Spektroskopija u UV-Vis oblasti

• APSORPCIONE METODE • EMISIONE METODE Apsorpcija u vidljivom delu spektra zasniva se na stabilnim

promenama u elektronskim energetskim nivoima. Apsorpcioni spektar nastaje tako što uzorak apsorbuje zračenje u

određenim „porcijama”, tako da detekcioni sistem registruje smanjenje intenziteta svetlosti koja izlazi iz uzorka.

Energija koja je apsorbovana tokom apsorpcije fotona može naknadno biti oslobođena u više različitih procesa koji se dešavaju međusobno konkurentno (emisija, fosforescencija, fluorescencija).

Apsorpciona spektroskopija u UV-Vis oblasti

Zasniva se na apsorpciji svetlosti UV: ultra (iznad, preko) + violet (ljubičasto) 200-

380 nm Vis: visible (vidljivo) 380-780 nm

Apsorpcija zračenja dovodi do prelaza valentnih elektrona iz osnovnog u pobuđeno stanje Pobuđuju se valentni elektroni: - sigma (σ) elektroni - pi (π) elektroni - slobodni elektronski parovi (n)

• hν = Eviše-Eniže

Dozvoljeni elektronski prelazi

APSORPCIONI SPEKTAR Jedan elektronski prelaz - jedna apsorpciona traka

A=f(λ)

λ max -ona talasna dužina koju jedinjenje najviše apsorbuje

Na λmax utiče priroda supstance Različita jedinjenja imaju različite hromofore (molekul ili deo molekula koji je odgovoran za apsorpciju u UV-Vis oblasti)

Apsorpcioni spektar benzena (1) oko 255 nm i fenola (2) oko 270 nm

180 200 220 240 260 280 300

λ, nm

2

1

n-π∗

π−π ∗

A

Spektroskopija u vidljivoj oblasti

Vidljiva oblast

BOJA – posledica selektivne apsorpcije određenih

talasnih dužina upadne svetlosti od strane obojene supstance.

Spektar u vidljivoj oblasti

Boja jedinjenja

Selektivna apsorpcija u vidljivom delu spektra (400-800 nm) Komplementarne boje

Predmeti su one boje koju reflektuju

Rastvori su one boje koju propuštaju, a ne apsorbuju

Zašto je NaCl bezbojan, a NiCl2 obojen?

11Na→1s2 2s2 2p6 3s1

Na+ →1s2 2s2 2p6 isto kao i Ne Velika E da se prevede u pobuđeno stanje ⇒u UV oblasti 28Ni → 1s22s22p63s23p64s23d8

Ni2+ → 1s22s22p63s23p64s23d6

Mala E da se prevede u pobuđeno stanje⇒ u Vis oblasti

Koje informacije dobijamo iz UV-Vis spektra?

• Apsorpcija svetlosti iz ovog dela spektra donosi malo podataka o strukturi materije, ali je vrlo korisna u smislu kvantitativnih merenja – koncentracija supstance u rastvoru određuje se primenom Lambert-Beer–ovog zakona.

Lambert-Beer–ov zakon

• Jean-Henri Lambert (1728–1777) je postavio prvu matematičku vezu koja kaže da je logaritam opadanja intenziteta svetlosti jednak proizvodu neprozirnosti (opacity) sredine i njene debljine.

• 1850. nemački fizičar Auguste Beer je postavio

relaciju između koncentracije i optičke gustine (sada nazvane apsorbancija), koja je dovela do današnjeg oblika Lambert–Beer–ovog zakona.

Lambert-Beer–ov zakon

Eksponencijalni oblik Lambert-ovog zakona

−kb I p = I0 e

Intenzitet propuštene svetlosti eksponencijalno opada sa debljinom sloja kroz koju svetlost prolazi.

Beer-ov zakon

A = abc Apsorbancija nekog rastvora srazmerna je

koncentraciji tog rastvora, debljini sloja kroz koji svetlost prolazi

i apsorptivnosti rastvorene supstance

Lambert-Beer-ov zakon

T – transparencija A- apsorbancija

Io- intenzitet upadne svetlosti Ip- intenzitet propuštene svetlosti

a-(molarni) apsorpcioni koeficijent ili (molarna) apsorptivnost b-dužina optičkog puta

c-koncentracija

T=I/I0 A=log (1/T)

A=log I0/ I=abc

Veza između A i T

A = − logT ili A = 2− log(%T)

