METODE OPTICE DE ANALIZ (1)

Principii fundamentale ale spectroscopiei optice

absorbia sau emisia radiaiilor electromagnetice de ctre molecule sau atomi radiaia electromagnetic proprieti und i de particol caracterizare prin : lungimea de und cm (micrometri m, nanometri nm, milimicroni m, angstromi frecvena (nr cicli/sec) - herzi Hz amplitudine A - cmEnergie - eV, keV , meV, calorii (cal, kcal), , ergi

Rezultatele msurtorii spectroscopic reprezentare grafic spectru.

Caracterizarea undelor electromagnetice Lungimea de und () = wave lengthAmplitudine = amplitudeUnde cu frecven nalt = High frequency wavesUnde cu frecven joas = Low frequency waves

Relaii intre proprietile radiaiilor electromagnetice

E = h h - constanta lui Planck = 6,626 10-27 erg-sec. = cc = 3108 cm/secfcnd nlocuirile se obine: E = h c/ ; E = h c_ 1/ = , unde este numrul de und i reprezint numrul de perioade pe cm. __

Domeniile spectrului electromagnetic n funcie de domeniile de valoare pentru , i

_

Aparatura utilizat Schema bloc pentru un spectrometru de absorbie (a) i unul de emisie (b) a)b) toate componentele optice trebuie s fie transparente pentru domeniul ales !!!!Spectrofotometru in UV VIS Lambda 25 Perkin Elmer Spectrometru FT-IR Spectrum BX Perkin Elmer Spectrometru de absorbtie atomica cu cuptor de grafit Perkin Elmer Spectrometru RMN Varian

Caracterizarea prilor componente ale aparaturii in spectrometria UV VISSursasemnalul emis trebuie s fie o radiaie continu n domeniul ales;semnalul trebuie s fie constantMonocromatorulscop: separarea radiaiei policromatice ntr-una monocromaticdispozitiv de tip optic (prisme)

Cuvele pentru prob

materiale transparente n domeniul lungimii de und utilizate;grosimea trebuie s fie reproductibil, constant, cunoscut, msurabil.ultraviolet vizibil - cuve din cuar ( 200 nm 400 nm) i sticl moale sau Pyrex ( 300 nm 2,5m)infrarou - discuri din NaCl (max 15 m), KCl (max 30 m), KBr (max 27 m), cristal de cuar (max 4 m), TiBr-TiCl (max 30 m)

Cuvapentru spectrofotometru din sticla optica/ quart Drum optic 10 mm Interior 10 mm Volum 3,5 ml Lungime ext. cuva 45 mm IR dispozitive pentru probe (a) lichide, (b) gaz, (c)solide ab c

Detectorii

fotomultiplicatoare, emulsii fotografice, termocuple i celule fotoelectrice n funcie de domeniul spectrului.

n domeniul UV vizibil - fotocelule, celule fotomultiplicatoare, filme fotograficen domeniul IR apropiat - celule fotoconductive, termocuple, celule pneumatice.

Pri componente ale spectrofotometrului de absorbie UV VISDiferentieri functionale UV/VIS

Tipuri de spectrofotometre UV VISSchema de principiu a spectrofotometrului cu dublu fascicolSchema bloc a unui spectrofotometru monocanal

Absorbia i emisia radiaiei electromagnetice

Notiuni fundamentale

Transmitanta T Absorbanta A

T = I/I0A = -ln(T)

Rezultatul determinarii spectroscopice spectru Spectrele de absorbie A = f().Fiecare substan are un spectru de absorbie caracteristic, ca form general, ca domeniu spectral, ca numr de maxime (picuri) precum i ca raporturi ntre intensitile diverselor picuri

LEGILE ABSORBTIEI - Legea Lambert-Beerln(I0/I) = klA = klk - coeficientul de absorbie ; l lungimea cuvei k = const. Ck - coeficient molar de extincie (sau de absorban) notat , pentru c [mol/l]A = lCI = I0e-kl

Abateri ale legii Lambert-Beer

Apar dac substana analizat i modific proprietile fizico-chimice n funcie de concentraie Abaterea de la liniaritateCauze:

chimice - modificarea coeficientului molar de extinie REACTII CHIMICE

fizice reflexie i absorbie de pe pereii cuvelor radiaii incidente ne-monocromatice variaii de temperatur turbiditate ridicat a probei

