Embed Size (px)
Citation preview
SPECTROFOTOMETRIA DE ABSORBŢIE MOLECULARĂ ÎN UV - VIS
PRIBCIPIUL METODEI
Spectrofotometria de absorţie moleculară în UV – VIs se bazează pe absorbţia radiaţiilor de regulă între 180 – 800 nm de către speciile moleculare din probe lichide, solide sau gazoase.
Proba lichidă se pune într-o cuvă şi asupra ei se trimite un fascicul primar emis de o sursă externă de spectru continuu. Fotonii întâlnesc în calea lor speciile absorbante moleculare, care absorb o parte din radiaţia incidentă. Puterea radiantă transmisă prin cuvă este măsurată cu ajutorul unui detector optic sensibil în domeniul UV – Vis.
P0() – Puterea radiantă incidentă
Pt () – Puterea radiantă transmisă
Pt()P0()
Cuvă cu soluţie (probă)
Sursa Detector
Bilanţul puterii radiante, dacă se neglijează puterea radiantă reflectată de pereţii cuvei, cea absorbită de pereţii cuvei şi cea dispersată prin soluţie este
ta PPP 0
Puterea radiantă absorbită (Pa) şi cea transmisă (Pt) depind de
Lungimea de undă ()
Concentraţia speciilor absorbante
CONCLUZIE. Deoarece Pa şi Pt depind de lungimea de undă şi concentraţie, prin spectrometria de absorbţie moleculară se pot face analize calitative şi cantitative
MĂRIMILE OPTICE. TRANSMITANŢA ŞI ABSORBANŢA
Interacţiunea radiaţiei în absorbţia moleculară se caracterizează prin două mărimi optice: Transmitanţa (T) sau transmitanţa procentuală (T%) şi Absorbanţa (A)
MĂRIMI OPTICE
TRANSMITANŢA (T)
ABSORBANŢA (A)
Gradul de transmisie a radiaţiei prin probă la o anumită lungime de undă
Gradul de absorbţie a radiaţie prin probă la o anumită lungime de undă
1000
%
0
PP
TPP
T tt
%log2log TATA
DOMENIILE DE VARIAŢIE ALE TRANSMITANŢEI ŞI ABSORBANŢEI
Pt = 0 Pt = P0
T Є 0 1
T% Є 0 100
A Є ∞ 0
Scala de transmitanţă este liniară iar cea de absorbanţă este logaritmică. Pe scala unui spectrofotometru pot fi citite absorbanţe între 0 – 2. Absorbanţele mai mari decât 2 sunt asimilate cu infinit.
LEGEA LAMBERT-BEER LEGEA ABSORBŢIEI MOLECULARE
Legea lui Lambert – Beer descrie relaţia de legătură dintre absorbanţă, grasimea stratului absorbant de probă (grosimea cuvei) şi concentraţia speciilor absorbante
cbaAcbA A – absorbanţa fără unitate de măsurăb – grosimea stratului absorbant (grosimea cuvei , în cm) - absorbtivitatea molară, în l mol-1 cm-1
a – absorbtivitatea, în l g-1 cm-1 c – concentraţia speciilor absorbante în mo l-1 (pentru ) sau g l-1 (pentru a) Absorbanţa creşte liniar cu concentraţia speciilor absorbante şi grosimea cuvei. Dacă grosimea cuvei este constantă atunci absorbanţa depinde liniar numai de concentraţie.
ABSORBTIVITATEA MOLARĂ ()
11
1
1
cmmolllmolcmcb
A
Dacă b = 1 cm şi concentraţia speciilor absorbante c = 1 mol l-1, rezultă
AAbsorbtivitatea molară () este absorbanţa unui strat de soluţie cu grosimea de 1 cm şi concentraţia speciilor absorbante de 1 mol l-1
Cu cât este mai mare cu atât substanţa absoarbe mai bine radiaţia optică.
