UV Visible или UV-VIS (Ултравиолетова) Спектроскопија

UV Visible илиUV-VIS (Ултравиолетова)

Спектроскопија

Оваа техника се базира на интеракција (взаемно дејство)помеѓу ЕЛЕКТРОНИТЕ од молекулите од супстанците и светлината. Поради тоа најпрво е згодно да се потсетиме на некои одсвојствата на светлината (т.е. електромагнетното зрачење)

Vo prirodata postojat razli~ni vidovi na elektromagnetni zra~ewa. Na primer: vidliva svetlina,X-zra~ewe, radio branovi, toplinsko zra~ewe itn. Site primeri se odnesuvaat na elektromagnetni zra~ewa koi{to se razlikuvaat pome|u sebe spored energijata {to ja prenesuvaat (poseduvaat).

Celokupnoto mno`estvo na site elektromagnetni zra~ewa se vika spektar na elektromagnetnoto

zra~ewe.

Приказ на еден електромагнетен бран

Elektromagnetno Zra~ewe

Sekoj elektromagneten bran se karakterizira so -Branova dol`ina -Frekvencija-broj na

branovi dol`ni vo edinica vreme vreme -amplituda

[ematski prikaz na branov proces.

vrv na branotbranova dol`ina

amplituda

Osobini na branov proces

Osobini na elektromagnetnoto

zra~ewe:

prenesuva energija niz prostorot;brzina na dvi`ewe niz vakuum: c = 3 108 m s-1.

Svojstva na elektromagnetnoto zra~ewe-пренесува енергија

= c/kade=>frekvencija=> branova dol`ina

c =>brzina na svetlina

Energijata na branot e proporcionala so frekvencijata,

= h(h e plankova konstanta)

Kolku e frekvencijata pogolema, tolku e energijata na toa branovo dvi`ewe pogolema

Ултравиолетово (UV) зрачење:• Е електромагнетно зрачење што се наоѓа во спектарот

помеѓу видливата светлина и X-зраците• т.е во подрачјето на бранови должини од 1nm до 400nm

Figure 1. The Electromagnetic Radiation Spectrum

Се разликуваат три подрачја на UV зрачењеUV-A:

долго UV, блиско ултравиолетовоПостои во подрачјето помеѓу 320 и400 nm

UV-B: средно UV зрачењеПомеѓу 280 и320 nm

UV-C: Кратко UV зрачење, далечно ултравиолетово зрачење помеѓу180 и280 nm

UV-A и UV-C: сме виделе UV ламби што се комерцијално достапни

Апсорпција на зрачењеКога бела светлина поминува низ (или

е рефлектирана од) некоја безбојна супстанца, тогаш специфична порција од бранови должини на упадната светлина ќе биде апсорбирана од страна на таа супстанца.

Бранова должина

амплитуда

Апсорпција на зрачењеПреостанатата светлина во

таков случај ќе добие комплементарна боја на таа од светлината што била апсорбирана.

Violet:   400 - 420 nm

Indigo:   420 - 440 nm

Blue:   440 - 490 nm

Green:   490 - 570 nm

Yellow:   570 - 585 nm

Orange:   585 - 620 nm

Red:   620 - 780 nm

Дали молекулите од разни супстанци може да стапатво интеракција (т.е. да апсорбираат) ултравиолетово зрачењеи на кој начин го прават тоа?

Да се потсетиме на теоријата за орбиталите кај молекулите

да го земеме етилен за пример, врската е хромофорот т.есегментот од молекулата етилен што може да апсорбира зрачење.Во молекулата на етилен постојат пополнети и непополнети молекулски орбитали. т.е. Места каде што може да престојуваат електроните од врската (врските). Овие орбитали помеѓу себе се разликуваат според енергијата. Такви орбитали се Highest Occupied MO (HOMO) Lowest Unoccupied MO (LUMO)

C C

H

HH

H

Електронски премини1. Енергија

Бидејќи постојат енергетски разлики помеѓу HOMO и LUMO орбиталите, тие енергетски разлики се предуслов да се случуваат електронски премини помеѓу овие молекулски орбитали кога електроните ќе примат енергија при нивна интеракција со UV-зрачењето

n * * *

Од што зависат овие електронски премини? енергијата на овие електронски премини зависи од енергијата на UV-Vis зрачењето Енергијата to * > to * > n to *

2. Да ја земеме за пример молекулата на формалдехид-Кај оваа молекула можни се неколку електронски премини и тоа

C

O

HH

Тоа значи, различни молекули од различни супстанци (кои, логичкиќе имаат различна електронска структура) ќе апсорбираатUV-VIS зрачење со различна енергија (т.е. различна бранова должина), а со тоа нивниот апсорбциски UV-VIS спектар ќе изгледа различно

Како ќе знаеме кој пик на која супстанца припаѓа, кога имамесмеса од повеќе супстанци?

