SPEKTROSKOPIJA OSNOVE - zadaci

Transcript

1 uvodno predavanje općenito uzorkovanje; norme i standardi; intelektualno vlasništvo BOLTZMANNOVA RAZDIOBA STATISTIKA osnove EKSTRAKCIJA, KROMATOGRAFIJA - osnove ELEKTROANALITIČKE METODE SPEKTROSKOPIJA osnove SPEKTROSKOPIJA OSNOVE - zadai nositelj: prof.dr.s. P. Novak održala: K. Čuljak, dipl. inž. sastavila: dr.s.v. Allegretti Živčić; šk.g. 202/3.. Izračunajte frekveniju (Hz) za: a) snop X-zračenja valne duljine 2,65 Å; b) emisijsku liniju bakra pri 2,0 nm; ) lasersku liniju pri 694,3 nm; d) lasersku liniju pri 0,6 µm; e) infrarveni apsorpijski maksimum pri 9,6 µm; f) mikrovalni snop pri,86 m. osnovna formula: λ a) λ = 2,65 Å ( Å = 0 8 m) (s, Hz) konstanta: = 3 x 0 0 m s = 3 x 0 8 m s ms 8 =,3 0 8 s 2,65 0 m (Hz) b) λ = 2,0 nm ( nm = 0-7 m = 0 9 m) ms 5 =, s 2,0 0 m (Hz)

2 0 3 0 ms 4 ) λ = 694,3 nm = 694,3x0-7 m = 4,32x0 s (Hz) 7 694,3 0 m 0 0 ms d) λ = 0,6 µm ( µm = 0-4 m = m) = 2, 83 0 s 4 0, 6 0 m 3 (Hz) 0 0 ms e) λ = 9,6 µm ( µm = 0-4 m = m) = 53, 0 s 4 9, 6 0 m 3 (Hz) f) λ =,86 m ms 0 =,6 0 s,86 m (Hz) λ/ / nm ν/ / s - (Hz) 26,5 (2,65 Å),3 x 0 8 2,42 x ,32 x 0 4 0,6 x 0-3 (0,6 µm) 2,83 x 0 3 9,6 x 0-3 (9,6 µm),53 x 0 3,86 x 0-7 (,86 m),6 x Izračunajte valnu duljinu (m) za: a) frekveniju zrakoplovnog tornja pri 8,6 MHz; b) radiovalnu frekveniju pri 4,0 khz; ) NMR signal pri 05 MHz; d) infrarveni apsorpijski maksimum pri 20 m -. osnovna formula: λ = ν = ~ ν ms a) 8,6 MHz (M = mega = 0 6 ) λ 6 8, 6 0 s = = 2, 53m ms b) 4, khz (k = kilo = 0 3 ) λ = = 2629, 3m 3 4, 0 s λ = 2,63 km ms ) 05 MHz (M = mega = 0 6 ) λ = = 2, 86m s d) ~ 20 m - 4 λ = ~ = = 8,26 0 m λ = 8,26 µm ν 20 m 2

3 3. Pretvorite sljedeće valne duljine u frekvenije: 200 nm; 250 nm; 500 nm;,0 µm; 2,5 µm; 3,0 µm; 0 µm; 25 µm. osnovna formula: λ 8 0 ms 5 =,5 0 s m 3 s 0 m ms 4 = 3,0 0 6 λ ν 200 nm,5x0 5 s nm,2x0 5 s nm 6,0x0 4 s -,0 µm 3,0x0 4 s - 2,5 µm,2x0 4 s - 3,0 µm,0x0 4 s - 0 µm 3,0x0 3 s - 25 µm,2x0 3 s - 4. Pretvorite sljedeće valne brojeve u valne duljine: 5000 m - ; 8750 m - ; 6667 m - ; 5000 m - ; 3000 m - ; 2500 m - ; 2200 m - ; 2000 m - ; 000 m - ; 200 m -. λ = osnovna formula: λ = ν ~ 5 = 6, m m = 6,666x0-5 m x 0 4 µm m = 0,67µm ~ ν, m λ, µm , ,4 6667, , , , , , , ,0 srednji IR 3

4 5. Instrument za mjerenje u UV, VIS i NIR području ima mogućnost rada između 85 i 3000 nm. Koje je to područje valnih brojeva i frekvenija? osnovne formule: 85 0 ~ = ~ ν λ λ [ m] ~ = = m 7 ν m ~ = = 3333,33 m 7 ν m 0 0 ms = m ms = m ms ms 54000m 5 = 62, 0 s ( Hz) , 33m = 9, 99 0 s ( Hz) područje valnih brojeva: ,33 m - područje frekvenija:,62x0 5-9,99x0 3 s - (Hz) 6. Tipičan jednostavni infrarveni spektrofotometar pokriva valno područje od 3 do 5 µm. Izrazite to područje u: valnim brojevima; hertzima. osnovne formule: ~ = ~ ν λ [ m] λ = , 3 0 m m = , 5 0 m m ms m 0 0 ms m = 3 0 ms ms , 33m = 9, 99 0 s ( Hz) 3 0 = , 67m = 2, 00 0 s ( Hz) područje valnih brojeva: 3333,33-666,67 m - područje frekvenija: 9,99x0 3-2,00x0 3 Hz 4