CARACTERISTICILE ABSORBTIVITĂŢII MOLARE
CARACTERITICILE ABSORBTIVITĂŢII MOLARE ()
ESTE O MĂRIME CALITATIVĂ
NU DEPINDE DE CONCENTRAŢIA SPECIEI ABSORBANTE
DEPINDE DE LUNGIMEA DE UNDĂ
DEPINDE DE NATURA SPECIEI ABSORBANTE
RELAŢIILE DE LEGĂTURĂ DINTRE ABSORBANŢĂ ŞI TRANSMITANŢĂ
bc
t
bcAt
PP
P
PT
TA
TA
10
1010
log2
log
0
0
%
Intre absorbanţă şi transmitanţă există o relaţie logaritmică
Absorbanţa creşte liniar cu concentraţia
Transmitanţa scade exponenţial cu concentraţia
Puterea radiantă transmisă scade exponeneţial cu concentraţia
In metodele prin absorbţie spectrometrul măsoară transmitanţa, iar absorbanţa este calculată pe baza relaţiei logaritmice de dependenţă între ele
SPECTRUL DE ABSORBŢIE ŞI DREAPTA DE CALIBRARE IN ABSORBŢIE
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 2 4 6 8 10 12 14
40
60
80
100
120
380 430 480 530 580 630 680 730 780
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
380 430 480 530 580 630 680 730 780
Cr(H2O)63+
Co(H2O)62+
Co(H2O)62+
Cr(H2O)63+
Lungimea de undă / nm
Tra
nsm
itan
ţaA
bso
rban
ţa
020406080
100120
0 2 4 6 8 10 12 14
Ab
sorb
anţa
Tra
nsm
itan
ţa
Concentraţie Cr3+ / mg l-1
Spectre de absorbţie A = f() şi transmisie T = ()
Dreapta de calibare in absorbţie, A = (c) şi T = (c)
CONDIŢIILE DE VALABILITATE A LEGII LUI LAMBERT - BEER
• Radiaţia incidentă trebuie să fie perfect monocromatică şi conţine raze paralele, şi să cadă perpendicular şi uniform distribuite pe suprafaţa mediului absorbant
• Reflexia şi absorbţia radiaţiilor de către pereţii cuvei să fie neglijabile
• Puterea radiantă incidentă să nu fie suficient de mare pentru a duce la efecte de saturaţie a absorbţiei şi astfel la limitarea semnalului detectorului optic
• Mediul absorbant să fie suficient de diluat, astfel încât speciile absorbante (moleculele) să interacţioneze independent unele faţă de altele cu fotonii. Prezenţa moleculelor solventului să nu influenţeze interacţiunea foton-specie absorbantă şi absorbţia solventului să fie neglijabilă.
• Mediul absorbant să fie omogen şi să nu aibă loc o dispersie a luminii la trecerea prin acesta
• Grosimea mediului absorbant să fie uniformă pe toată suprafaţa transversală a cuvei (lungimea drumului optic al radiaţiei prin mediul absorbant să fie egal pe toată suprafaţa transversală a mediului absorbant)
ABATERI POZITIVE ŞI NEGATIVE DE LA LEGEA LUI LAMBERT - BEER
Abateri pozitive
Abateri negative
Concentraţie
Absorbanţă
(+) (-)
(+) (-)
TIPURI DE ABATERIABATERI POZITIVEAbsorbanţa măsurată este mai
mare decât cea teoretică în conformitate cu legea lui Lambert- Beer
ABATERI NEGATIVEAbsorbanţa măsurată este mai
mică decât cea teoretică în conformitate cu legea lui Lambert- Beer
Abaterile pozitive şi negative de la legea lui Lambert- Beer apar în soluţii diluate sau concentrate. Există un domeniu dinamic al curbei de etalonare, pe care există o relaţie liniară între absorbanţă şi concentraţie. Abaterile duc la erori sistematice pozitive şi negative.
ORIGINEA SPECTRELOR DE ABSORBŢIE MOLECULARĂ IN UV VIS
NIVELE ENERGETICE CUANTIFICATE PENTRU MOLECULE
ELECTRONICE
VIBRAŢIONALE
ROTAŢIONALE
Cre
şte
en
erg
iaEe
Er
Ev
Moleculele au trei nivele energetice cuantificate
Pentru fiecare nivel electronic molecula are mai multe nivele energetice vibraţionale şi pentru fiecare nivel vibraţional mai multe nivele rotaţionale.
