Utryddelseskoeffisient

Den ekstinksjonskoeffisient (fra latin extinctio , ekstinksjon " ) er et mål på dempningen ( ekstinksjon ) av elektromagnetiske bølger gjennom et medium , basert på den banelengde gjennom mediet og til den mol-konsentrasjon av substansen i løsningsmiddel . Svekkelsen skjer gjennom spredning og absorpsjon ; hvis den delen av spredningen kan forsømmes, snakker man også om absorpsjonskoeffisienten .

Ekstinksjonskoeffisienten brukes ofte i UV / VIS-spektroskopi eller fotometri .

kjemi

I kjemi er utryddelseskoeffisienten (epsilon), nærmere bestemt den molare, dekadiske ekstinksjonskoeffisienten ( synonym : molar absorpsjonskoeffisient ), et mål på hvor mye elektromagnetisk stråling et spesielt stoff i molar konsentrasjon (1  mol / l ) med en passasjelengde på 1 cm og absorbert ved en viss bølgelengde : ${\ displaystyle \ varepsilon}$

${\ displaystyle \ varepsilon = {\ frac {E} {c \, d}}}$

avledet av en grunnleggende ligning av fotometri, Lambert-Beer-loven :

${\ displaystyle \ Leftrightarrow E = \ varepsilon \, c \, d}$

Betegn der

• E er den dimensjonsløse absorbansen , dvs. H. reduksjonen i intensiteten av lyset målt i fotometeret (ekstinksjonen er mer presist definert som den dekadiske logaritmen av forholdet mellom den opprinnelige intensiteten og intensiteten målt bak prøven, som også kan refereres til som prøvenes overføring).
• c er den molare konsentrasjonen av løsningen i målecellen
• d banelengden til målecellen (vanligvis 1 cm).

Den vanlige enheten for utryddelseskoeffisienten er l · mol ⁻¹ · cm ⁻¹ . Det avhenger av bølgelengden, temperaturen, ofte av pH-verdien, og i tilfelle mange fargestoffer, av løsningsmidlet som brukes. Det er vanligvis spesifisert for en viss bølgelengde og ved absorpsjonsmaksimum i forhold til de andre parametrene. Fargestoffer i vandig oppløsning har ekstinksjonskoeffisienter på opp til 10 ⁵  l · mol ^-1 * cm ^-1  = 10 ⁴  mol ^-1 · m ² i sitt absorpsjonsmaksimum i det synlige spektralområdet (VIS) .

optikk

Optiske utryddelseskoeffisienter (grønn kurve) for vann mellom 3 nm og 300 m

Optiske utryddelseskoeffisienter (grønn kurve) for vann mellom 100 nm (UV) og 6400 nm (IR)

I dette området betegner begrepet ekstinksjonskoeffisient (også ) den imaginære delen av den komplekse brytningsindeksen . Det er en dimensjonsløs mengde for svekkelseskapasiteten til et medium: jo større, jo sterkere absorberes den innfallende elektromagnetiske bølgen (f.eks. Lys) av materialet. Ekstinksjonskoeffisienten avhenger sterkt av materialets kjemiske og krystallografiske struktur og dermed av fysiske parametere som bølgelengden til strålingen, temperaturen osv. (Se også: permittivitet ). ${\ displaystyle k}$${\ displaystyle n ''}$ ${\ displaystyle {\ hat {N}} = n- \ mathrm {i} k}$

Ekstinksjonskoeffisienten er knyttet til absorpsjonsindeksen (gresk: kappa ) via den virkelige delen av den komplekse brytningsindeksen : ${\ displaystyle k}$ ${\ displaystyle \ kappa}$

${\ displaystyle k = n \ cdot \ kappa}$

Effekten av den tenkte delen av brytningsindeksen kan avledes fra eksemplet med plane elektromagnetiske bølger:

