View
306
Download
7
Category
Preview:
Citation preview
APSORPCIJA ZRAČENJA
APSORPCIJA ZRAČENJA
Interakcija elektromagnetnog zračenja i materije
• Lamber-Berov zakon
• Boja supstancije
Optička aktivnost
• Hiralnost
• Optička rotacija
• Cirkularni dihroizam
APSORPCIJA ZRAČENJA
Zakon održanja energije:
I0 = IA + IT + IR
refleksija
transparencija
apsorpcija
Grotus-Draperov zakon
RTAI
I
I
I
I
I RTA 000
1
FOTONI
fotoni ili talasni paketi energije
chhE
POLI- I MONOHROMATSKA SVETLOST
Polihromatska (bela) svetlost:
skup talasa različitih talasnih dužina.
Monohromatska svetlost:
skup talasa iste talasne dužine.
ELEKTROMATNETNI SPEKTAR
Ako elektromagnetno zračenje uredimo po talasnim dužinama,
rekvencijama ili energijama dobijamo elektromagnetni spektar.
ZRAČENJE I SPEKTROSKOPIJA
zračenje talasna dužina (m) prelazi
gama zraci 5 x 10-13 – 1.4 x 10-10 nuklearni
X-zraci 1 x 10-9 – 1 x 10-8 unutrašnji elektroni
UV- vidljiva 1.8 x 10-7 – 7.8 x 10-7 elektroni veza
infracrvena 7.8 x 10-7 – 3 x 10-4 molekulske
vibracije
mikrotalasna 7.5 x 10-4 – 3.75 x 10-3 molekulske rotacije E
VIDLJIVI DEO SPEKTRA
UV: 180 – 380 nm
VID: 380 – 780 nm
1 nm = 1·10-9 m
ATOMSKI ENERGETSKI NIVOI
Energetski novoi atoma vodonika
ATOMSKI EMISIONI SPEKTAR
linijski spektar
MOLEKULSKI ENERGETSKI NIVOI
rotacioni nivoi
vibracioni nivoi
elektronski
nivoi
energija
MOLEKULSKI EMISIONI SPEKTAR
LAMBER-BEROV ZAKON
Shematski prikaz jednostavnog spektrofotometra
Intenzitet zračenja I je energija koju snop zračenja nosi u jedinici
vremena po jediničnom prostornom uglu.
Transparencija: T = I / I0
disperzioni
element
izvor
svetlosti
detektor
svetlosti uzorak
I0 I
b
LAMBER-BEROV ZAKON
upadna
svetlost
propuštena
svetlost
rastvor koji
apsorbuje I I-dI
b
x=b x=0 dx
IcdxdI
– konstanta proporcionalnosti (ekstinkcioni koeficijent)
LAMBER-BEROV ZAKON
I
I
I
ITA
acbI
I
bcI
Idxc
I
dI
dxcIdI
bI
I
0
0
0
00
logloglog
10ln10lnlog
ln
0
a – molarni apsorpcioni koeficijent [dm3 mol-1 cm-1]
abcA
212121
21
loglogloglog AATTTTTA
TTT
LAMBER-BEROV ZAKON
Berov zakon:
Lamberov zakon:
Lamber-Berov zakon:
apsorpcioni spektar analitička prava
abcA
cA
bA
Fosfat u morskoj vodi
talasna duzina 880nm
y = 0.12078x - 0.00193
R2 = 0.99989
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
concentration uM
A
OGRANIČENJA BEROVOG ZAKONA
Realna
• velike koncentracije apsorbujuće vrste međusobno
reaguju
Hemijska
• analit disosije/asosuje ili reaguje sa rastvaračem
Instrumentalna
• = f(); većina izvora su polihromatski, a ne isključivo
monohromatski
• rasejana svetlost nastala refleksijom na monohromatoru
KVALITATIVNA ANALIZA
0I
IT
I
I
TA
0log
log
KMnO4
u
z
o
r
a
k
max – talasna dužina
na kojoj je maksimalno
I0 I
KVALITATIVNA ANALIZA
KVALITATIVNA ANALIZA
Prelazni metali su često obojeni zbog prelaza između d orbitala:
apsorbuju u vidljivoj oblasti; broj pikova, max i identifikuju
metalni jon i geometriju.