MIŞCAREA DE VIBRAŢIE ŞI ROTAŢIE A MOLECULELOR
α
MIŞCĂRI DE VIBRAŢIE
Alungire Forfecare
+ + + - - - - +
Vibraţie în plan şi în planuri diferite
Prin mişcarea de vibraţie se modifică lungimea legăturilor şi unghiul dintre legături
MIŞCĂRI DE ROTAŢIE
Prin mişcarea de rotaţie se schimbă frecvenţa de rotaţie a moleculelor în jurul centrelor de greutate
ENERGIA MOLECULEI. TRANZIŢII ENERGETICE
Energia totală a molecule este suma energiei electronice, vibraţionale şi rotaţionale
rvet EEEE
)1()1( JhcBJvhhE vet e – frecvenţa radiaţiei optice care provoacă tranziţia energetică electronică
v – frecvenţa radiaţiei optice care provoacă tranziţia energetică vibraţională
v – numărul cunatic vibraţional (v = 0, 1, 2, 3,......n)
J – numărul cunatic rotaţional (J = 0, 1, 2, 3,.......n)
B – constanta
TRANZIŢII ENERGETICE ALE MOLECULEI LA ABSORBŢIA UNEI RADFIAŢII UV VIS
E0
E1
v = 0
123
v = 0
123
Emisie căldură
Abs. radiaţie
REGULI DE SELECŢIE
La absorbţia unei radiaţii UV Vis nu există nici o regulă de selecţie. Astfel sunt posibile orice tranziţii energetice
n = 1
v = 0, 1, 2, 3, etc
J = 0, 1, 2, 3, etc
La absorbţia unei radiaţii UV Vis molecula suferă o tranziţie energetică electronică de pe nivelul fundamental (E0) pe cel excitat (E1). Tranziţia electronică a moleculei este însoţită de mai multe tranziţii energetice vibraţionale şi rotaţionale. In spectrul de bandă a moleculei sunt grupate mai multe linii spectrale. Banda moleculară are un caracter hiperfin. Conform principiului Frank – Condon tranziţia de vibraţie pentru care este aceeaşi distanţă interatomică pe cele două nivele are loc cu probabilitate maximă. Astfel benzile moleculare de absorbţie UV Vis sunt asimetrice spre lungimi de undă mari.Spectrele moleculare de absorbţie UV Vis sunt spetre electronice – vibraţionale.
FORMA SPECTRELOR DE ABSORBŢIE MOLECULARĂ UV VIS
Benzen vapori
Benzen lichid
Spectrul de absorbţie moleculară în domeniul UV pentru benzen în stare de vapori şi în stare lichidă.
Caracterul hiperfin al benzilor moleculare din UV Vis pot fi observate numai pentru probele în stare gazoasă sau de vapori (exemplu benzen), deoarece în această stare vibraţia şi rotaţia moleculeor absorbante este liberă. Pentru probe în stare lichidă (exemplu benzen) caracterul hiperfin nu mai poate fi observat, deoarec vibraţia şi rotaţia moleculeor de benzen nu este liberă.
INSTRUMENTAŢIA IN SPECTROMETRIA DE ABSORBŢIE MOLECULARĂ UV - VIS
Schema bloc pentru spectrometria de absorbţie moleculară
AMPLIFICATOR
MĂSURĂ ŞI AFIŞAJ
Semnal optic Semnal electric
CUVA CU PROBĂ
DISPOZITIV IZOLARE BANDĂ
SPECTALĂ ŞI SELECTARE
LUNGIME DE UNDĂ
DETECTOR OPTIC UV
VIS
PROBA
SURSĂ PRIMARĂ DE
RADIAŢIE
ELEMENTELE COMPONENTE ALE SPECTROMETRELOR UTILIZATE ÎN UV VIS
• Sursa primară de radiaţie
• Dispozitivul de monocromare a radiaţiei şi selectare lungime de undă (monocromatoare sau policromatoare)
• Detectorul optic
• Sistemul de condiţionare a semnalului (amplificatorul)
• Sistemul de citire şi afişare rezultat
SURSELE PRIMARE DE RADIAŢIE UTILIZATE ÎN UV VIS
SURSE PRIMARE DE RADIAŢIE
DE SPECTRU CONTINUU
DE SPECTRU DE LINII
Se utilizaeză în absorbţia moleculară, fosforescenţa moleculară, absorbţia atomică
Se utilizează în absorbţia atomică şi fluorescenţa atomică
Aceaşi sursă poate să emită atât un spectru continuu cît şi un spectru de linii
APARARENŢA SPECTRULUI CONTINUU ŞI DE LINII
SPECTRUL CONTINUU
SPECTRUL DE LINII
SPECTRUL DE LINII
Spectrul de linii conţine radiaţii discrete cu lungime de undă bine definită care port fi separate între ele.
