• bullet
  • Rejestracja
  • bullet
Artykuy: Spektrofo...

Nawigacja

Spektrofotometria UV, VIS



Spektrofotometria UV, VIS




Spektrofotometria, dział fotometrii obejmujący:

a) pomiary natężenia linii widmowych widm rżnych substancji,

b) wyznaczanie krzywych absorpcji lub transmisji (przepuszczania) charakterystycznych dla substancji (jakościowa, i ilościowa analiza związkw org., por. prawo Lamberta i Beera) oraz krzywych absorpcji filtrw świetlnych.

Jako metoda analityczna s. obiektywna (z komrką fotoelektryczną lub termoogniwem jako detektorem promieniowania) w zakresie podczerwień – promieniowanie widzialne (por. kolorymetria) – nadfiolet ma duże znaczenie. Krzywa zależności wspłczynnika ekstynkcji molarnej od długości fali charakteryzuje substancje, a wielkość absorpcji dla danej długości fali – jej stężenie. Przyrządami stosowanymi w s. są tzw. spektrofotometry, składające się ze źrdła promieniowania, układu pochłaniającego (badanego i porwnawczego), › monochromatora, detektorw promieniowania i urządzenia elektrycznego wzmacniającego i rejestrującego (lub pozwalające na in. formę odczytania wskazań detektora promieniowania).



Spektrofotometr

1. W analizie absorpcyjnej spektralnej aparat do pomiaru przepuszczalności lub wartości absorpcji promieniowania przy określonej dł. Fali. Ze względu na zakres pomiaru rozrżnia się:

a) Spektrofotometry na nadfiolet (za pomocą ktrych po zmianie źrdła promieniowania można prowadzić pomiary w świetle widzialnym) (a). wiązka promieniowania ze źrdła 1, po odbiciu od zwierciadeł 2, 3, 4, rozczepia się w pryzmacie 5, zostaje zawrcona zwierciadłem 6 i po odbiciu od zwierciadła 4, przechodzi przez kiuwetę kuwetę prbką lub odnośnikiem (7, 7’) i pada na fotokomrkę 8. Układ opt. Wykonany jest z kwarcu.

Zamiast pryzmatu bywa stos. siatka dyfrakcyjna.

W zależności od sposobu pomiaru prądu fotokomrki rozrżnia się

s. z ręcznym nastawianiem dł. fali promieniowania (przez odpowiednie ustawienie pryzmatu lub siatki dyfrakcyjnej) i każdorazowym kompensacyjnym pomiarem prądu fotokomrki za pomocą potencjometru wyskalowanego wyskalowanego w jednostkach przepuszczalności lub wartości absorpcji oraz s. z automatyczną rejestracji krzywej absorpcji.



b) Spektrofotometry na światło widzialne zbudowane są wg ideowego schematu odpowiadającego s. na nadfiolet. Układ opt. wykonany jest ze szkła.



c) Spektrofotometry na podczerwień budowane są jako tzw. jednowiązkowe wg schematu oglnego podobnego do opisanego powyżej, albo jak tzw. dwuwiązkowe (b), eliminując od razu z krzywej absorpcji absorpcję odnośnika oraz składnikw powietrza, przez ktre przebiega wiązka promieniowania. Wiązka promieniowania ze źrdła 1, po odbiciu od zwierciadła 2, pada na dwa zwierciadła umieszczone nad sobą 3, 3’ i zostaje rozdzielona na dwie wiązki biegnące dalej rwnolegle jedna nad druga. Wiązki przechodzą odpowiednio przez kuwety z prbką i odnośnikiem 4, 4’ i po odbiciu od zwierciadła (5, 5’ i 6, 6’) ogniskują się w szczelinie 7. dalej odbijają się od zwierciadła 8, 8’ i 9, 9’, zostają rozszczepione i zawrcone w pryzmacie 10 i po odbiciu od zwierciadeł 9, 9’, przejściu przez szczelinę 7’ zostają za pomocą zwierciadła 11, 11’ zogniskowane na końcach podwjnej termopary 12, 12’. Zależne od badanego zakresu podczerwieni pryzmat wykonywany jest z monokryształu NaCl, KCl, KBr, LiJ i in. rżnica prądw termopar rejestrowana jest automatycznie w sposb ciągły w postaci krzywej absorpcji.



