Nota applicativa | ABSOR.B™
MISURA DELLE VELOCITÀ DI REAZIONE CHIMICA CON L’ASSORBANZA
di Dimitria Camasão e CEP Noemie Deloire,
Applicazione Scienziati, Rheolution Inc.
Sintesi
- Le reazioni chimiche in cui sono coinvolti reagenti o prodotti colorati possono essere analizzate osservando le variazioni nel tempo della loro capacità di assorbimento a determinate lunghezze d’onda.
- ABSOR.B™ ha misurato con precisione la cinetica di assorbanza di una miscela composta da colorante alimentare blu e candeggina.
- L’equazione di velocità della reazione chimica tra il colorante blu e la candeggina è stata determinata utilizzando la cinetica di assorbimento.
INTRODUZIONE ALLA MISURAZIONE DELL'ASSORBANZA NELL'ANALISI DELLE REAZIONI CHIMICHE
Introduzione
Le reazioni chimiche in cui uno dei reagenti o dei prodotti è colorato possono essere monitorate misurando l’assorbanza nel tempo. Ad esempio, le molecole di colorante possono reagire con sostanze specifiche, modificando la propria struttura chimica e, di conseguenza, la propria capacità di assorbire o riflettere la luce. Allo stesso modo, l’attività degli enzimi può essere monitorata quando la reazione tra l’enzima e il substrato porta alla formazione di un prodotto colorato. In questi due esempi, la velocità della reazione chimica può essere rappresentata rispettivamente dalla scomparsa dei reagenti o dalla comparsa dei prodotti.
Queste misurazioni (assorbanza nel tempo) forniscono informazioni sulla velocità di reazione e sull’attività dei reagenti. La velocità di reazione (o legge di velocità) è una descrizione matematica di come la velocità di una reazione chimica dipenda dalla concentrazione molare dei suoi reagenti. Determinare le leggi di velocità è fondamentale per approfondire la comprensione delle reazioni chimiche, ottimizzare le condizioni di reazione e garantire una produzione efficiente e controllata dei prodotti desiderati in vari campi scientifici e industriali.
In quest’ottica, in questo studio abbiamo usato ABSOR.B™ per studiare la cinetica della reazione tra un colorante alimentare (colorante blu) e l’ipoclorito di sodio (candeggina). Lo ione ipoclorito (ClO-) è un agente ossidante che sottrae uno o più elettroni alle molecole del colorante, modificandone la struttura chimica, che di conseguenza non è più in grado di assorbire la luce nello spettro visibile. La diminuzione dell’assorbanza durante la reazione è stata misurata a due diverse concentrazioni di candeggina. I dati ottenuti sono stati poi utilizzati per determinare l’equazione chimica che descrive la velocità di reazione.
APPROCCIO SPERIMENTALE ALLA MISURAZIONE DELL'ASSORBANZA IN CHIMICA
Materiali e metodi
Il colorante alimentare (di colore blu) è stato miscelato con ipoclorito di sodio (candeggina, NaClO) in fiale da 10 mL a due diverse concentrazioni (0,134 M e 0,269 M di ClO). Le fiale sono state subito inserite nell’ABSOR.B™ e i test sono stati effettuati a temperatura ambiente utilizzando la cartuccia Emitt.635, la cartuccia ottica di emissione che emette luce alla lunghezza d’onda di 635 nm (le componenti blu hanno il loro picco di assorbimento proprio intorno a questa lunghezza d’onda). Per ogni campione sono stati rilevati i valori di assorbanza nel tempo (n=3 per ogni condizione). La legge di velocità è stata calcolata sulla base della cinetica di assorbanza (1,2).
ANALISI DELLE VELOCITÀ DI REAZIONE TRAMITE MISURAZIONI DELL'ASSORBANZA
Risultati e discussione
Monitoraggio sperimentale della reazione chimica
La Figura 1 mostra i risultati per ciascuna concentrazione di ipoclorito di sodio miscelato con il colorante blu in triplicato (n=3). Come previsto, la reazione è avvenuta più rapidamente nel campione con la concentrazione più alta di ipoclorito di sodio, come dimostra la diminuzione più rapida dell’assorbanza. Si nota inoltre l’ottima ripetibilità dei risultati tra le repliche per ciascuna condizione. L’intrinseca variabilità intrinseca dei tessuti animali e il numero ridotto di campioni (n=3) rafforzano l’elevata ripetibilità e sensibilità dei risultati.
