción transmitida, ${displaystyle T}$, se da por: ${displaystyle T={frac {I_{d} {I_{0}}=exp(-mu d)}$, donde ${displaystyle mu }$ se llama constante de atenuación (un término utilizado en varios campos donde se transmite una señal a través de un medio) o coeficiente. La cantidad de luz transmitida está cayendo exponencialmente con distancia. Tomando el logaritmo natural en la ecuación anterior, obtenemos:${displaystyle -ln(T)=ln {frac {I_{0} {I_{d}=mu} ♪$. Para los medios dispersantes, la constante se divide a menudo en dos partes, ${displaystyle mu =mu ¿Qué?$, separandolo en un coeficiente de dispersión, ${displaystyle mu _{s}}$, y un coeficiente de absorción, ${displaystyle mu _{a}}$, obteniendo:${displaystyle -ln(T)=ln {frac {I_{0} {I_{s}}=(mu} ¿Qué?$.

Si un tamaño de un detector es muy pequeño en comparación con la distancia viajada por la luz, cualquier luz que esté dispersa por una partícula, ya sea en la dirección delantera o hacia atrás, no golpeará el detector. (Bouguer estaba estudiando fenómenos astronómicos, por lo que esta condición se cumplió.) En tal caso, una parcela de ${displaystyle -ln(T)}$ como una función de longitud de onda producirá una superposición de los efectos de absorción y dispersión. Debido a que la porción de absorción es más distinta y tiende a montar en un fondo de la porción de dispersión, a menudo se utiliza para identificar y cuantificar la especie absorbente. En consecuencia, esto se conoce a menudo como espectroscopia de absorción, y la cantidad trazada se llama "absorbancia", simbolizada como ${displaystyle mathrm {A}$. Algunas disciplinas por convención utilizan la absorción decadic (base 10) en lugar de la absorción de Napierian (natural), dando como resultado: ${displaystyle mathrm {A} _{10}=mu _{10}d}$ (con el subscript 10 generalmente no se muestra).

Absorbancia para muestras que no se dispersan

Dentro de un medio homogéneo como una solución, no hay dispersión. En este caso, investigado exhaustivamente por August Beer, la concentración de las especies absorbentes sigue la misma contribución lineal a la absorbancia que la longitud del camino. Además, las contribuciones de las especies absorbentes individuales son aditivas. Esta es una situación muy favorable e hizo que la absorbancia fuera una métrica de absorción mucho más preferible a la fracción de absorción (absortancia). Este es el caso por el cual el término "absorbancia" fue utilizado por primera vez.

Una expresión común de la ley de la Cerveza relaciona la atenuación de la luz en un material como: ${displaystyle mathrm {A} =varepsilon ell c}$ Donde ${displaystyle mathrm {A}$ es absorción; ${displaystyle varepsilon }$ es el coeficiente de atenuación molar o absorción de las especies atenuantes; ${displaystyle ell }$ es la longitud de la trayectoria óptica; y ${displaystyle c}$ es la concentración de las especies atenuantes.

Absorbancia para muestras dispersas

Para las muestras que dispersan la luz, la absorción se define como "el logaritmo negativo de una absorción de menos (fracción de absorción: ${displaystyle alpha }$) medido en una muestra uniforme". Para la absorción decádica, esto puede ser simbolizado como: ${displaystyle mathrm {A} _{10}=-log _{10}(1-alpha)}$. Si una muestra transmite y remite luz, y no es luminiscente, la fracción de luz absorbida (${displaystyle alpha }$), remitido (${displaystyle R.$), y transmitido (${displaystyle T}$) añadir a 1, o: ${displaystyle alpha +R+T=1}$. Note que ${displaystyle 1-alpha =R+T}$ y la fórmula puede ser escrita como: ${displaystyle mathrm {A} _{10}=-log _{10}(R+T)}$. Para una muestra que no se dispersa, ${displaystyle R=0}$ y ${displaystyle 1-alpha =T}$ ceder la fórmula para la absorción de un material discutido a continuación.

Aunque esta función de absorbancia es muy útil con muestras dispersas, la función no tiene las mismas características deseables que para las muestras que no se dispersan. Sin embargo, existe una propiedad llamada poder de absorción que puede estimarse para estas muestras. El poder de absorción de una sola unidad de espesor de material que constituye una muestra de dispersión es el mismo que la absorbancia del mismo espesor del material en ausencia de dispersión.

Óptica

En óptica, la absorbancia o la absorbancia decádica es el logaritmo común de la relación entre radiación incidente y transmitida. energía a través de un material, y la absorbancia espectral o absorbancia espectral decádica es el logaritmo común de la relación entre la potencia radiante espectral incidente y transmitida a través de un material.. La absorbancia no tiene dimensiones y, en particular, no es una longitud, aunque es una función monótonamente creciente de la longitud del camino y se acerca a cero cuando la longitud del camino se acerca a cero. El uso del término "densidad óptica" porque se desaconseja la absorbancia.