Spektrofotometria UV – Vis

Spektrofotometria w zakresie nadfioletu (ang. ultra-violet – UV) i promieniowania widzialnego (ang. visible – Vis), czyli spektrofotometria UV – Vis jest jedną z najstarszych metod instrumentalnych w analizie chemicznej. Przedmiotem badań są widma elektronowe. Prawdopodobieństwo przejść elektronowych między poszczeglnymi stanami energetycznymi cząsteczki określają tzw. reguły wyboru. Reguł tych jest kilka, a za podstawowe można uzyskać następujące:

a) Aby nastąpiła absorpcja promieniowania, muszą istnieć takie dwa stany kwantowe cząsteczki ?m i ?n’ ktrych rżnica energii odpowiada energii hv

promieniowania padającego:

En – Em = hn,m = ?E

b) Absorpcja promieniowania musi być związane ze zmianą momentu dipolowego cząsteczki . W sposb ilościowy warunek ten opisuje tzw. moment przejścia między stanami elektronowymi, określający prawdopodobieństwo absorpcji dopasowanego, zgodnie z poprzednim warunkiem, fotonu:

Rn,m = ??n ?m d?

gdzie: Rn,m – moment przejścia,

?n’ ?m – elektronowe funkcje stanw, między ktrymi zachodzi

przejście elektronw,

– moment dipolowy cząsteczki,

d? – element objętości.

Przejście elektronowe dozwolone jest wtedy, gdy Rn,m ? 0

Przejścia spełniające reguły wyboru noszą nazwę przejść dozwolonych,

a niespełniające reguł wyboru – przejść wzbronionych. Miarą intensywności pasma absorpcji jest wartość molowego wspłczynnika absorpcji ?max przy długości fali w maksimum absorpcji ?max. Wartość ?max jest miarą prawdopodobieństwa przejścia i dla przejść wzbronionych ? przyjmuje małe wartości (rzędu kilku dm3 • mol-1 • cm-1), a dla przejść dozwolonych wartości duże do 1,5 • 105 dm3 • mol-1 • cm-1.



Rodzaje przejść elektronowych

a) w związkach organicznych

b) w kompleksach metali d-elektronowych



Prawa absorpcji.

I Prawo absorpcji (prawo Lamberta)

Wiązka promieniowania monochromatycznego po przejściu przez jednorodny ośrodek absorbujący o grubości b ulega osłabieniu wg rwnania:

I = I0 • e –kb

w ktrym I0 oznacza natężenie wiązki promieniowania monochromatycznego padającego na jednorodny ośrodek absorbujący, I – natężenie promieniowania po przejściu przez ośrodek absorbujący, b – grubość warstwy absorbującej, k – wspłczynnik absorpcji, e – podstawę logarytmw naturalnych.

I prawo absorpcji można zatem sformułować w sposb następujący:

Absorpcja jest proporcjonalna do grubości warstwy absorpcyjnej, jeśli wiązka promieniowania monochromatycznego przechodzi przez jednorodny ośrodek absorbujący.



II Prawo absorpcji (prawo Lamberta – Beera)

Prawo to dotyczy absorpcji promieniowania przez roztwr i można je sformułować w następujący sposb: jeśli wspłczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest rwny zeru, to wiązka promieniowania monochromatycznego, po przejściu przez jednorodny roztwr substancji absorbującej o stężeniu c, ulega osłabieniu według rwnania:

I – I0 • e kbc

Prawo to można sformułować w sposb następujący: Jeżeli wspłczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest rwny zeru, to absorbancja wiązki promieniowania monochromatycznego przechodzącej przez jednorodny roztwr jest wprost proporcjonalny do stężenia roztworu c i do grubości warstwy absorbującej b.