KVALITATIVNA ANALIZA
Energija je apsorbovana kroz elektronske prelaze u
vezujućim orbitalama analita.
Mesta nezasićenih veza u oprganskim molekulima:
• dvostruke veze (-C=C-; -C=O, -NC=O) → *
• d →d prelazi u metalnim kompleksima
• metal d → ligand prelazi
KVANTITATIVNA ANALIZA (I)
Koristi se Lamber-Berova jednačina
• pripremiti rastvore analita
• meriti apsorbanciju na poznatim max (a) i b
• izračunati c.
Molarne apsorptivnosti nisu precizno poznate, stoga
ovakva izračunavanja nisu precizna.
abcA
KVANTITATIVNA ANALIZA (II)
Koristiti kalibracione krive – uobičajen metod
BOJA I STRUKTURA MOLEKULA
Boja supstancije je određena neapsorbovanim delom
kontinualnog spektra zračenja, znači onim delom koji je
komplementaran apsorbovanom delu bele svetlosti.
VIDLJIVI SPEKTAR – 380-780 nm
KOMPLEMENTARNE BOJE
ako supstancija
ovde apsorbuje...
ovde se
javlja boja
KRUG BOJA
KOMPLEMENTARNE BOJE
primer
boja koja se
apsorbuje
boja koju vidimo
šargarepa plava narandžasta
laboratorijski
mantil
nijedna (sve se
reflektuje)
bela
voda
nijedna (sve se
propušta)
providna
lišće crvena zelena
blato sve se apsorbuje crna
RASTVORI HALOGENA U CCl4
Fluor apsorbuje u UV oblasti bezbojan
Hlor apsorbuje ljubičasto i plavo žuto zelen
Brom apsorbuje plavo i deo zelenog mrko crven
Jod apsorbuje zeleno roze ili purpuran
BOJA I STRUKTURA MOLEKULA
Atomi ili atomske grupe čija ekscitacija elektrona dovodi do
apsorpcije fotona nazivaju se hromoforama (njihovo prisustvo u
molekulu odgovorno je za boju supstancije):
• u organskim molekulima - atomske grupe sa dvostrukim i
trostrukim vezama (elektroni su labavije vezani)
• joni prelaznih metala, kao i nespareni elektroni u radikalima
predstavljaju hromofore.
MINERAL OBOJEN ZBOG APSORPCIJE METALNOG JONA
BOJA KOMPLEKSA PRELAZNIH METALA
Rubin
Korund
Al2O3 sa nečistoćama Cr3+
Safir
Korund
Al2O3 sa nečistoćama Fe2+ i Ti4+
Smaragd
Beril
AlSiO3 koji sadrži Be sa nečistoćom Cr3+
oktaedarski raspored gde metalni
centar ima koordinacioni broj 6
Boja kompleksa prelaznih metala može da se korelira sa
ligandima koje metali vezuju. Svi kompleksi sadrže Co(III) i
5 NH3.
Elektroni u prstenovima pokretljivi i apsorbuju svetlost.
Većina boja koje se koriste u industriji hrane su slične strukture
ALURA CRVENO – boja za hranu
KRISTALNO LJUBIČASTO
Molekul sa konjugovanim vezama.
C N(CH3)2
N(CH3)2
N(CH3)2
Crystal Violet
(Intense Violet Color)
+ OHC N(CH3)2
N(CH3)2
N(CH3)2
OH
Colorless Product
BOJA I STRUKTURA MOLEKULA
Uvođenjem auksohromnih grupa (donora elektrona) kao
što su OH, OR, OCH3, NH2 ili antiauksohromnih grupa
(akceptora elektrona) kao što su CN, CO, NO, dolazi do
promene položaja ili intenziteta apsorpcionog maksimuma.
BOJA I STRUKTURA MOLEKULA
Batohromni efekat (izazivaju ga auksohromne grupe): pomeranje
apsorpcionog maksimuma prema većim talasnim dužinama što
se postiže ubacivanjem nezasićenih konjugovanih grupa.
Hipsohromni efekat (izazivaju ga antiauksohromne grupe):
pomeranje apsorpcionog maksimuma prema kraćim talasnim
dužinama.