Definiciones matemáticas

Absorbancia de un material

La absorbancia de un material, denominada A, viene dada por

${displaystyle A=log _{10}{frac {fnK}{text{y}} {f}{f}} {fnK}} {f}}}} {fnfnK}}}} {fnK}}}}} {f}}}}}}\\fnfnKfnKfnKfnKfnKfnKb}}}}b}}}}}}}}}}}}}}}}}}\\\\\\b9}}}\\\\\\\\\\\b}}}}}}}\\\\\\\\\fnKfnMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMinMin ¿Por qué?$

dónde

${displaystyle {fnMicrosoft Sans Serif}$ es el flujo radiante transmitida por ese material,

${displaystyle ################################################################################################################################################################################################################################################################$ es el flujo radiante recibidos por ese material,

${displaystyle T=Phi _{text{e}} {text{t}/Phi _{text{e}} {text{i}}}$ es la transmisión de ese material.

La absorbancia es una cantidad adimensional. Sin embargo, la unidad de absorbancia o AU se usa comúnmente en espectroscopia ultravioleta-visible y sus aplicaciones de cromatografía líquida de alto rendimiento, a menudo en unidades derivadas como la unidad de miliabsorbancia (mAU) o unidades de miliabsorbancia-minuto (mAU×min), una unidad de absorbancia integrada en el tiempo.

La absorbancia está relacionada con la profundidad óptica por

${displaystyle A={frac}{ln 10}=tau log _{10}e,}$

donde τ es la profundidad óptica.

Absorbancia espectral

Absorbancia espectral en frecuencia y Absorbancia espectral en longitud de onda de un material, denominada A_ν y A_λ respectivamente, están dados por

${displaystyle A_{nu }=log _{10}{frac {fnMicrosoft Sans Serif} ♫ {text{i} {fn}} {fnMicrosoft}} {fnMicrosoft}} ¿Por qué? ¿Qué?$

${displaystyle A_{lambda }=log _{10}{frac {fnMinisterio}lambda ♫ {text{i} {fn}} {fnMicrosoft}} {fnMicrosoft}} ¿Por qué? ¿Qué?$

dónde

CCPR_E.^t es el flujo radiante espectral en frecuencia transmitida por ese material,

CCPR_E.ⁱ es el flujo radiante espectral en frecuencia recibida por ese material,

T_. es la transmisión espectral en frecuencia de ese material,

CCPR_e,^t es el flujo radiante espectral en longitud de onda transmitida por ese material,

CCPR_e,ⁱ es el flujo radiante espectral en longitud de onda recibido por ese material,

T_λ es la transmisión espectral en longitud de onda de ese material.

La absorbancia espectral está relacionada con la profundidad óptica espectral mediante

${displaystyle A_{nu }={frac {tau _{nu {fn 10}=tau _{nu }log _{10}e,}$

${displaystyle A_{lambda }={frac {tau _{lambda }{ln 10}=tau _{lambda }log _{10}e,}$

dónde

τ_. es la profundidad óptica espectral en frecuencia,

τ_λ es la profundidad óptica espectral en longitud de onda.

Aunque la absorbancia no tiene unidades, a veces se informa en "unidades de absorbancia", o AU. Muchas personas, incluidos los investigadores científicos, expresan erróneamente los resultados de los experimentos de medición de absorbancia en términos de estas unidades inventadas.

Relación con la atenuación

Atenuación

La absorbancia es un número que mide la atenuación de la potencia radiante transmitida en un material. La atenuación puede ser causada por el proceso físico de "absorción", pero también por reflexión, dispersión y otros procesos físicos. La absorbancia de un material es aproximadamente igual a su atenuación cuando la absorbancia es mucho menor que 1 y la emitancia de ese material (que no debe confundirse con exitancia o emisividad radiante) es mucho menor que la absorbancia. En efecto,

${displaystyle ¿Qué? ¿Por qué? ¿Por qué? ¿Por qué?$

dónde

CCPR_e^t es el poder radiante transmitido por ese material,

CCPR_e^Att es el poder radiante atenuado por ese material,

CCPR_eⁱ es el poder radiante recibido por ese material,

CCPR_e^e es el poder radiante emitido por ese material,

eso es equivalente a

${displaystyle T+{text{ATT}=1+E,}$

dónde

T CCPR_e^t/ Opinion_eⁱ es la transmisión de ese material,

ATT = ⋅_e^Att/ Opinion_eⁱ es atenuación de ese material,

E CCPR_e^e/ Opinion_eⁱ es la emisión de ese material,

y según la ley de Beer-Lambert, T = 10^−A, entonces

${displaystyle {text{ATT}=1-10^{-A}+Eapprox Aln 10+E,quad {text{if} All 1,}$

y finalmente

${displaystyle {text{ATT}approx Aln 10,quad {text{if} Ell A.}$

Coeficiente de atenuación

La absorbancia de un material también está relacionada con su coeficiente de atenuación decádica mediante

${fnMicrosoft Sans Serif}$

dónde

l es el espesor de ese material a través del cual la luz viaja,

a()z) es el Coeficiente de atenuación decádica de ese material en z.