III Prawo absorpcji (prawo addytywności absorpcji)

Absorpcja roztworu wieloskładnikowego rwna się sumie absorbancji poszczeglnych składnikw:

A = A1 + A2 + … An

Gdzie: A1, A2, …, An są to absorbancje poszczeglnych składnikw. W rwnaniu:

A = a c b

wielkość a jest właściwym wspłczynnikiem absorpcji, gdy stężenie wyrażamy w kg • dm -3 lub g • cm -3. Natomiast, gdy stężenie c wyrażamy w mol • dm -3, rwnanie to przybiera postać:

A = ? c b

Gdzie ? jest to molowy wspłczynnik absorpcji, a jego wymiar podawany jest dwojako:

[dm3 • mol -1].



Aparatura

Spektrofotometry UV – Vis to przyrządy do badania absorpcji promieniowania elektromagnetycznego w zakresie nadfioletu i części widzialnej widma.

Nie można w tym miejscu nie wspomnieć, że początkw tej metody należy upatrywać w metodzie zwanej kolorymetrią, a pierwszymi przyrządami były wizualne kolorymetry – komparatory. Pomiar absorpcji promieniowania odbywał się przez porwnanie intensywności zabarwienia dwch roztworw, roztworw ktrych jeden był roztworem wzorcowym, a drugi – roztworem badanym.

Przykładem jest wizualny komparator (kolorymetr) Dubosq’a, ktrego schemat przedstawiono na rys. 3.







Rys. 3. Schemat optyczny kolorymetru Dubosq’a;

1 – źrdło światła, 2 – zwierciadło, 3, 4 – naczyńka pomiarowe, 5 – układ optyczny

6 – okular, 7 – szklane walce, b1, b2 – grubość warstw roztworu.



Światło wysyłane przez żarwkę (1) oświetla rwnomiernie dna naczyń pomiarowych (3, 4).

W jednym naczyniu jest roztwr wzorcowy. Światło po przejściu przez roztwr i układ optyczny (5) wpada do okularu (6), w ktrym pole widzenia jest podzielone linią na dwie połowy. Naczynia pomiarowe są umieszczone na wspornikach, ktre umożliwiają poziome podnoszenie i opuszczanie naczyń. Grubość warstw roztworw (b1, b2) reguluje się za pomocą szklanych walcw zanurzonych w roztworach. Pomiar polega na doprowadzeniu obu połwek pola widzenia w okularze do oświetlenia o identycznym natężeniu. Znając grubość warstw roztworw b1 i b2 oraz stężenie c2, możemy obliczyć stężenie nieznaczne c1

z zależności:

c1 = c2 • b2 b1



Podstawowymi częściami składowymi spektrofotometrw UV – Vis są:

a) źrdło promieniowania,

b) monochromator,

c) pomieszczenie do umieszczenia komrki pomiarowej,

d) detektor mierzący natężenie promieniowania,

e) wskaźnik, rejestrator, komputer,

Oglny schemat spektrofotometrw UV – Vis pokazano na rys. 4.







Rys. 4. Schemat blokowy spektrofotometru UV - Vis



Ad a) Źrdło promieniowania

Źrdło musi pokryć cały zakres UV – Vis, tzw. zakres od 180 do 800 nm.

Stosowane są:

1. Lampy deuterowi – w zakresie od 180 nm do 380 nm.

2. Lampy wolframowo-halogenowe – powyżej 380 nm, przez zakres widzialny i bliską podczerwień.

3. Wysokociśnieniowe łukowe lampy ksenonowe – są źrdłem ciągłego promieniowania, pokrywającego cały zakres UV – Vis.



Ad b) Monochromator

Monochromator ma za zadanie wybrać, z emitowanego przez źrdło ciągłego promieniowania, wąskie pasmo o żądanej długości fali i przepuścić je przez komrkę z badaną substancją. Monochromator składa się z:

1) szczeliny wejściowej,

2) kolimatora,

3) elementu rozszczepiającego promieniowanie,

4) szczeliny wyjściowej.