SPECTRUL CONTINUUEste format din linii spectrale foarte apropiate între ele încât nu pot fi separate
SURSE DE SPECTRU CONTINUU UTILIZATE ÎN UV VIS
SURSE DE SPECTRU CONTINUU UTILIZATE ÎN UV VIS
CU CORP INCANDESCENT
BECUL CU FILAMENT DE WOLFRAM
LAMPA CU HALOGEN
CU DESCĂRCĂRI ELECTRICE ÎN GAZE
LAMPA DE DEUTERIU LAMPA DE XENON
BECUL CU FILAMENT DE WOLFRAM ŞI LAMPA CU HALOGEN Se utilizează ca surse de spectru continuu în absorbţia moleculară în domeniul vizibil.
Au în construcţia lor un filament de W adus la incedescenţă (2000 – 3500 K) închis într-un corp de sticlă sau cuarţ.
Becul cu filament de W emite un spectru continuu în domeniul vizizib IR (400 – 1400 nm)
Lampa cu halogen emite un spectru continuu în domeniul UV – VIS, şi are în interiorul o cantitate mică de iod care reduce sublimarea W de pe filament.
W(s) W(g)
W(g) + I2(g) WI2(g)
WI2(g) W(s) + I2(g)
Forma spectrului continuu emis de becul cu filament de W
LUNGIMEA DE UNDĂ / nm
Becul cu filament de W
Lampa cu halogen
Intensitatea spectrului continuu creşte cu temperatura filamentului
Lampa de deuteriu
Funcţionarea se bazează pe o descărcare electrică între doi electrozi de W imersaţi într-o atmosferă gazoasă de deuteriu sau hidrogen.
Spectrul este:
unul continuu în domeniul UV emis de moleculele de deuteriu (180 – 380 nm
Unul de linii în domeniul vizibil emis de atomii excitaţi de hidrogen sau deuteriu (liniile hidrogenului din seria Balmer)
Spectrul lămpii de deuteriu este mai intens
UTILIZAREA LĂMPII DE DEUTERIU
ca sursă de spectru continuu în absorbţia moleculară UV – VIS
ca sursă de spectru continuu în corecţia de fond în absorbţia atomică UV - VIS
SPECTRUL DE EMISIE AL LĂMPII DE DEUTERIU
Lungimea de undă / nm
SPECTRU CONTINUU180 – 380 nm
SPECTRU DE LINII
SPECTRUL DE EMISIE A LĂMPII DE XENON
Lungimea de undă / nm
Lampa de Xe emite un spectru continuu foarte intens în domeniul UV VIS (200 – 1000 nm), pecte care se suprapune spectrul de linii al Xe.
Lampa de Xe se utilizează ca sursă primară în spectrometria de absorbţie în cazul spectrometrelor simultane precum şi în fluorescenţă atomică
IMAGINI CU LAMPA DE DEUTERIU ŞI DE XENON
LAMPA DE DEUTERIU LAMPA DE XENON
ROLUL DISPOZITIVELOR.
Sursele primare de radiaţie sau proba emit de regulă un spectru policromatic, format din radiaţii cu mai multe lungimi de undă.
Determinările spectrale se efectuează de regulî în radiaţie monocromatică (radiaţie cu o singură lungime de undă.
Dispozitivele de izolare bandă spectrală de trecere au două roluri:
De a dispersa radiaţia policromatică provenită de la sursă în funcţie de lungimea de undă
De a izolara benzi spectrale de trecere înguste pe ca se consideră că radiaţia este monocromatică. Cu alte cuvinte de a selecta radiaţii cu anumite lungimi de undă din spectrul policromatic.
DISPOZITIVE DE IZOLARE BANDĂ SPECTRALĂ DE TRECERE. MONOCROMATOARE. POLICROMATOARE
BENZILE SPECTRALE DE TRECERE IZOLATE. SELECTARE LUNGIMI DE UNDĂ
λ1 λ2 λ3 λ4
Lungimea de undă / nm
Se
mn
al
Benzi spectrale de trecere izolateRadiaţie considerată monocromnatică
λi– lungimi de undă selectate din spectrul sursei de radiaţie
Nu se poate izola din spectru o radiaţie perfect monocromatică. Pe banda spectrală de trecere se consideră ca radiaţia este monocromatică.
