应用说明 | ABSOR.B™
利用吸光度测量化学反应速率
by Dimitria Camasão and CEP Noemie Deloire,
应用 科学家们, Rheolution Inc.
摘要
- 涉及有色反应物或生成物的化学反应,可以通过其特定波长下随时间变化的吸光度来分析。
- ABSOR.B™精确测定了由蓝色食用色素和漂白剂组成的混合物的吸光度动力学。
- 通过吸光度动力学测定,确定了蓝色染料与漂白剂之间化学反应的速率方程。
化学反应分析中吸光度测定的简介
引言
在某些化学反应中,若反应物或生成物中有一项具有颜色,则可通过随时间变化的吸光度测量来监测反应过程。例如,染料分子与特定物质发生反应后,其化学结构会发生改变,从而导致其吸收或反射光线的能力随之改变。 同样,当酶与底物发生反应并生成有色产物时,也可以监测酶的活性。在这两个例子中,化学反应速率分别可通过反应物的消耗或产物的生成来体现。
这些测量结果(随时间变化的吸光度)提供了关于反应速率和反应物活度的信息。 反应速率(或速率方程)是描述化学反应速率如何随其反应物摩尔浓度变化的数学表达式。确定速率方程对于加深对化学反应的理解、优化反应条件,以及确保在各种科学和工业领域中高效、可控地生产目标产物,具有基础性意义。
有鉴于此,本文采用ABSOR.B™来研究食品着色剂(蓝色染料)与次氯酸钠(漂白剂)之间的反应动力学。 次氯酸根离子(ClO⁻)是一种氧化剂,它会从染料分子中夺取一个或多个电子,从而改变其化学结构,使染料不再能够吸收可见光范围内的光。 在两种不同浓度的漂白剂条件下,测量了反应过程中吸光度的下降情况。随后,利用获得的数据确定了反应速率的化学方程式。
化学中测定吸光度的实验方法
材料与方法
将食用色素(蓝色)与次氯酸钠(漂白剂,NaClO)按两种浓度(ClO浓度分别为0.134 M和0.269 M)混合于10毫升小瓶中。随后立即将小瓶放入ABSOR.B™中 测试在室温下进行,并使用了 Emitt.635 光模块进行,该发射光模块可发出波长为 635 nm 的光(蓝色成分的吸光度峰值就在该波长附近). 收集了每个样品随时间变化的吸光度值(每种条件下n=3)。根据吸光度动力学数据计算出了速率方程(1,2)。
通过吸光度测量分析反应速率
结果与讨论
化学反应的实验监测
图1展示了将不同浓度的次氯酸钠与蓝色染料混合后,各组重复实验(n=3)的结果。正如预期,次氯酸钠浓度最高的样品反应速度更快,这体现在其吸光度的下降速度更快。 此外,还可以注意到在每种实验条件下,各重复样本之间的结果具有极高的重复性。动物组织固有的内变异性以及样本数量较少(n=3),进一步印证了结果的高重复性和高灵敏度。
图1: 食品级蓝色染料与0.269 M(橙色)和0.134 M(绿松石色)次氯酸钠混合时,其吸光度 (Abs)随时间的变化情况。
化学反应的理论建模
该化学反应及其化学计量系数(m 和 n)可表示如下:
该反应的速率方程可表示为反应物摩尔浓度的函数,其形式如下:
其中k是速率常数(取决于具体的反应和温度),m和n是定义反应级数的指数。
在该实验中,次氯酸钠的量远多于蓝色染料。因此,在该化学反应过程中,其浓度未发生显著变化,可近似视为常数。
首先确定指数m;鉴于在本实验中次氯酸盐的浓度可近似视为常数,则伪速率常数 (k’) 可按以下方式确定:
因此,速率方程可改写为:
通过绘制Abs与时间、ln(Abs)与时间以及1/Abs与时间的图,可以确定该蓝色染料的反应级数。如果:
– 浓度与时间呈线性关系:零阶反应(m= 0)
– ln(Abs) 与时间呈线性关系:一级反应(m= 1)
– 1/Abs 与时间呈线性关系:二阶反应(m= 2)
图2 图2显示,ln(Abs)与时间的关系曲线所得的R²值最高(R²> 0.99),因此就蓝色染料而言,这是一级反应(m = 1)。此外,伪常数(k’)等于线性回归直线的斜率减去1。根据这一信息,可以计算速率律常数( k),具体如下:
因此,该反应的速率常数(k)为 0.29 (M·s)⁻¹,根据式(2),n也等于 1。因此,该化学反应的速率方程可表示为:
图2: 食品级蓝色染料在两种浓度的次氯酸钠条件下(n=3)随时间变化的吸光度 (Abs)、ln Abs 和 1/Abs 的平均值及其相应的线性回归曲线。
结论与展望
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参考文献
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