Ad c) Komrka pomiarowa

Absorpcję gazw i cieczy bada się w kuwetach. Kuwety pomiarowe powinny:

• zapewnić dokładnie znaną grubość warstwy absorbującej cieczy lub gazu:

• wykazywać odporność na działanie analizowanych substancji chemicznych;

• zapewnić w maksymalnym stopniu transmisję promieniowania.



Ad d) Detektory

Stosowane w spektrofotometrach UV – Vis detektory fotoelektryczne przetwarzają energię promieniowania elektromagnetycznego na energię elektryczną. Detektory powinny charakteryzować się:

• dobrą czułością, czyli niskim poziomem szumw własnych,

• szerokim zakresem liniowości wskazań, czyli proporcjonalnością przetwarzania sygnałw optycznych na elektryczne.

Z dużej grupy detektorw fotoelektrycznych w spektrofotometrach UV – Vis najczęściej są stosowane:

1) fotokomrki,

2) fotopowielacze,

3) fotodiody.



Z reguły w spektrofotometrach UV –Vis są zamontowane dwie wymienne fotokomrki:

• niebieska na zakres UV do 650 nm, z fotokadą antymonowocezową, antymonowocezową składzie Ag – stop Cs/Sb – Cs.

• czerwona na zakres powyżej 650 nm, z fotokadą zbudowaną z trzech warstw:

Ag – stop Cs/CsO – Cs.



Ze względu na sposb rejestracji spektrofotometry UV –Vis można podzielić na:

a) spektrofotometry punktowe, w ktrych absorbancję mierzy się metodą wychyleniową lub kompensacyjną;

b) spektrofotometry samorejestrujące – rejestrują widma absorpcji w układzie

%T = f(?) lub ? = f(?), A = f(?). Wspłczesne przyrządy tego typu zawierają układ komputerowy.





Inny podział spektrofotometrw wyrżnia:

a) spektrofotometry jednowiązkowe, w ktrych jedna wiązka przechodzi najpierw przez roztwr odniesienia, a następnie, po zamianie kuwet, przez prbkę badaną.

b) spektrofotometry dwuwiązkowe, w ktrych wiązka promieniowania ze źrdła jest dzielona przez odpowiedni układ na dwie rwnocenne wiązki pochodzące rwnolegle – jedna przez roztwr, a druga przez roztwr badany. Detektor wskazuje rżnice absorbancji.







Rys. 5. Schemat klasycznego spektrofotometru jednowiązkowego;

1 – źrdło promieniowania, 2 – monochromator, 3 – szczelina, 4 – prbka, 5 – detektor









Rys. 6. Schemat spektrofotometru z matrycą diodową;

1 – źrdło promieniowania, 2 – prbka, 3 – polichromator, 4 – detektor z matrycy diodowej

Obecnie coraz częściej dzieli się spektrofotometry UV –Vis na:

a) spektrofotometry klasyczne

b) spektrofotometry z detekcją rwnoległą za pomocą matryc diodowych.

Schematy blokowe spektrofotometrw klasycznych i spektrofotometrw typu diode arrays przedstawiono na rys. 5 i rys. 6. Wyraźnie widać rżnice w biegu wiązki promieniowania:



• W spektrofotometrach klasycznych monochromator znajduje się przed prbką i przez prbkę przepuszcza się kolejne wiązki światła monochromatycznego, ktre sukcesywnie dochodzą do detektora.

• W spektrofotometrach z detekcją rwnoległą przez prbkę przepuszcza się promieniowanie polichromatyczne, a rozszczepienie wiązki promieniowania następuje po przejściu przez prbkę. Z kolei całe widmo pada rwnocześnie na matrycę fotodiodową i następuje rwnoległa detekcja.



Znajomość charakterystycznych cech spektrofotometrw UV –Vis pozwala na ocenę klasy przyrządu i jego wartości użytkowej. Przy ocenie takiej brane są pod uwagę rżne parametry, a istotne znaczenie mają:

1) zakres spektralny przyrządu

Spektrofotometry budowane są na nadfiolet (UV) i zakres widzialny (Vis), przy czym niektre przyrządy obejmuje także bliską podczerwień (NIR). Typowy zakres pomiarowy obejmuje przedział widma od 180 nm do 800 nm. Są jednak przyrządy o zakresie pomiarowym od 185 nm do 3000 nm oraz przyrządy o rozszerzonym krtkofalowym zakresie pomiarowym rozpoczynającym się od 165 nm.

