If you can't read please download the document
Upload
roden
View
46
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK. (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE). SVĚTLO. Elektromagnetické vlnění. . Charakterizace záření. Vlnová délka - ( ) : jednotky: m (obvykle nm ). Souvisí s povahou fotonu. 0. 1. s. Charakterizace záření. Frekvence – ( ) : jednotky: Hz. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
SPEKTROSKOPICK VLASTNOSTI LTEK(ZKLADY SPEKTROSKOPIE)
SVTLOElektromagnetick vlnn
Charakterizace zenVlnov dlka - () : jednotky: m (obvykle nm)Souvis s povahou fotonu
Charakterizace zenFrekvence () : jednotky: Hz
udv poet kmit elektromagnetick vlny za sekundu, bhem 1 sdolo ke 2 kmitm (1 kmit = 1 vlna) , a proto je frekvence 2 HzSouvis s povahou fotonu
Charakterizace zenVlnoet ( ) jednotky m-1 (obvykle cm-1) udv poet vln pipadajcch na drhu 1 cm, jednotka cm-1, vtomto ppad pipadaj na 1 cm 2 vlny, vlnoet je 2 cm-1 Souvis s povahou fotonu
Charakterizace zenZiv tok (intenzita)Energii penenou elektromagnetickm vlnnm posuzujeme dle fotometrickch veliin nap. dle zivho toku. Ten je definovn jako podl celkov energie zen (vlnn) prolho zvolenou plochou za jednotku asu. Vliteratue je nkdy tato veliina ztotoovna s intenzitou zen.Souvis s mnostvm (potem) foton
Co je to svtlo?bl svtlo meme rozloit pomoc hranolu na jednotliv spektrln barvy
400 nm760 nm
ROZDLEN OBLAST ZEN
SPEKTROSKOPIEje zaloena na vzjemnm psoben elektromagnetickho zen se zkoumanou ltkou, pi kterm dochz kvmn energie
CO SE ME DT? Zkouman ltka zen pohlcuje i vyzaujeemise obsazuj se ni energetick hladinyabsorpce obsazuj sevy energetick hladinyE0E1E2E0 zkladn energetick hladina; E1 a E2 vy energetick hladinyE2E1E02 121http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/atomphoton/index.html
ENERGIE JE KVANTOVNAABSORPCEEMISE
PKLADFeofytin (rostlinn barvivo) absorbuje fotony o vlnov dlce 409 nm a 665nm. Vypotejte, kter ztchto dvou foton odpovd absorpci o vy energii. Kvpotu lze vyut nsledujc dva vztahy.
E = h ; = c / h Planckova konstanta = 6,62 10-34 Js; c rychlost svtla ve vakuu = 3 108 m/sE energie (J) ; frekvence (s-1) ; - vlnov dlka (m)
pro 409 nm: pro 665 nm: = 3 . 108 / 409 . 10-9 = 3 . 108 / 665 . 10-9 = 7,33 . 1014 s-1 = 4,51 . 1014 s-1E = 6,62 . 10-34 . 7,33 1014 E = 6,62 . 10-34 . 4,51 . 1014 E = 4,86 . 10-19 J E = 2,99 . 10-19 J
CO JE TO SPEKTRUM?Zvislost intenzity (zivho toku) elektomagnetickho zen (nebo s n souvisejc veliiny) prolho vzorkem (pop. intenzity emitovanho elektromagnetickho zen) na vlnov dlce , frekvenci nebo vlnotu
K EMU NM TO BUDE?Jde v podstat o zvislost toho jak moc (intenzita) jsou absorbovny konkrtn fotony (dan vlnov dlky, frekvence, vlnotu)526 nm0,7
POLOHY A TVAR PS (CHARAKTER SPEKTRA)kaj (mohou kat) nco o elektronov struktue, struktue molekuly apod.Jsou charakteristick pro danou ltku a mohou bt vyuity ke kvalitativnmu stanovenERYTROSIN
INTENZITA ABSORPCEMe bt vyuita ke kvantitativnmu stanoven ltek (nap. v analytick chemii)Jak?
Veliiny, kter charakterizuj velikost absorpce zen:transmitance = propustnost (T) udv v %, o kolik se snila intenzita pvodnho zen po prchodu zkoumanou ltkou
T = (I / Io) . 100 (v %)I0 II0 intenzita pvodnho zen, I intenzita zen po prchodu vzorkem
Odvozen Lambert-Beerova zkona
Veliiny, kter charakterizuj velikost absorpce zen:absorbance (A) udv v logaritmick stupnici, kolikrt se snila intenzita pvodnho zen po prchodu vzorkem
A = log I0 / I = - log T
Absorbance nabv hodnot od 0 do , pokud je absorbance nulov,dn zen zkouman ltka nepohltila.