Spectrometria de absorbie n UV-VIS

Colorimetria (VIS: 550-560nm - verde)

Fotometria (VIS: lumina incident este filtrat prin filtre optice, cu spectru larg)

Spectrofotometria ( UV VIS: lumina incident este filtrat prin monocromatoare, domeniul ngust)

Determinari calitative in spectroscopia optica Compararea spectrelor de absorbie ale substanelor n domeniul UV-VIS, (180-1100nm) cu spectre cunoscute max maxim de absorbie X - selectivitatea maximului de absorbie Spectrul de absorbie al Rodaminei B

Exemple de spectre de absorbtie in vizibil

n chimia organic, absorb n UV/VIS perechile de electroni de valen legturi i , electronii neparticipani spectre cu transfer de sarcin.

Fiecare tranziie lungime de und caracteristic (maxim) i un coeficient molar de absorbie, Diagrama energetic a tranziiilor de rotaie, vibraie i electronice posibile pentru o molecul dat

0, 1, 2, ... - nivele de rotaie, +1 - nivele de vibraieP, R, Q tipuri de tranziii

- grupri cromofore (auxocrome) grupri de atomi care dau ntregii molecule calitatea de a absorbi lumina

- grupare cromofor locul din molecul unde-i au originea tranziiile electronice

Culoarea unui compus nu este culoarea absorbita ci este culoarea care ramane dupa ce se scade frecventa absorbita din sursa de radiatii

Determinari cantitative in spectroscopia opticaCurb de calibrare (etalonare): A = f(C)Domeniul valabilitii legii Lambert-Beer, pentru care se respect liniaritatea funciei A = f(C) nivele de concentraie de 10-2 molL-1 componenti minori < 10%

Determinarea concentratiei pentru proba necunoscuta1 - prin comparaie cu un etalon de concentraie cunoscut- interpolare pe curba- pe baza ecuatiei curbei y = ax + b, y=A x = C - prin intermediul factorului de panta Fm2 - cu ajutorul unui factor constant (coeficient molar de absorban/extinctie)

Chart1

0

0.032

0.061

0.09

0.132

0.202

0.26

Concentratie, mg

Absorbanta

Nitriti legume - Curba etalonare

Sheet1

0.0720.1040.032

0.0720.1330.061

0.0720.1620.09

0.0720.2040.132

0.0720.2740.202

0.0720.3320.26

concabsFi

00

10.0050.0320.156

20.010.0610.164

30.0150.090.167

40.020.1320.152

50.030.2020.149

60.040.260.154

0.941 Fi

0.157Fm

abs xconc x (Fm)conc x (functie)

0.1410.0220.022

0.3220.0510.049

Sheet1

Concentratie, mg

Absorbanta

Nitriti legume - Curba etalonare

Sheet2

Sheet3

Determinarea concentraiei adou specii diferite- aditivitatea absorbantei solutiei

1,2, n- coeficieni de absorban molari ai substanelor 1,2,...,n din soluie c1, c2, cn concentraiile molare ale substanelor 1,2,...,n n soluieb - grosimea stratului de soluie.

Pentru doi componenti x si y avem:

Practic se fac doua masuratori de aborbanta la 1 si 2 (maxim de absorbtie pentru x si y) A1 i A2- absorbanele amestecului la lungimile de und 1, 2 Ax1AX2 i Ay1 Ay2 absorbanele substanelor x i y la lungimea de und 1 si 2 x1 x2 i y1 y2 coeficieni de absorban molari ale substanelor x i y la lungimea de und 1si 2 (se determina separat pe solutii de concentratii cunoscute ale lui x si y)

cx cy

Erori posibile la determinarea absorbanei soluiilor

Absorbana final msurat (A msurat) n se compune din: - absorbana probei de analizat (A prob) - absorbana datorat culorii proprii a probei (A culoare proprie) - absorbana datorat reactivilor (Areactiv)A - Spectrofotometrul este reglat la zero, B - Se fotometreaz reactivii fr reactivul de baz,C - Se introduce proba ce prezint o culoare individual i se fotometreaz ,D - Se adaug reactivul de baz, are loc reacia de culoare dup care se fotometreaz din nou.