2) Spektralna zdolność rozdzielcza (rozdzielczość)

Za miarę rozdzielczość spektralnej przyjmuje się najmniejszą możliwą do uzyskania

w danym przyrządzie szerokość spektralną wiązki przy danej długości fali.

Dla przyrządw rżnej klasy wielkość ta jest zawarta w granicach od 1 nm do0,1 nm,

a wartością najczęściej spotykaną jest ? 0,1 nm.

3) Szerokość spektralna wiązki

Szerokość spektralna wiązki w spektrofotometrach UV – Vis jest rżna, w przyrządach wysokiej klasy może mieć wartość 0,05 nm, a w przyrządach niższej klasy może wynosić 2 nm, 5 nm, a nawet 10 nm.





4) Dokładność skali absorpcji

Wielkość ta ma istotne znaczenie dla ilościowej oceny wynikw i ma wpływ na dokładność i precyzję oznaczeń. Rżne przyrządy pozwalają na odczyt absorpcji z rżną dokładnością od 0,5 do 0,0008.

5) Procentowa zawartość światła rozproszonego

Światło rozproszone ma wpływ na odchylenia od praw absorpcji i w sposb istotny wpływa na zakres prostoliniowości wskazań przyrządu. Wielkość ta dla przyrządw niższej klasy może mieć wartość nawet 1%, a dla przyrządw wysokiej klasy ilość światła rozproszonego jest mniejsza od 0,00012%. Duża rżnorodność spektrofotometrw UV – Vis znajdujących się w handlu pozwala wybrać przyrząd odpowiadający parametrami potrzebom danego laboratorium. Należy jednak pamiętać, że przyrządy te w zależności od klasy rżnią się w sposb zasadniczy ceną.



Zastosowanie spektrofotometrw UV –Vis

Spektrofotometria UV – Vis należy do najczęściej wykorzystywanych metod instrumentalnych w analizie ilościowej. Głwne zalety tej metody, to:

a) Dobra czułość

Obiektywnym liczbowym wykładnikiem czułości metod spektrofotometrycznych jest molowy wspłczynnik absorpcji ?, odpowiadający ?max badanego roztworu.

Wartości ? dla metod czułych wynoszą powyżej 10 000 dm3 • mol -1 • cm -1,

a wspłczynnik ? o wartościach poniżej 1000 dm3 • mol -1 • cm -1 odpowiada metodom mało czułym. Granicę oznaczalności w metodach spektrofotometrycznych określa się za pomocą wspłczynnika Wk, ktry wyraża wartość stężenia analizowanej substancji w g • cm -3, gdy grubość warstwy absorbującej b wynosi 1 cm.

b) Dobra precyzja oznaczeń

Precyzja oznaczeń zależy od zakresu oznaczonych stężeń i od klasy stosowanych

aparatw. W metodach spektrofotometrycznych można uzyskać wyniki, ktrych błąd nie przekracza 0,2%.

c) Selektywność oznaczeń

Jest uwarunkowana selektywnością absorpcji z jednej strony i selektywnością odczynnikw wywołujących barwna reakcją z substancją oznaczoną z drugiej strony.

Te dwa czynniki pozwalają na osiągnięcie dobrej selektywności w szczeglności w oznaczeniach kationw metali.

Możliwość praktycznych zastosowań metod spektrofotometrycznych UV – Vis

są rżnorakie. A oto kilka przykładw takich zastosowań:

1) W analizie ilościowej kationw metali

2) W analizie ilościowej anionw nieorganicznych

3) W analizie ilościowej związkw organicznych

4) Do badań rwnowag reakcji chemicznych

Spektrofotometrię UV –Vis wykorzystuje się w szczeglności do:

a) wyznaczania stałych dysocjacji kwasw i zasad,

b) ustalania składu i stałych trwałości związkw kompleksowych.