MONOCROMATOR ŞI POLICROMATOR
DISPOZITIVE SELECTARE λ
MONOCROMATOR
POLICROMATOR
Selectează odată o singură lungime de undă (o singură bandă spectrală de trecere)din spectru
Selectează simultan mai multe lungimi de undă (mai multe benzi spectrale de trecere) din spectru
ELEMENTE COMPONENTE ŞI SCHEMA OPTICĂ A UNUI DISPOZITIV DE DISPERSIE ŞI
SELECTARE LUNGIME DE UNDĂ
Monocromator PolicromatorO singură fantă de ieşire Mai multe fante de ieşireReţeaua se roteşte pt select λ Reţea fixă
Lentilă Fantă de intrare Colimator Reţea Focalizator
SURSA DE RADIAŢIE Plan
focal
λ1
λ2
λ3
λ1
Fantă de ieşire
ELEMENTELE COMPONENTE MONOCROMATOR / POLICROMATOR
ELEMENTE COMPONENTE
FANTA DE INTRARE
COLIMATOR
FOCALIZATOR
ELEMENT DE DISPERSIE
FANTA/FANTE DE IEŞIRE
ROLUL COMPONENTELOR MONOCROMATORULUI / POLICROMATORULUI
FANTA DE INTRARE. Este o deschidere îngustă de 20 – 50 m prin care pătreunde radiaţia de la sursă, sau prin care se vizualizează sursa spectrală.
COLIMATORUL. Colectează radiaţia pătrunsă în monocromator şi o proiectează asupra dispozitivului de dispersie sub forma unui fascicul de raze paralele. Este o lentilă sau oglindă.
DISPOZITIVUL DE DISPERSIE. Realizează dispersia radiaţiei în funcţie de lungimea de undăîn planul focal în puncte diferite pentru diferite lungimi de undă.
FOCALIZATORUL. Este o lentilă sau oglindă care focalizează radiaţia pentru o anumită lungime de undă asupra fantei de ieşire. Focalizatorul realizează de fapt refacerea imaginii sursei spectrale pentru diferite lungimi de undă în planul focal al monocromatorului / policromatorului.
FANTA DE IEŞIRE. Este o deschidere îngustă prin care se izolează o bendă spectrală de trecere care conţine lungimea de undă a radiaţiei monocromatice pentru analiză. Rezoluţia spectrală (capacitatea de separare a liniilor spectrale) depinde de lărgimea fantei de ieşire. Fanta îngustă asigură o rezoluţia mai bună.
ROLUL COMPONENTELOR MONOCROMATORULUI / POLICROMATORULUI
Separarea liniei dublet cu o fantă îngustă
Rezoluţie mare
Interferenţa liniilor din dublet cu o fantă largă
Rezoluţie mică
TIPURI DE MONOCROMATOARE
MONOCROMATOARE
PRISMĂ
REŢEA
Utilizează ca element dispersiv a spectrului o prismă din sticlă sau cuarţ
Utilizează o reţa ca element dispersiv. Reţeaua este o suprafaţă striată cu un număr de 1200 – 2400 linii / mm.
MONOCROMATORUL CU REŢEA
Reţeua este o suprafaţă striată (1200 – 2400 linii/mm). Funcţionarea reţelei se bazează pe dispersia radiaţiei incidente de către suprafaţa striată şi pefenomenul de interferenţă constructivă între radiaţiile reflectate de către suprafaţa striaţiunilor.
A B
C D
αθ
α θ
d d
α – unghiul de incidenţă
Θ – unghiul de reflexie
d – distnaţa dintre striaţiuni
Diferenţa de drum optic între raze se calulează cu relaţia, unde m este ordinul de interferenţă
m = 0,1, 2, 3....
mddBDAC )sin(sin
CARACTERISTICILE SPECTRALE ALE MONOCROMATORULUI CU REŢEA
Monocromatorul cu reţea are putere de dispersie mai mare decât cel cu prismă
Scala lungimii de undă este liniară
Monocromatorul cu reţea acoperă domeniul spectral UV VIS între 190 – 800 nm. Pentru domeniul spectral 120 – 180 nm, monocromatorul trebuie vidat şi umplut cu argon sau azot. Radiaţuiile din acest domeniu sunt absorbite de aer.
MONOCROMATORUL CZERNY TURNER
Detector optic
1
2
3
Colimator Focalizator
Fanta de ieşire
Reţea
Fanta de intrare
Sursa de radiaţie
Axa optică Normala
In montajul optic Czerny Turner, reţeua este montată simetric faţă de colimator şi focalizator. Selectarea lungimii de undă se realizează prin rotirea reţelei, câd se modifică unghiul de incidenţă şi sunt focalizate diferite radiaţii asupra fantei de ieşire. Inregistrarea spectrului se realizează prin baleiaj.
