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 hν = E više -E niže Pobuđuju se valentni elektroni: - sigma (σ) elektroni - pi (π) elektroni - slobodni elektronski parovi (n)
Dozvoljeni elektronski prelazi
APSORPCIONI SPEKTAR Jedan elektronski prelaz - jedna apsorpciona traka A=f(λ) λ max -ona talasna dužina koju jedinjenje najviše apsorbuje
Na λ max 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 A π π n-π 1 2 180 200 220 240 260 280 300 λ, nm
Spektroskopija u vidljivoj oblasti
Vidljiva oblast BOJA posledica selektivne apsorpcije određenih talasnih dužina upadne svetlosti od strane obojene supstance.
Spektar u vidljivoj oblasti
Selektivna apsorpcija u vidljivom delu spektra (400-800 nm) Komplementarne boje Boja jedinjenja
Predmeti su one boje koju reflektuju
Rastvori su one boje koju propuštaju, a ne apsorbuju
Zašto je NaCl bezbojan, a NiCl 2 obojen? 11Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Na + 1s 2 2s 2 2p 6 isto kao i Ne Velika E da se prevede u pobuđeno stanje u UV oblasti 28Ni 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 Ni 2+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 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 = I 0 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=I/I 0 A=log (1/T) A=log I 0 /I=abc T transparencija A- apsorbancija I o - intenzitet upadne svetlosti I p - intenzitet propuštene svetlosti a-(molarni) apsorpcioni koeficijent ili (molarna) apsorptivnost b-dužina optičkog puta c-koncentracija
Veza između A i T A = logt ili A = 2 log(%t)
Kalibraciona kriva Beer-ov zakon: nagib=ab,odsečak =0 A = abc 1,0 A 0,8 0,6 0,4 y= kx + n jednačina prave 0,2 0,0 0,0 koncentracija
Ograničenja Lambert-Beerovog zakona A=abc Važi za: monohromatsko zračenje A=f(λ) razblažene rastvore (nema interakcija analitanalit ni analit-rastvarač)
Izbor talasne dužine
Izbor talasne dužine
Veza između apsorpcionog i kalibracionog dijagrama Kalibracija 100 90 80 70 60 50 40 λ1 (470 nm) λ2 (510 nm) λ3 (540 nm) 30 20 10 0 0 1 2 3 4 C (mg/l)
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: o filtri fotometri o prizme ili rešetke spektrofotometri
Vis deo spektra: volframova lampa (360-950 nm) Izvori zračenja-lampe 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 rastvoraodređuje 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.