Hiperhromni efekat: povećanje apsorbancije apsorpcione trake
Hipohromni efekat: snižavanje apsorbancije apsorpcione trake.
OPTIČKA AKTIVNOST
ELEKTROMAGNETNO ZRAČENJE
Linearno polarizovan svetlosni talas - vektor električnog polja osciluje
uvek u jednoj ravni.
PRIRODNA SVETLOST
Prirodna svetlost se sastoji od velikog broja talasa, čiji su vektori
električnog (magnetnog) polja podjednako orijentisani u svim pravcima.
Ona je nepolarizovana i polihromatska.
POLARIZACIJA EM ZRAČENJA
Polarizacija se može dobiti od
nepolarizovanog zraka:
• selektivnom apsorpcijom
• refleksijom
• refrakcijom
POLARIZACIONI FILTER (apsorpcija)
Nepolarizovano EM
zračenje Horizontalno
polarizovana
komponenta je
apsorbovana.
Vertikalno
polarizovana
komponenta EM
zračenja prolazi.
BRUSTEROV UGAO (refleksija)
ri
ir
iri
ri
i
rrii
n
n
n
n
nn
arctg
tg
2sinsin
2
1
sinsin
DVOJNO PRELAMANJE
U KRISTALU KALCITA (refrakcija)
POLARIZACIJA EM ZRAČENJA
linearno polarizovano zračenje
cirkularno polarizovano zračenje
linearno polarizovano zračenje
cirkularno polarizovano zračenje
POLARIZACIJA EM ZRAČENJA
POLARIZACIJA EM ZRAČENJA
y
z x
y
z
y
z x
y
z
y
z x linearno polarizovano zračenje
levo cirkularno polarizovani talas
desno cirkularno polarizovani talas
OPTIČKA AKTIVNOST
Optički aktivne supstancije su providne supstancije koje obrću ravan
polarizovane svetlosti
OPTIČKA AKTIVNOST
Optički aktivne supstancije su providne supstancije koje obrću ravan
polarizovane svetlosti
L-komponenta (spora)
D - komponenta (brza)
vd
c
lnn
v
l
v
lt DL
LD
lnntc DL
22
SPECIFIČNA ROTACIJA
ugao rotacije
specifična rotacija čiste supstancije
specifična rotacija rastvora optički
aktivne supstancije (c - masena konc.)
molarna rotacija
DL nnl
2
l
lc
MM
OPTIČKA AKTIVNOST
Optički aktivne supstancije rotiraju ravan polarizacije polarizovane svetlosti
OPTIČKA AKTIVNOST
Različit indeks prelamanja se javlja zbog oblika molekula. Molekuli
oblika spirale (heliksa) odgovaraju različito zavisno od toga da li je
reč o L ili D obliku.
Koja je razlika između leve
i desne ruke?
Enantiomeri: ne mogu se poklopiti sa ogledalskom slikom
HIRALNI MOLEKULI
Molekuli (kao i ruke) koji ne mogu da se rotacijom ili translatornim
pomeranjem poklope sa svojim ogledalskim likom su hiralni.
Luj Paster
Paster je došao do zaključka da se enantiomeri mogu
razlikovati/razdvojiti samo živim organizmima
OPTIČKA AKTIVNOST (HIRALNOST)
Neke supstancije obrću ravan polarizovane svetlosti u smeru kazaljke
na satu (“desnogiri”) a neki u suprotnom smeru kazaljke na satu
(“levogiri”).
Optička aktivnost je otkrivena 1811 od strane Arago-a.
Optička aktivnost potiče od asimetrične strukture molekula ili
kristalne rešetke. Zavisno od toga optička aktivnost može biti:
• permanantna kada se ova osobina ne gubi sa promenom
stanja date supstancije
• promenjljiva kada se optička aktivnost javlja samo
u kristalnom stanju dok se gubi pri topljenju ili sublimaciji
OPTIČKA AKTIVNOST (HIRALNOST)
PROMENLJIVA OPTIČKA AKTIVNOST
Većina prirodnih materijala ne pokazuje hiralnost, ali oni koji to
pokazuju su optički aktivni (kvarc, natrijum hlorat, kalijum bromat).