Kalibraciona kriva Beer-ov zakon: nagib=ab,odsečak =0

A = abc

0,0 0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

koncentracija

y= kx + n jednačina prave

A

Ograničenja Lambert-Beerovog zakona

A=abc Važi za: – monohromatsko

zračenje A=f(λ) – razblažene rastvore (nema interakcija analit-

analit ni analit-rastvarač)

Izbor talasne dužine

Izbor talasne dužine

Veza između apsorpcionog i kalibracionog dijagrama

Kalibracija

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4

C (mg/l)

λ1 (470 nm)λ2 (510 nm)λ3 (540 nm)

MERENJE APSORPCIJE INSTRUMENTI MERE

APSORBANCIJU/TRANSPARENCIJU

Fotometri (fotometri, kolorimetri) Spektrofotometri

MERENJE APSORPCIJE Osnovni delovi instrumenta

• Izvor svetlosti -Lampa sa volframovim vlaknom • Monohromator -obojeni filter (propuštaju 30-50 nm) -prizma i razrez (propuštaju 1-35 nm) -difrakciona rešetka (propušta 1-35 nm) • Optički sistem -ogledala, sočiva, razrezi za usmeravanje svetlosnog

zraka

MERENJE APSORPCIJE Osnovni delovi instrumenta

• Kivete i držači kiveta (uzorak u obliku rastvora i obojen)

• Detektor (uređaj za merenje jačine svetlosti) - Ljudsko oko - Fotoćelija - Fotocev

Kolorimetri -poređenje boje rastvora nepoznate koncentracije sa bojom rastvora (filtra) poznate koncentracije -koristi se bela svetlost (ne monohromatska) Henerovi cilindri Helige komparator...

Fotometri i spektrofotometri

-Meri se jačina propuštene svetlosti -Koriste se monohromatori:

ofiltri → fotometri oprizme ili rešetke → spektrofotometri

Izvori zračenja-lampe • Vis deo spektra:

volframova lampa (360- 950 nm)

• UV deo spektra: deuterijumova i vodonična (190-420 nm)

cevi za pražnjenje živina lampa- linijski

spektri

Izvori zračenja-lampe • Volframova lampa (sijalica) - vidljiva oblast • Deuterijumova ili vodonična lampa - UV

Monohromator

Od polihromatske treba da izdvoji monohromatsku svetlost.

Sastoji se od: Ulaznog i izlaznog razreza (slita) Optičkog sistema sočiva i ogledala Disperzionog elementa - prizma ili difrakciona rešetka

Monohromatori

• Izbor λ se vrši pomeranjem monohromatora

• Odabrana λ se propusti kroz razrez

• Izgled spektra zavisi od kvaliteta monohromatora i veličine razreza

Disperzioni element

PRIZMA DIFRAKCIONA

REŠETKA

U Vis oblasti spektra-staklene U UV oblasti spektra- kvarcne

Monohromatori

Kivete

• Staklene- za Vis oblast • Kvarcne-za UV oblast Najčešće prečnika 1 cm

(dužina optičkog puta)

Kivete

Detektori

• fotoćelija • fotocev

• fotomultiplikator

Detektori

• fotoćelija • fotocev

• fotomultiplikator

Spektrofotometar sa jednim zrakom

Shema spektrofotometra

Spektrofotometar sa jednim zrakom

Spektrofotometar sa dva zraka

Šta je slepa proba?

Rastvor = analit+ rastvarač Apsorbuje i analit i rastvarač Uloga slepe pobe - eliminisati apsorbanciju

(transparenciju) rastvarača tako što se kazaljka instrumenta dovede na 0 apsorbancije, odnosno 100% transparencije

Na taj način merenjem se dobija samo apsorbancija (transparencija) analita.

Fotometar Jednostavniji uređaji od spektrofotometra Samo u Vis oblasti spektra

Meri se apsorbancija i transparencija obojenih rastvora- određuje se koncentracija

Kao monohromatori se koriste FILTERI

Kako izabrati filter prema boji ispitivanog rastvora?

• Boja filtera je komplementarna boji ispitivanog rastvora.

• To znači da filter treba maksimalno da propusti svetlost one boje koju rastvor maksimalno apsorbuje.

PRIMERI*

• KOLORIMETRIJSKO ODREĐIVANJE SADRŽAJA GVOŽĐA U VODI ZA PIĆE

• SPEKTROFOTOMETRIJSKO ODREĐIVANJE GVOŽĐA U

OBLIKU Fe(CNS)3

*Neophodno predznanje: - koncentracija rastvora (molarna i masena) - priprema rastvora zadate koncentracije