Si a(z) es uniforme a lo largo de la trayectoria, se dice que la atenuación es una atenuación lineal y la relación se convierte en

${displaystyle A=al.$

A veces la relación se da utilizando el coeficiente de atenuación molar del material, es decir, su coeficiente de atenuación dividido por su concentración molar:

${displaystyle A=int _{0}varepsilon c(z),mathrm {d} z,}$

dónde

ε es coeficiente de atenuación molar de ese material,

c()z) es la concentración molar de ese material en z.

Si c(z) es uniforme a lo largo del camino, la relación se convierte en

${displaystyle A=varepsilon cl.}$

El uso del término "absortividad molar" Se desaconseja el coeficiente de atenuación molar.

Medidas

Medidas logarítmicas versus directamente proporcionales

La cantidad de luz transmitida a través de un material disminuye exponencialmente a medida que viaja a través del material, según la ley de Beer-Lambert (A=(ε)(l)). Dado que la absorbancia de una muestra se mide como un logaritmo, es directamente proporcional al espesor de la muestra y a la concentración del material absorbente en la muestra. Algunas otras medidas relacionadas con la absorción, como la transmitancia, se miden como una relación simple, por lo que varían exponencialmente con el espesor y la concentración del material.

Rango de medición del instrumento

Cualquier instrumento de medición real tiene un rango limitado sobre el cual puede medir con precisión la absorbancia. Un instrumento debe calibrarse y compararse con estándares conocidos si se quiere confiar en las lecturas. Muchos instrumentos se volverán no lineales (no seguirán la ley de Beer-Lambert) a partir de aproximadamente 2 AU (~1% de transmisión). También es difícil medir con precisión valores de absorbancia muy pequeños (por debajo de 10⁻⁴) con instrumentos disponibles comercialmente para análisis químicos. En tales casos, se pueden utilizar técnicas de absorción basadas en láser, ya que han demostrado límites de detección que reemplazan a los obtenidos por instrumentos convencionales no basados en láser en muchos órdenes de magnitud (la detección se ha demostrado hasta 5 × 10< sup>-13). La mejor precisión teórica para la mayoría de los instrumentos no basados en láser disponibles comercialmente se alcanza en el rango cercano a 1 AU. La longitud del camino o la concentración deben entonces, cuando sea posible, ajustarse para lograr lecturas cercanas a este rango.

Método de medición

Normalmente, la absorbancia de una sustancia disuelta se mide mediante espectroscopia de absorción. Esto implica hacer brillar una luz a través de una solución y registrar cuánta luz y qué longitudes de onda se transmitieron a un detector. Usando esta información, se pueden determinar las longitudes de onda que fueron absorbidas. En primer lugar, las mediciones en un tablero "en blanco" se toman utilizando sólo el disolvente como referencia. Esto es para conocer la absorbancia del solvente y luego cualquier cambio en la absorbancia al medir la solución completa se realiza solo por el soluto de interés. Luego se toman medidas de la solución. El flujo radiante espectral transmitido que atraviesa la muestra de solución se mide y se compara con el flujo radiante espectral incidente. Como se indicó anteriormente, la absorbancia espectral a una longitud de onda dada es

${displaystyle A_{lambda }=log _{10}left({frac {fnMicrosoft Sans Serif} }{mathrm {i} ♪♪ Phi _{mathrm {e}lambda ¡Sí!$

El espectro de absorbancia se traza en un gráfico de absorbancia versus longitud de onda.

Un espectrofotómetro UV-Vis hará todo esto automáticamente. Para utilizar esta máquina, las soluciones se colocan en una cubeta pequeña y se insertan en el soporte. La máquina se controla a través de una computadora y, una vez "blanqueada", muestra automáticamente la absorbancia trazada frente a la longitud de onda. Obtener el espectro de absorbancia de una solución es útil para determinar la concentración de esa solución mediante la ley de Beer-Lambert y se utiliza en HPLC.

Número de tono

Algunos filtros, en particular el vidrio para soldar, se clasifican por número de tono (SN), que es 7/3 veces la absorbancia más uno:

${displaystyle {text{SN}={frac} {7}{3}A+1,}$

o

${displaystyle {text{SN}={frac} {7}{3}(-log _{10}T)+1.}$

Por ejemplo, si el filtro tiene 0,1 % de transmitancia (0,001 de transmitancia, que son 3 unidades de absorbancia), su número de tono sería 8.