α
Detector optic
DETECTOARE OPTICE UTILIZATE IN UV VIZIBIL
ROLUL DETECTOARELOR
Sunt dispozitive optoelectronice care realizează transformarea semnalului optic ănre-un semnal electric. Semnalul electric este direct proporţional cu cel optic.
PkSS 0
Unde
S – semnalul electric
S0 – semnlul curentului de întuneric (zgomotul detectorului) generat de detector în absenţa semnalului optic.
Cu cât semnalul de întuneric este mai mic cu atât detectorul este mai sensibil.
00 PdacaSS
TIPURI DE DETECTOARE IN UV VIS
DETECTOARE OPTICE IN UV VIS
FOTOCONDUCTIVE
ARIA DE
FOTODIODE
DETECTORUL CU TRANSFER DE
SARCINĂ
FOTOELECTRONICE
FOTELEMENTUL CU
SELENIU
FOTOCELULA FOTOMULTIPLICATORUL
PRINCIPII DE FUNCŢIONARE A DETECTOARELOR OPTICE UV VIS
DETECTOARELE FOTOELECTRONICE
Funcţionarea se bazează pe efectul fotoelectric.
Au în construcţia lor electrozi pe suprafaţa cărora este depus un material care pune uşor în libertate electroni sub acţiunea radiaţiilor UV Vizibil, generând un semnal electric ca urmare a deplasării electronilor generaţi între electrozi sub acţiunea unei tensiuni aplicate între electrozi.
FOTOMULTIPLICATORUL
300-
1000
V
Anod
Catod
Dinodă
Electroni
Radiaţie optică
CONSTRUCŢIE
Fotomultiplicatorul are trei electrozi1. Un catod2. Un anod3. Mai multe dinode.ROLUL ELECTROZILOR1. Catodul pune în libertate electroni
primari sub acţiunea fotonilor 2. Dionodele au rol de transportare a
lectronilor pănă la nod şi rol de amplificare internă a semnalului prin generarea a 2 – 5 electroni secundari pentru fiecare electron care atinge suprafaţa sa
3. Anodul are rol de colectare a electronilor
CARACTERISTICILE FOTOMULTIPLICATORULUI
1. Semnalul fotomultiplicatorului depinde de mărimea semnalului optic şi tensiunea aplicată pe fotomultiplicator. La semnale optice mici se aplică o tensiune mai mare, respectiv invers. Dacă se menţine tensiunea constantă semnalul electric depinde liniar de semnalul optic.
2. Fotmultiplicatirul are cea mai mare sensibilitate dintre detectoarele optice utilizate în UV - VIS. Aceasta se datorează amplificării interne mari (numarul electronilor care ajung la anod este cu 8 – 9 ordine de mărime mai mare decât al electronilor primari generaţi de catod.
3. Fotmultiplicatorul acoperă domeniul UV – VIS între 190 – 900 nm
4. Se interzice ca fotomultiplicatorul să fie sub tensiune şi pe suprafaţa catodului să cadă lumina zilei.
APLICAŢII CANTITATIVE ALE ABSORBŢIEI MOLECULARE UV VIS. DETERMINAREA
CONCNTRAŢIEI.
Spectrofotometria de absorbţie moleculară UV – Vis se aplică atât la analiza substanţelor incolore cât şi la cele colorate.
Se pot analiza atât substnaţe organice cât şi anorganice.
Substanţele organice care sunt incolore prezintă spectre de absorbţie foarte intense în domeniul UV al spectrului (200 – 400 nm).
Substanţele organice şi anorganice colorate absorb în domeniul Vizibil al spectrului (400 – 800 nm).
Absorbţia moleculară Uv - Vis se aplică adesea la determinarea cationilor metalici în soluţii apoase.
In cazul în care cationii nu sunt coloraţi, se aplică o reacţie de derivatizare prin chelatizare cu un ligand ca reactiv de culoare. In urma reacţiei rezultă un complex numit specie absorbantă mult mai intens colorată comparativ cu cationul original, denumit specie de determinat.
REACŢII DE DERIVATIZARE
)( mn
m
n MeLmLMe Specie de Reactiv de Specie absorbantădeterminat culoare
Ex: determinarea ionilor Fe3+ cu acid sulfosalicilic în mediu acid sau bazic
COOH
OH
HO3S CO
O
HO3S
3Fe
3 -
Fe3+ + 3
Compexul Fe3+ cu acidul sulfosalicilioc este galben în mediu bazic şi roşu în mediu acid. Reacţiile de derivatizare sunt totale şi astfel în calcule se utilizează concentraţia speciei de determinat (Fe3+) şi nu concentraţia speciei absorbante. Prin reacţia de derivatizare creşte sensibilitatea metodei (creşte ).