5 7. Pretpostavite da vibraije koje se odvijaju u čestiama za vrijeme proesa raspršenja postoje za trajanja perioda upadnog zračenja. Izračunajte period vidljive svjetlosti valne duljine 600 nm. osnovne formule: λ p = ν ms 4 = , s m p = 5, = s s p = 2x0-5 s 8. Elektromagnetsko zračenje u vakuumu ima valnu duljinu 275 nm. Odredite frekveniju i period zračenja. Izračunajte energiju povezanu sa svakim fotonom zračenja. osnovne formule: λ p = ν E = hν ms 5 = , s m p = = 9, 7 09, 0 s E = 6,63x0-34 J s - x,09x0 5 s = 7,23x0-9 J s.09x0 5 s - p = 9.7x0-6 s E = 7.23x0-9 J 5

6 9. Izračunajte energiju po fotonu zračenja koje u zraku ima valnu duljinu 589 nm. osnovna formula: E = h λ ms E = 6, 63 0 Js = 3, m 9 J E = 3.37x0-9 J 0. Izračunajte područje valnih duljina (nm) koje odgovara energijskim prijelazima od,5 do 8,0 ev. h osnovna formula: λ = ev = 0,60 aj E λ = λ = ,63 0 Js 3 0 ms 8,5 0,60 0 J 34 8,63 0 Js 3 0 ms 8 8,0 0,60 0 J = = 55 0 m m područje valnih duljina = nm. Odredite energiju (ev) molekule grijane na 5000 K. osnovna formula: E = kt (kinetička energija) k = Boltzmannova konstanta =, JK - E = ev 2. Energijska razlika između 3p i 3s orbitala natrija iznosi 2.07 ev. Izračunajte valnu duljinu zračenja koje će biti apsorbirano pri pobudi 3s elektrona u stanje 3p. osnovna formula: h λ = E h = 6.626x0-34 J s λ = 589 nm 6

7 Lambert-Beerov zakon osnovni pojmovi P 0 P b TRANSMITANCIJA udio upadnog zračenja koje je otopina propustila P T = P 0 %T = T 00 APSORBANCIJA opisuje količinu apsorbiranog zračenja P = log A = logt P A 0 LAMBERT-BEEROV ZAKON odnos apsorbanije i konentraije (duljine puta) A = ab A = apsorbanija (bezdimenzijska veličina) b = duljina puta zrake kroz uzorak (debljina sloja uzorka, debljina mjerne posudie), m = konentraija a = konstanta mjernog sustava apsorpijski koefiijent, apsorptivnost dimenzija ovisi o dimenziji stari način izražavanja: A = εb ε = molarni apsorpijski koefiijent, molarna apsorptivnost (L mol - m - ) (starija literatura) = molarna konentraija (mol L - ) 7

8 A = ab A = logt kvantitativna analiza baždarni prava 3. Kojim vrijednostima transmitanija (%T) odgovaraju sljedeće apsorbanije: 0,064; 0,765: 0,38? osnovne formule: A = -logt T = 0 A %T = Tx00 rješenja: A %T 0,064 86,3 0,765 7,2 0,38 48, 4. Izračunajte transmitaniju (%T) otopinačije su apsorbanije dvostruke od onih navedenih u prethodnom zadatku. rješenja: A %T 0,064 x 2 = 0,28 74,5 0,765 x 2 =,530 2,95 0,38 x 2 = 0,636 23, 8

9 5. Navedene transmitanijske vrijednosti pretvorite u pripadne apsorbanije: 9,4 %; 0,863; 27,2 %. A = -log T A = -log 0,94 A = -log 0,863 A = -log 0,272 rješenja: T A 9,4 % 0,72 0,863 0,064 27,2 % 0, Izračunajte apsorbanije otopinačije su transmitanije jednake polovii onih navedenih u prethodnom zadatku. A = -log T A = -log 0,097 A = -log 0,435 A = -log 0,36 rješenja: T A 9,4 / 2 = 9,7 %,03 0,863 / 2 = 0,435 0,365 27,2 / 2 = 3,6 % 0, Otopina koja sadrži 4,48 ppm KMnO 4 ima transmitaniju 0,309 mjerenu u kiveti debljine,00 m pri 520 nm. Izračunajte molarnu apsorptivnost (molarni apsorpijski koefiijent) otopine KMnO 4. osnovne formule: A = logt ppm = µg ml a = A b A = ab [ L mol m ] M(KMnO 4 ) = 58,04 g mol ppm = µg ml 6 0 g = 3 0 L = 0 3 g L ; L = 0 dm 3 γ M 4,48 0 g L 58,04 g mol 3 5 = = = 2,83 0 mol L A = - log 0,309 = 0,50 a 0,50 m 2,83 0 = = 802 L mol m 5 mol L 9