Figura 1: Assorbanza (Abs) di un colorante blu per uso alimentare in funzione del tempo, dopo la miscelazione con ipoclorito di sodio a 0,269 M (arancione) e 0,134 M (turchese).
Modellizzazione teorica della reazione chimica
Questa reazione chimica con i suoi coefficienti stechiometrici (m e n) può essere rappresentata come segue:
L’equazione di velocità di questa reazione, in funzione della concentrazione molare dei suoi reagenti, si può scrivere così:
![rate = k [blue dye]m[hypochlorite]n](data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB2aWV3Qm94PSIwIDAgNzAzIDM1IiB3aWR0aD0iNzAzIiBoZWlnaHQ9IjM1IiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==){kind=small}
Dove k è la costante di velocità (specifica per una determinata reazione e temperatura), mentre m e n sono gli esponenti che definiscono l’ordine di reazione.
In questo esperimento, l’ipoclorito di sodio era in forte eccesso rispetto al colorante blu. Di conseguenza, la sua concentrazione non è cambiata in modo significativo durante questa reazione chimica, quindi può essere considerata approssimativamente costante.
Per determinare innanzitutto l’esponente m e dato che in questo esperimento la concentrazione di ipoclorito può essere considerata approssimativamente costante, la pseudo-costante di velocità (k’) può quindi essere calcolata come segue:
![k [hypochlorite]n](data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB2aWV3Qm94PSIwIDAgNzAzIDMyIiB3aWR0aD0iNzAzIiBoZWlnaHQ9IjMyIiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==){kind=small}
Quindi la legge di velocità può essere riscritta come:
Tracciando i grafici di Abs in funzione del tempo, ln(Abs) in funzione del tempo e 1/Abs in funzione del tempo, puoi determinare l’ordine di reazione del colorante blu. Se:
– Il rapporto tra Abs e tempo è lineare: reazione di ordine zero (m = 0)
– ln(Abs) in funzione del tempo è lineare: reazione di primo ordine (m = 1)
– 1/Abs al tempo è lineare: reazione di secondo ordine (m = 2)
Figura 2 mostra che il valore di R² più alto è stato ottenuto dalle curve ln(Abs) in funzione del tempo (R² > 0,99); si tratta quindi di una reazione di primo ordine per quanto riguarda il colorante blu (m = 1). Inoltre, la pseudo-costante (k’) è pari al negativo della pendenza della retta di regressione lineare. Con queste informazioni, puoi calcolare la costante della legge di velocità ( k), come segue:
La costante di velocità (k) per questa reazione è quindi 0,29 (M·s)⁻¹ e, utilizzando l’equazione 2, anche n è pari a 1. Pertanto, la legge di velocità per questa reazione chimica può essere scritta come:
Figura 2: Valori medi di assorbanza (Abs), ln Abs e 1/Abs in funzione del tempo per un colorante blu alimentare con entrambe le concentrazioni di ipoclorito di sodio (n=3), con le rispettive regressioni lineari.
Conclusioni e prospettive
ABSOR.B™ è stato utilizzato con successo per misurare le variazioni di assorbanza nel tempo a 635 nm durante la reazione tra un colorante blu per uso alimentare e la candeggina in soluzione. La legge di velocità di questa reazione chimica è stata calcolata dalla cinetica di assorbanza.
In generale, il ABSOR.B™ ti permette di:
- Raccolta di misurazioni continue dell’assorbanza nella sua app per tablet, per analizzare facilmente la cinetica delle reazioni chimiche.
- Personalizzazione della piattaforma di analisi in base alla lunghezza d’onda richiesta dall’applicazione (con diverse cartucce ottiche per l’emissione della luce), ai portacampioni più adatti all’esperimento (tra fiale, cuvette e microprovette) e alla capacità di analisi tramite il controllo di più unità ABSOR.B™ da un unico tablet wireless.
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BIBLIOGRAFIA
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L'assorbanza è un concetto fondamentale nel campo della spettrofotometria, una tecnica usata per misurare la quantità di luce assorbita da una sostanza su un ampio intervallo di lunghezze d'onda. È una grandezza adimensionale derivata dal logaritmo del rapporto tra la luce incidente e quella trasmessa attraverso un campione. Lo spettro di assorbanza, spesso rappresentato graficamente, rivela le lunghezze d’onda alle quali una sostanza assorbe la luce con maggiore intensità (Figura 1). Queste informazioni sono utili in vari campi scientifici come la biologia, la chimica, la biochimica e la biologia molecolare per identificare e quantificare composti specifici...