${\ displaystyle {\ begin {align} E (z, t) & = E_ {0} \ cdot \ exp \ left ({\ mathrm {i} \ omega t- \ mathrm {i} kz} \ right) \\ & \ quad \ left \ downarrow \ \ mathrm {k} = {\ frac {{\ hat {N}} \ omega} {c}} \ right. \\ & = E_ {0} \ cdot \ exp \ left ( {\ mathrm {i} \ omega t- \ mathrm {i} {\ frac {{\ hat {N}} \ omega} {c}} z} \ høyre) \\ & \ quad \ left \ downarrow \ {\ hatt {N}} = nk \ mathrm {i} \ høyre. \\ & = E_ {0} \ cdot \ exp \ left ({\ mathrm {i} \ omega t- \ left (\ mathrm {i} {\ frac {n \ omega} {c}} z + {\ frac {k \ omega} {c}} z \ right)} \ right) \\ & = \ underbrace {E_ {0} \ cdot \ exp \ left ( {- {\ frac {k \ omega} {c}} z} \ høyre)} _ {{\ text {eksponentielt avtagende betegnelse for}} \ k> 0} \ cdot \ exp \ left ({\ mathrm {i} \ omega t- \ mathrm {i} {\ frac {n \ omega} {c}} z} \ høyre) \\\ slutt {justert}}}$

Amplituden i penetrasjonsdybden er . Så hvis det er positivt, reduseres amplituden til bølgen eksponentielt . ${\ displaystyle z}$${\ displaystyle E (z) = E_ {0} \ cdot \ exp \ left (- {\ frac {k \ omega} {c}} z \ right)}$${\ displaystyle k}$

For intensiteten til den gjennomtrengende bølgen gjelder følgende for gjennomtrengningsdybden til det absorberende mediet: ${\ displaystyle I (z)}$${\ displaystyle z}$

${\ displaystyle {\ begin {align} I & = {\ frac {1} {2}} \ epsilon _ {0} | {\ hat {N}} | c | E (z) | ^ {2} \\ & = {\ frac {1} {2}} \ epsilon _ {0} | {\ hat {N}} | c \ left (E_ {0} \ cdot \ exp \ left ({- {\ frac {k \) omega} {c}} z} \ right) \ right) ^ {2} \\ & = {\ frac {1} {2}} \ epsilon _ {0} | {\ hat {N}} | cE_ {0 } ^ {2} \ cdot \ exp \ left ({- {\ frac {2k \ omega} {c}} z} \ right) \\ & = I (0) \ cdot \ exp \ left ({- {\ frac {2k \ omega} {c}} z} \ høyre) \\\ slutt {justert}}}$

Ekstinksjonskoeffisienten forårsaker derfor en eksponentiell reduksjon i lysintensiteten . ${\ displaystyle k}$

Etter å ha innført absorpsjonskoeffisienten oppnår man: ${\ displaystyle \ alpha = {\ frac {2k \ omega} {c}}}$

${\ displaystyle I (z) = I (0) \ cdot e ^ {- \ alpha z}}$

Noen ganger nevnes også utryddelseskoeffisienten (se f.eks.). ${\ displaystyle \ alpha}$

litteratur

• Klaus Lüders, Robert Otto Pohl: Pohls introduksjon til fysikk: Volum 2: Elektrisitet og optikk . Springer, 2010, ISBN 978-3-642-01627-1 . 

weblenker

• Molare absorpsjonskoeffisienter (UV-VIS). I: Spectra og Spectral Data. University of Texas, engelsktalende.

Individuelle bevis

1. ↑ Klaus Lüders, Robert Otto Pohl: Pohls introduksjon til fysikk: Volum 2: Elektrisitet og optikk . Springer, 2010, ISBN 978-3-642-01627-1 , pp. 353 f . 
2. ↑ ^{a b} Wolfgang Zinth, Ursula Zinth: Optics . 2. utgave. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2009, ISBN 978-3-486-58801-9 , s. 22-23 .