Постојат т.н. АТЛАСИ на чисти супстанци каде е дадено при коиУслови (во кој растворувач, во кое рН, при која температура...Која супстанца на која бранова должина ќе дадеапсорпциски пик (или пикови)

УВ ВИС Спектри на некои соединенија-спектрите ги има во атласикаде се опишани условите при кои е снимен спектарот

супстанца структура Растворувач

max (nm) max Тип на премин

Alkene n-Heptane 177 13,000 *

Alkyne n-Heptane 178

196

225

10,000

2,000

160

*

_

_

Carbonyl n-Hexane

n-Hexane

186

280

180

293

1,000

16

Large

12

n*

n*

n*

n*

Carboxyl Ethanol 204 41 n*

Amido Water 214 60 n*

Azo Ethanol 339 5 n*

Nitro CH3NO2Isooctane 280 22 n*

Nitroso C4H9NO Ethyl ether 300

665

100

20

_

n*

Nitrate C2H5ONO2Dioxane 270 12 n*

C6H13HC CH2

C5H11C C CH3

CH3CCH3

O

CH3CH

O

CH3COH

O

CH3CNH2

O

H3CN NCH3

Апсорпциони карактеристики на некои супстанци

Во структурата на голем број органски соединенија постојатТ.н. ХРОМОФОРИ, т.е. ФУНКЦИОНАЛНИ ГРУПИ ШТО АПСОРБИРААТОД УВ ИЛИ ВИДЛИВАТА СВЕТЛИНА НА ТОЧНО ОПРЕДЕЛЕНАБРАНОВА ДОЛЖИНА.

ТАКВИ ГРУПИ СЕC=O-карбонилна; „=„-двојна врска; бензенски прстен; СООН-карбоксилна група; NH2-амино група и сл.

3. Пример за УВ-ВИС спектар

Спектарот на дадена супстанца зависи од повеќе фактори -ОД ПРИРОДАТА НА РАСТВОРУВАЧОТ во кој се испитува-од рН на растворот-од температурата...

Друг пример за УВ-ВИС спектар

Трет пример за УВ-ВИС спектар

За количеството на апсорбирана светлина важи Beer’-овиот Закон

A = bc ; кадеА-апсорбанца

се вика екстинционен коефициентb-должина на слој низ кој поминува светлината

c-концентрација на супстанцатаОвој закон овозможува квантитативно опредеување на

концентрацијата на дадена супстанца

Количеството на апсорбирана светлина може да се мери на неколку начини и тоа:

трансмитанца, T = P / P0% трансмитанца, %T = 100 T Апсорбанца, A = 2 - log(%T) 

Beer’-ов Закон Односот од апсорбанцата и трансмитанцата е прикажан на

следниот дијаграм:

Брановата должина и количината на светлина што ќе биде апсорбирана зависи од природата на молекулите во системот (т.е. од нивната електронска структура) и од концентрацијата на таа супстанца во системотBeer’-ов закон

A=bc = log I/I0

A е апсорбанца Е моларен апсорпционен коефициент (има единици L mol-1 cm-1) b е должината на садот во кој е сместена пробата (обично во cm). c е концентрацијата на дадената компонента во растворот (mol L-1).

ЕВЕ КАКО ШЕМАТСКИ ИЗГЛЕДА ЕДЕН ЕКСПЕРИМЕНТ ВОUV-VIS спектроскопија

Извор на UV-зрачење

Призма зараздвојувањена зрачењето

Кивета во која е сместенапробата во раствор

UV-спектар

Примена на оваа техника

Незаменлива во секоја научноистражувачка лабораторијаГолем број на супстанци можат да апсорбираат во

UV-VIS подрачјето: Употреба во медицина и биохемија за детекција на DNAФоренсички анализиминерологијаКонтрола на хранаВо фармацевтска индустрија...

Флуоресценција Кога UV зрачење ќе биде емитирано од некоја

ултравиолетова ламба и ќе биде насочено кон површината на некој реактивен материјал, тогаш дел од тоа зрачење ќе биде апсорбирано од материјалот. Притоа, електроните од супстанцата што апсорбирала ултравиолетово зрачење ќе поминат привремено во повисоки енергетски нивои.

Кога вака ексцитираните електрони ќе се вратат во основната состојба, тогаш се испушта количината на апсорбирано зрачење.

Меѓутоа, оваа количина на испуштено зрачење сега ќе има помала енергија (подолги бранови должини) одошто таа на применото зрачење и ќе биде поместена кон видливиот дел на спектарот, па така ќе може да се набљудува со голо око. Овој феномен е познат како UV-индуцирана видлива флуоресценција.

Појавата е наречена флуоресценција според минералот fluorite, т.е. calcium fluoride, каде го има овој феномен.

Примери за флуоресценција

Флуоресценција

Равенка за флуоресценција:

Овдека системот почнува од состојба

означена со S1, и после емисијата на фотон од флуоресцентно зрачење со енергија h v, преминува во состојба S2

h = Planck‘-ова константаv = фреквенција на флуоресцентното

зрачење

Шематски приказ за процесите на флуоресценција (лево) и фосфоресценција (десно)

Примери на флуоресцентни минерали