ABSORBŢIA RADIAŢIILOR VIZIBILE DE CĂTRE SUBSTANŢELE COLORATE.
Substanţele colorate absorb culoarea lor complementară. Culorile complementare sunt cele două culori care prin amestecare dau culoartea albă.
Domeniul spectral / nm
Culoarea Culoarea complimentară
625 – 750 Roşu Verde-albastru
590 – 625 Oranj Albastru-violet
575 – 590 Galben Albastru
560 – 575 Verde-galben Violet
500 – 560 Verde Purpuriu
490 – 500 Albastru Roşu
480 – 490 Verde-albastru Oranj
450 – 480 Albastru-verde Galben
400 – 450 Violet Galben-verde
METODE DE DETERMINARE A CONCENTRAŢIEI
1.METODA DREPTEI DE ETALONARE
2.METODA STANDARDULUI DE ADIŢIE
METODA DREPTEI DE ETALONARE
ETAPE1. Se prepară proba analitică din materialul de analizat care conţine
analitul în concentraţie necunoscută
2. Se prepară etaloanele care conţin enalitul în concentraţie cunoscută. Etaloanele se prepară dintr-o soluţie stoc.
3. Se prepară proba martor care nu conţine analitul, dar conţine reactivii de derivatizare utilizaţi la prepararea ealoanelor şi probei necunoscute.
4. Se trasează spectrul de absorbţie A = f() prin măsurarea absorbanţei unui etalon faţă de martor la diferite lungimi de undă. Se determină lungimea optimă de analiză corespunzătoare maximului de absorbţie.
5. Se măsoară absorbanţa etaloanelor la lungimea optimă de analiză, faţă de martor.
6. Se trasează dreapta de etalonare A = f(c)
7. Se măsoară absorbanţa probei analitice şi se determină concentraţia speciei analitice prin interpolare.
ALEGEREA LUNGIMII OPTIME DE ANALIZĂ ÎN ABSORBŢIA MOLECULARĂ
Lungimea de undă / nm
optim
maxim
Ab
so
rban
ţă
Spectrul de absorbţie moleculară. Absorbanţa în funcţie de
Se lucrează pe maximul de absorbţie din următoarele considerente
1. Metoda are sensibilitatea maximă (panta dreptei de etalonare este maxiumă)
2. Dreapta de etalonare are cea mai bună liniritate (nu prezintă abateri semnificative de la legea lui Lambert – Beer.
3. Se pot determina precis concentraţii mai mici de analit.
DREAPTA DE ETALONARE IN ABSORBŢIA MOLECULARĂ
Dreapta de etalonare în absorbţia moleculară este reprezentarea grafică a absorbanţei faţă de concnetraţia etaloanelor. Dreapta de etalonare se trasează la lungimea optimă de analiză.
Concentratie
A
bso
rban
ţă
cx
Ax
Absorbanţă probă
Concentraţie probă
Panta dreptei de etalonare este
tgα = b
Cu cât absorbtivitatea molară () este mai mare cu atât dreapta are o pantă mai mare, metoda este mai sensibilă şi pot fi determinate concentraţii mai mici.
INFLUENŢA DESCHIDERII FANTEI ŞI A LUNGIMII DE UNDĂ SELECTATE ASUPRA ABATERILOR
A B
D C
m
Lungimea de undă / nm Concentraţie
m
Absorbtivitate Absorbanţă
A B C
D
1. Situaţia A. Dacă se lucrează pe maximul peakului (la m) şi fanta este infinitezimală se obţine liniaritate prefectă a curbei de etalonare
2. Situaţia B. Se lucrează pe maximul absorbţiei şi ef este 1/10 din semilărgimea benzii de absorbţie, abaterile de la liniaritate sunt neglijabile
3. Situaţia C. Se lucrează pe maximul absorbţiei dar fanta este largă apar abateri negative în soluţii concentrate.
4. Situaţia D. Se lucrează la alată lungime decât maximul de absorbţie. Panta dreptei scade semnificativ şi abaterile de la liniaritate sunt cele mai mari.
CURBA ERORILOR ÎN ABSORBŢIA MOLECULARĂ
Curba erorilor în absorţia moleculară este reprezentarea grafică a incertitudinii relative a concentraţiei (σc/c) în fujncţie de absorbanţă sau transmitanţă.