Spektrofotometr na nadfiolet





Spektrofotometr na podczerwień





Schemat optyczny kolorymetru Dubosq’a





Schemat fotopowielacza (U1, U2, U3 … Un – dynody)





Schemat klasycznego spektrofotometru jednowiązkowego



Schemat spektrofotometru z matrycą diodową



SCHEMATY I RYS. na dołączonym pliku!






Przykadowe prace

Wizja końca świata w "Piosence o końcu świata" Czeszława Miłosza

Wizja końca świata w "Piosence o końcu świata" Czeszława Miłosza W wierszu Czeszława Miłosza jest aluzja do Apokalipsy św. Jana, jednak wizja poety jest zupełnie odmienna od wizji proroka. W dzień końca swiata nie dzieje sie nic nadzwyczajnego: rybak jak zwylke naprawi...

Interpretacja "Trenu XIX" Jana Kochanowskiego

Interpretacja "Trenu XIX" Jana Kochanowskiego Interpretacja "Trenu XIX" Jana Kochanowskiego. "Tren XIX" jest ostatnim z trenw Kochanowskiego poświęconych zmarłej crce. Zgodnie ze schematem budowy całego cyklu znajdujemy w nim dwa ostatnie punkty – pocieszenie i nap...

Walka klasykw z romantykami.

Walka klasykw z romantykami. W epoce oświecenia mamy do czynienia z dwoma dominującymi nurtami literatury – klasycyzmem i sentymentalizmem. Pierwszy z nich charakteryzowała racjonalna postawa. Nadawał literaturze cechy utylitarne i dydaktyczne. Ośrodkami klasycyzmu byly Wlochy, Paryz i Warszawa. P...

Usa – Europa. Nowy wymiar stosunkw transatlantyckich po 11 września i wojnie w Iraku.

Usa – Europa. Nowy wymiar stosunkw transatlantyckich po 11 września i wojnie w Iraku. Po 11 września 2001 roku Świat wszedł w XXI wiek przez bramę ognia –– to efektowne zdanie sekretarza generalnego ONZ, Kofi Annana (rwnocześnie laureata pokojowej Nagrody Nobla w 2001 r.) na opis...

Jak postępować aby unikać stresu

Jak postępować aby unikać stresu JAK POSTĘPOWAĆ ABY UNIKAĆ STRESU? Stres to reakcja psychofizyczna organizmu na negatywne, nowe, nieznane lub nietypowe bodźce fizyczne i psychiczne. Może zostać wywołana zarwno wydarzeniem dużej wagi, jak i z pozoru błahej. Ponie...

Sekty destrukcyjne

Sekty destrukcyjne Pojęcie sekta pochodzi prawdopodobnie od łacińskiego słowa sequi lub sectare, czyli iść za kimś lub odcinać od kogoś. W tym sensie oznacza kogoś, kto idzie za swym nowym nauczycielem; odrywa się od pierwotnego nurtu, kościoła czy religii. Teolod...

Sole

Sole CHLORKI NaCl - chlorek sodu(sl kuchenna) : stosowany do celw spożywczych i jako środek konserwujący, w produkcji barwnikw i w przemyśle garbarskim oraz do wysalania związkw organicznych. Chlorek sodu zmieszany z lodem jest stosowany jako mieszanina oziębiająca (do temp. -21oC). W l...

Biografia Moliera

Biografia Moliera Molier, a właściwie Jean Baptiste Poquelin. Urodził się 15 stycznia 1622 roku w zamożnej rodzinie zamieszkałej w Paryżu, a zmarł 51 lat pźniej w mieście, w ktrym się urodził. Jeden z najwybitniejszych komediopisarzy w historii literatury...

Zobacz wszystkie

Nawigacja

Tagi

studia szkoa streszczenie notatka ciga referat wypracowanie biografia opis praca dyplomowa opracowania test liceum matura ksika

Prawa

Do g?ry