|
Pagina 1 van 2 Bitterwaarden (EBU) bepalen
Inleiding
De bitterwaarde van bier is voor amateur bierbrouwers alleen maar proefondervindelijk te bepalen. Vaak wordt het bier vergeleken met een bier waarvan de bitterwaarde (EBU) wel bekend is. Willen we de bitterwaarde nauwkeurig bepalen dan zullen we gebruik moeten gaan maken van analyse apparatuur. In dit artikel wordt het principe en de werking van een spectrofotometer, en een methode voor de bepaling van de bitterwaarde beschreven.
Geschiedenis van de spectrofotometrie
In de begintijd van de analytische chemie werd de concentratie van een gekleurde stof onder andere bepaald door de intensiteit van de kleur van het monster te vergelijken met die van een aantal oplossingen waarvan de concentratie bekend was. Door vanuit een buret zoveel standaard aan een bekende hoeveelheid water toe te voegen dat de kleurintensiteit gelijk was aan die van het monster kon met één standaard worden voldaan. Uit de toegevoegde hoeveelheid was de concentratie van het monster te berekenen.
Voordat andere mogelijkheden zich voordeden, werd deze methode geoptimaliseerd. Men maakte gebruik van de invloed van de weglengte op de intensiteit van de kleur. De kleur werd intenser naarmate de weg die het licht door de oplossing af moet leggen langer is. Dit verband is recht evenredig. Hetzelfde geldt voor de concentratie. Er geldt dus:
Kleurintensiteit = k * c* x
k = constante, afhankelijk van de stof
c = concentratie
x = weglengte
Men gebruikte een toestel (de comporator) met twee vaatjes met een doorzichtige glazen voor- en achterwand waarvan de onderlinge afstand gevarieerd kon worden. Het ene vat werd gevuld met het monster, het andere met een bekende oplossing.
Men keek door beide vaatjes tegelijk en varieerde de afstanden zodanig dat beide kleuren even intens waren.
Met behulp van de comporator konden twee oplossingen optimaal met elkaar vergeleken worden. Zo waren redelijk nauwkeurige concentratiebepalingen mogelijk.
Deze vorm van colorimetrie had echter nogal wat nadelen:
- Er was een kleurgevoelig oog vereist en dit verschilt van persoon tot persoon.
- Tintverschillen door de aanwezigheid van andere ionen waren mogelijk. Het
monster kon troebel zijn en het menselijk oog is niet even gevoelig voor de
verschillende kleuren.
- Niet alle stoffen zijn gekleurd (of absorberen straling die het menselijk oog
kan waarnemen).
Men ontdekte later dat een aantal kleurloze oplossingen toch elektromagnetische straling absorberen. Dat ze kleurloos zijn komt omdat ze straling uit een spectrum dat wij niet met het oog kunnen waarnemen absorberen, straling buiten het spectrum van het zichtbaar licht (400 nm - 800 nm) dus. Wanneer later het oog door een fotocel vervangen werd, won de spectrofotometrie snel aan kracht. Het golflengtegebied werd sterk uitgebreid en behalve kwantitatieve gegevens kon nu ook informatie over de moleculaire samenstelling en de structuur van de verbindingen verkregen worden. Tegenwoordig hebben we spectrofotometers waarmee uiterst precieze resultaten verkregen worden.
Spectrofotometrie in de praktijk
In de praktijk kan je spectrofotometrie voor verschillende analyses gebruiken. Ik beperk mij tot de kwantitatieve analyse, hiervoor geldt de wet van Lambert-Beer.
De wet van Lambert-Beer
Als een (monochromatische) lichtbundel op een vaatje met een oplossing valt, wordt een gedeelte gereflecteerd, een gedeelte gaat onveranderd verder en een gedeelte wordt door de moleculen in de oplossing geabsorbeerd. De verhouding van de intensiteit van de lichtbundel (I0) en na het passeren van het monster (I) wordt de transmissie (T = doorlaatbaarheid) genoemd. Uit de transmissie kan de concentratie van een stof worden berekend.
T = I / I0 ofwel T % = I / I0 * 100%
Als de concentratie of de weglengte l (in praktijk: de lengte van de cuvet) toeneemt, neemt de transmissie af. Het verband tussen de transmissie en de concentratie is niet rechtevenredig. De transmissie is dan ook geen praktische grootheid om gebruikt te worden voor het bepalen van de concentratie. Een lineair verband wordt wel verkregen indien de logaritme van de transmissie wordt uitgezet tegen de concentratie of tegen de weglengte. Naar de ontdekkers hiervan wordt dit verband de wet van Lambert-Beer genoemd.
De wet geldt alleen als het gebruikte licht monochromatisch is en de concentratie van de opgeloste stof niet te hoog (< 0,01 M: dit zijn de grenzen van Lambert-Beer) is. Wordt aan deze voorwaarden niet voldaan, dan kunnen afwijkingen in het lineaire verband optreden. Omdat de transmissie, T, altijd kleiner is dan 1, is de logaritme negatief. Daarom werkt men in de praktijk met de negatieve logaritme van de transmissie, de extinctie (E, niet te verwarren met energie).
Experimenteel wordt het volgende verband gevonden:
E = - LogT = e * c * l
De ijklijn (waarmee de concentratie van een oplossing bepaald kan worden) geeft het verband tussen E en c. De richtingscoëfficiënt (de extinctiecoëfficiënt, e) daarvan is groter naarmate de stof de golflengte (l) sterker absorbeert. Daarom moet ook altijd bij lmax gewerkt worden. De richtingscoëfficiënt neemt ook toe wanneer het licht een langere weg door de oplossing moet afleggen. Om verwarring te vermijden wordt daarom e altijd bepaald voor 1 cm.
Samengevat hebben we de volgende begrippen leren kennen:
- Transmissie, T: De fractie van het licht die door het monster wordt doorgelaten.
- Absorptie, A: De fractie van het licht dat geabsorbeerd wordt (1-T).
- Extinctie of absorbantie, E: De negatieve logaritme van de transmissie waarmee
de concentratie bepaald kan worden.
- Extinctiecoëfficiënt, e: De richtingscoëfficiënt van de ijklijn bij een weglengte
van 1 cm.
|
Technische artikelen 