Curba erorilor permite alegerea domeniului optim al absorbanţei, pentru care incertitudinea concentraţiei este este mică.
Forma curbei erorilor depinde de tipul zgomotului preponderent care afectează măsurarea transmitanţei sau absorbanţei, precum şi de performanţele spectrometrului.
CURBA ERORILOR PENTRU SPECTROFOTOMETRE DE SLABĂ ŞI INALTĂ PERFORMANŢĂ. DOMENIUL
OPTIM AL ABSORBANŢEI
1kT
0
1
2
3
4
5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Absorbanţă
Eroare rel. Conc. (c/c)100 / %
A DCB
E
CURBA A.
Curba erorilor vpentru un sepctrofotometru de slabă performanţă. Incertitudinea este dată aparatul de măsură . Domeniul optim al absorbanţie este 0.2 – 0.8. Eroarea minimă este la A = 0.434.
CURBA B şi C.
Curba erorilor pentru un spectrometru de înaltă performanţă. Incertitudinea este datorată detectorului, fluctuaţiei sursei şi transmisiei luminii prin cuvă.Domeniul optim al abasorbanţei este mai larg 0.2 – 2 sau 0.2 – 3.
CURBA D şi E.Curbe acare includ 2 sau 3 surse de incertitudini.
1kT
2/1
2TkT TkT 3
DETERMINAREA SUBSTANŢELOR IN AMESTEC PRIN ABSORBŢIA MOLECULARĂ
PRINCIPIU:
Determinarea substanţelor în amestec se bazează pe aditivitatea legii liu Lambert – Beer la o anumită lungime de undă pentru un amestec de substanţe.
La o anumită lungime de undă, absorbanţa totală este suma absorbanţelor compuşilor din amestec.
n
i
n
i iiit cbAA
Unde
Ai – absorbanţa componentului (i) la lungimea de undă ()
i – absorbtivitatea molară a componentului (i) la lungimea de undă ()
Ci – concentraţia componentului (i) din amestec
Pentru un mestec binar, legea lui Lambert – Beer este:
221121 cbcbAAAt Din această ecuaţie nu puten calcula concentraţiile c1 şi c2 din amestec.
Pentru a determina concentraţiile din amestecul binar trebuie să se cunoască absorbanţa amestecului la două lungimi de undă (1 şi 2)
22112
22111
22
11
bcbcA
bcbcA
t
t
Pentru 1
Pentru 2
Dacă se cunosc absorbanţele amestecului la cele două lungimi de undă şi coeficienţii sistemului se pot calcula concentraţiile celor două componente.
Etapele analizei amestecurilor de substanţe sunt următoarele:
1. Determinarea lungimilor optime de analiză 1 şi 2
2. Determinarea coeficienţilor sistemului de ecauţii i
3. Determinarea absorbanţei amestecului la cele două lungimi de undă şi rezolvarea sistemului
Condiţiile care se impun la determinarea a amestecurilor de substanţe:
1. Substanţele să nu reacţioneze între ele
2. Substanţele să nu prezinte interferenţe spectrale
3. Substanţele să aibă absotbtivităţi molare diferite, pentru ca determinantul sistemului () să fie diferit de zero. ≠ 0
DETERMINAREA LUNGIMILOR OPTIME DE ANALIZĂ A AMESTECURILOR
Pentru aceasta se prepară un etalon din fiecare compus şi se trasează spectrul de absorbţie A = f().
Din spectrul de absorbţie se determină lungimile optime de analiză 1 şi 2, coerspunzătoare maximelor de absorbţie pentru cei doi compuşi.
Se aleg lungimile optime corespunzătoare maximelor, deoarece la aceste lungimi de undă dreptele de etalonare au panta maximă, respectiv abaterile de la liniaritate sunt neglijabile. Implict metoda are sensibilitate şi precizie foarte bune.
Ab
sorb
anţa
1 2
Lungimea de undă / nm
Compus I Compus II
DETERMINAREA COEFICIENŢILOR SISTEMULUI
Se prepară etaloane din fiecare compus
Se măsoară absorbanţele etaloanelor la cele două lungimi de undă
Se trasează drptele de etalonare A = f(c) pentru fiecare compus la cele două lungimi de undă şi se calculează panta dreptelor, care sunt egale cu coeficienţii sistemului.
Concentratie
A
bso
rban
ţă b11
b12
Comp. I
Comp. II
Comp. I
Concentratie
A
bso
rban
ţă
b21
b22
Comp. II
Comp. II
1 2