10 8. Alikvotu od 2,5 ml otopine koja sadrži 3,8 ppm željeza(iii) dodan je suvišak otopine KNCS. Tako pripravljena otopina razrijeđena je na 50,0 ml. Kolika je apsorbanija pripravljene otopine pri 580 nm, ako se mjeri u kiveti debljine 2,50 m, a molarni apsorpijski koefiijent nastalog kompleksa iznosi 7,00x0 3 L mol m? osnovna formula: pretpostavka: A = ab suvišak KNCS Fe(III) potpuno vezano u kompleks (Fe 3+ ) = (FeNCS 2+ ) M(Fe) = 55,85 g mol (Fe) = 3,8 ppm = 3,8 µg ml γ M 3 3,8µ g ml 3,8 0 g L 5 = = = = 6,80 0 mol L 55,85 g mol 55,85 g mol V = 2 V 2 ; V = 2,5 ml ; V 2 = 50,0 ml V 5 2, 5 ml 6 2 = = 6,80 0 mol L = 3,4 0 mol L V2 50, 0 ml A = 7,00x0 3 L mol - m - x 2,5 m x 3,40x0-6 mol L - = 0,0595 bezdimenzijska veličina! 9. Prenosivim fotometrom mjernog odgovora linearnog u odnosu na zračenje, izmjerena je vrijednost od 73,6 µa za slijepu otopinu (referentna otopina) u putu svjetlosti. Zamjenom slijepe otopine uzorkom koji apsorbira, izmjereno je 24,9 µa. Izračunajte: a) transmitaniju (% T) otopine uzorka; b) apsorbaniju otopine uzorka; ) transmitaniju koju bi imala otopinačija je konentraija jednaka trećini one u prvobitno opisanoj otopini; d) transmitaniju koju bi imala otopina konentraije dvostruke od one prvobitno opisane otopine. osnovne formule: A = - log T P T = P 0 24,9 a) T = = 0,338 73,6 ) 2 = 3 %T = 33,8 b) A = - log 0,338 A = 0,47 A A 2 = 3 A = 0,47/3 = 0,57 %T = 69,7 % d) 2 = 2 A 2 = 2 A A = 2 x 0,47 = 0,942 %T =,4 % 0

11 20. Primjenom tablično prikazanih podataka izračunajte veličine koje nedostaju, a uz pretpostavku da molekulska masa uzorka iznosi 250. A %T a / L mol - m - b / m / M / ppm a / m - ppm - 0,46,40,25 x 0-4,424 0,996 0,37 3,46 x 0 3 2,50 3,33 48,3 0,25 6,72 76,3,0 0,063 osnovne formule: A = log T A = ab A = 0,46 %T = 38,4 0, 46 3 = 2, 38 0 L mol 4 a =, 4 m, 25 0 mol L m ppm = µg ml 6 0 g = 3 0 L = 0 3 g L ; L = 0 dm 3 γ= M=,25x0-4 mol L 250 g mol - =32,5 x0-4 g L =3,25 ppm 0,46 3 a = = 9,5 0 m,40 m 3,25 ppm ppm rezultati za a), b), ), d) i e) prikazani su u popunjenoj tablii (rveni kosi brojevi): A %T a / L mol - m - b / m / M / ppm a / m - ppm - 0,46 38,4 2,38x0 3,40, ,25 9,5x0-3,424 3,77 3,43x0 4 0,996 4,7x0-5 0,44 0,37 0,5 76,7 3,46x0 3 2,50,33x0-5 3,33,38x0-2 0,36 48,3 4,70x0 4 0,25 2,69x0-5 6,72 0,88 0,7 76,3,57x0 4,0 6,76x0-6,69 0,063

12 2. Zašto je rvena otopina rvena? valno područje, nm VIDLJIVI SPEKTAR apsorbirana boja vidljiva boja ljubičasta žutozelena plava žuta plavozelena narančasta zelenoplava rvena zelena purpurna žutozelena ljubičasta žuta plava narančasta plavozelena rvena zelenoplava apsorbirana i vidljiva boja su komplementarne primarne boje: žuta, rvena, plava mješavine primarnih boja daju sekundarne boje komplementarne boje nasuprotne u kolu boja 2