PERMANENTNA OPTIČKA AKTIVNOST
Najčešće optička aktivnost molekula potiče od prisustva asimetričnog
atoma (atomi čije su valence asimetrično zaposednute, različitim
atomima ili grupama atoma). Najčešće je to asimetrični ugljenikov
atom.
-hidroksipropionska kiselina
PERMANENTNA OPTIČKA AKTIVNOST
LEVOGIRI I DESNOGIRI MOLEKULI
Ključni molekuli života su skoro svi levogiri.
Molekuli “pogrešne ” hiralnosti mogu izazvati ozbiljne bolesti
(npr. talidimid) dok je drugi enantiomer bezopasan.
PERMANENTNA OPTIČKA AKTIVNOST
Inozit zbog asismetrije molekula takođe pokazuje optičku aktivnost.
PERMANENTNA OPTIČKA AKTIVNOST
Optičku altivnost pokazuju i sledeći asimetrični centri:
• Sistemi sa tetraedarskom strkuturom (koordinacioni broj je 4)
ako su vezani za različite atome ili atomske grupe, npr. atomi
kao: Si, N, P, S, Se, Te, Cr, Co, platinski metali, kompleksne
soli pojedinih metala (Cu, Pb, Co, Pd i Pt).
• Centralni katjon može imati i koordinacioni broj 6, a molekul
tada ima oktaedarsku strukturu.
PERMANENTNA OPTIČKA AKTIVNOST
Optički enantiomeri ili antipodi: dva oblika istog optički aktivnog
jedinjenja pri čemu jedan odgovara ogledalskom liku drugoga.
Imaju identične hemijske osobine sem kada reaguju sa drugim hiralnim
jedinjenjima enantiomeri se mogu razlikovati u mirisu i biološkoj i
farmakološkoj aktivnosti, a samo jedan od enantiomera pokazuje ovu
aktivnost.
Sintetičke supstancije sadrže uvek oba enantiomera u istim količinama,
tako da je nagrađena smeša optički inaktivna i naziva se racematskom
smešom. Nasuprot tome reakcije u živim ćelijama kao rezultat daju
samo jedan enantiomer koji je biološki aktivan.
OPTIČKA AKTIVNOST
Optička aktivnost: supstancija interaguje različito sa levo i desno
cirkularno polarizovanom svetlošću, manifestujući dva različita
ali povezana fenomena:
1) Optička rotacija – posledica različitih indeksa prelamanja za
desno i levo cirkularno polarizovanu svetlost (nL nD).
2) Cirkularni dihroizam – posledica razlčitih molarnih
apsorpcionih koeficijenata za levo i desno cirkularno
polarizovanu svetlost (aL aD).
OPTIČKA ROTACIONA DISPERZIJA (ORD)
I CIRKULARNI DIHROIZAM (CD)
ORD – Spektar optičke rotacione disperzije je zavisnost
specifične rotacije od talasne dužine (posledica je zavisnosti
indeksa prelamanja od frekvencije tj. talasne dužine).
CD –. Spektar cirkularnog dihroizma je zavisnost (Id-Il) od
talasne dužine (razlika u apsorpciji desno i levo cirkularno
polarizovane svetlosti).
Koriste se za praćenje konformacionih promena, posebno
bioloških molekula.
CIRKULARNI DIHROIZAM
Snimanje apsorpcionog spektra cirkularno polarizovanom svetlošću:
crvena i zelena kriva se odnose na spektre snimljene levo i desno
cirkularno polarizovanom svetlošću, a plava kriva je njihova razlika.
CIRKULARNI DIHROIZAM
Različita apsorpcija L i D komponenata, posle prolaska kroz optički
aktivnu sredinu menja polarizovanu svetlost u ravni u eliptično
polarizovanu svetlost.
CIRKULARNI DIHROIZAM
Različita apsorpcija L i D komponenata, posle prolaska kroz optički
aktivnu sredinu menja polarizovanu svetlost u ravni u eliptično
polarizovanu svetlost.
CD se češće koristi od ORD za
ispitivanje biomolekula:
• bolja rezolucija
(ORD signal je proširen)
• veća osetljivost
• lakše za dešifrovanje
OPTIČKA ROTACIONA DISPERZIJA (ORD)
I CIRKULARNI DIHROIZAM (CD)
Recommended