13 Vinent Van Gogh, Share the Love There are olors whih ause others to shine brilliantly, whih form a ouple whih omplete eah other like man and woman. Vinent Van Gogh Vinent Van Gogh, Café Terrae on the Plae du Forum, Arles, 888. odgovor: Crvena otopina apsorbira zelenu komponentu ukupnog bijelog zračenja, a propušta rvenu komponentu (komplementarne boje). shematski prikaz apsorpije vidljivog zračenja u rvenoj otopini 3

14 DODATNI ZADACI 22. Valna duljina EMZ u vakuumu iznosi 275 nm. Odredite frekveniju i period zračenja. Izračunajte energiju svakog fotona zračenja. 23. Brzina zračenja valne duljine 589,3 nm u boksitu iznosi,90 x 0 8 m/s. Izračunajte indeks loma boksita pri 589,3 nm. 24. Elektromagnetsko zračenje ima valnu duljinu nm u suhom zraku (n =,00028). Odredite frekveniju zračenja i energiju fotona zračenja. 25. Izračunajte valnu duljinu u vakuumu i u taljenom kvaru (n =,467) za zračenje čija frekvenija iznosi 4,708 x 0 4 Hz. 26. Izračunajte energiju po fotonu za zračenje čija je valna duljina u zraku 589 nm. 27. Molarni apsorpijski koefiijent vodene otopine nekog spoja pri 765 nm iznosi,54 x 0 3. Transmitanija izmjerena u kiveti debljine,00 m iznosi 43,2 %. Koja je konentraija otopine? 28. Standardna konentraija otopine nekog spoja konentraije 2,5 x 0-4 M mjerena je u kiveti debljine 5,00 m, te je dobivena transmitanija iznosila 58,6 % pri 347 nm. Odredite molarni apsorpijski koefiijent. 29. Pretvorite sljedeće apsorbanije u postotne transmitanije: a) 0,3, b) 0,878, ) 0,430, d) 0,27, e), Pretvorite sljedeće postotne transmitanije u apsorbanije: a) 2,3, b) 87,8, ) 44,8, d) 62,, e) 37,6. 3. Neki spoj u metanolu ima molarni apsorpijski koefiijent 2,9 x 0 4 pri 374 nm. Ukoliko treba spektrofotometrijski odrediti otopine u konentraijskom području od x 0-6 M do 8 x 0-6 M, kivete koje debljine se mogu preporučiti za izvedbu analize? Pretpostavite da na raspolaganju postoje kivete debljine,00 m, 5,00 m i 0,00 m, a ljestvia instrumenta mjeri apsorbanije od Izračunajte energiju mola fotona koja odgovara valnoj duljini od 300 nm. 33. Izračunajte apsorbaniju neke organske boje ( = 7 x 0-4 mol L - ), uz uvjet da molarni apsorpijski koefiijent iznosi a = 650 mol L - m - a duljina optičkog puta uporabljene kivete 2 x 0-2 m. Što bi se dogodilo s apsorbanijom kad bi se uporabila kiveta dvostruke debljine? 34. Otopina kalijevog permanganata konentraije,28 x 0-4 M ima transmitaniju 0,5 mjerenu pri 525 nm u kiveti debljine m. a) Izračunajte molarni apsorpijski koefiijent za permanganat pri toj valnoj duljini. b) Ukoliko se konentraija udvostruči, kolika bi bila pripadna apsorbanija i postotna transmitanija nove otopine? 35. Zagađeni uzorak vode sadrži približno 0, ppm kroma (M = 52 g mol - ). Za mjerenje prisutnosti kroma odabrana je metoda koja se temelji na apsorpiji Cr(VI) u obliku njegovog semikarbazidnog kompleksa ( max = 540 nm; a max = 4700 L mol - m - ). Koja je optimalna debljina kivete ukoliko mjerena apsorbanija treba biti reda veličine 0,4? 36. Boje i voskovi za primjenu na fasadama zgrada moraju se zaštititi od utjeaja sunčevog zračenja koje ubrzava njihovu degradaiju (fotoliza i fotokemijske reakije). Uz uvjet da za aditiv vrijedi M = 500 g mol - i a max = 5000 mol - L m - za max = 350 nm, koja mora bit konentraija (izražena u g L - ) UV-aditiva ako 90 % zračenja treba bit apsorbirano od strane premaza debljine 0,3 mm? 37. a) Koliku energiju posjeduje zračenje valnog broja 000 m -? b) Pretvorite = 5 µm u m - i potom u m -. Koja valna duljina odgovara valnom broju od 700 m -? ) U maksimumu apsorpijske vrpe transmitanija iznosi samo 5 %. Koja je odgovarajuća apsorbanija? 4