Jak souvis absorbance s koncentrac?pi kvantitativnm stanoven ltek vychzme z Lambert Beerova zkona, kter meme matematicky zapsat: A = . c . l,kde A je absorbance, je molrn absorpn koeficient (l mol-1 cm-1), kter je konstantn pro danou ltku pi konstantn vlnov dlce, c je molrn koncentrace (mol/l), l je dlka kyvety (cm)
Omezen platnosti zkona:monochromatick zen (o konstantn vlnov dlce)zedn, ir roztoky (koncentrace pod 10-2 mol/l)
Stanoven koncentrace:pi spektroskopickch stanoven koncentrace ltek vyuvme nejastji metodu kalibran pmky
Postup: - pprava zkladnho roztoku, jeho koncentrace je vt ne maj vzorkyednm zkladnho roztoku se zskaj kalibran roztoky o znm koncentracizjist se absorbance kalibranch roztok, kter obsahuj stejn inidla jako vzorkysestroj se graf zvislosti absorbance na koncentraci
Grafick postup:zsobn roztok5 mg/100 ml
na 100 ml 1 mg 2 mg 3 mg 4 mg 5 mg odeberu 1 ml 2 ml 3 ml 4 ml 5 ml a doplnm vodou na 5 ml kalibran roztoky
Vsledn graf:
z rovnice kalibran pmky vypotme hodnotu koncentrace (x) neznmho vzorku, kdy za y dosadme namenou absorbanciAc
Chart1
0.33
0.55
0.84
1.08
1.37
koncentrace [mg/100 ml]
absorbance
Koncentrace barviva E102
List1
10.33
20.55
30.84
41.08
51.37
List1
koncentrace [mg/100 ml]
absorbance
Koncentrace barviva E102
Zkladn prvky mcch pstroj:zdroj zen v UV oblasti deuteriov vbojka a ve VIS oblasti wolframov nebo halogenov rovkamonochromtor vymez vlnovou dku (hranol, mka nebo filtr)kyvety se vzorkem pro UV oblast kemenn a pro VIS oblast sklennidlo zen detektor pevd energii zen na jinou mitelnou formuzobrazovac zazen obrazovka potae
ZPSOBY MEN
ZPSOBY MEN
Pstroje k men absorbance:fotometry jako monochromtor maj barevn filtryspektrofotometry jako monochromtor maj hranol nebo mkuV chemick laboratoi se meme setkat se starmi typy spektrofotometr.
Spekol 10 - jednopaprskov vchylkovspektrofotometrSpekol 11 - jednoparskov digitln spektrofotometr
Spektrofotometr USB2000:tato mal krabika v sob obsahujemonochromtor a detektorzobrazovac zazen
ATOMOV SPEKTRArov spektra sloen z ostrch od sebe oddlench ar
PRO JSOU ROV? Dvodem je, e elektrony v atomovm orbitalu mohou nabvat jen uritch vrazn rozdlnch energi a pechod elektronu z jednoho orbitalu do druhho pijetm nebo odevzdnm foton o energii, kter prv odpovd E1- E0 Hladiny energie jsou dny hlavnm (n) a vedlejm (l) kvantovm slem V atomu se v dsledku absorpce a nebo emise me mnit jen rozloen elektron na pslunch atomovch orbitalech (nikoliv nap, rotan a vibran stavy (viz. dle)
ATOMOV SPEKTRAABSORPNEMISN
EMISN ATOMOV SPEKTRANejprve se elektrony excituj na vy energetick hladiny- Zahtm (Teplota)- Psobenm zen o vhodn energii (h)Elektrony se poslze vrac na pvodn energetick hladiny a dochz k emisi zen
RY SE DL DO SRIEmisn spektrum vodku
DLE EHO JE DLME?Do dan srie pat ry odpovdajc peskokm ze vech energeticky vych hladin na jedinou pro danou srii charakteristickou hladinu
DLEN AR DO SRIPibliovn arHrana srieHrana srie
E0E1E22 1Atom v zkladnm stavu absorbuje energii fotonu a elektrony pechz z nich energetickch hladin na vyABSORPN ATOMOV SPEKTRA
ABSORPN ATOMOV SPEKTRASchma experimentu a vsledku
OPT SPEKTRLN SRIETentokrt je rozliujeme podle peskok z danho n (hl. kv. sla) na vechny mon stavy vyHrana srie- odpovd fotonu o energii potebn prv na odtren elektronu na periferii atomu
ABSORPN ATOMOV SPEKTRAAbsorpn kontinuum elektron me absorbovat i vce energie ne je teba na odtren, pebytek se projev jako kinetick energie, ta nen kvantovna a nastv jako spojit absorpce, kter se projev jako pozad lini
ABSORPN ATOMOV SPEKTRA
RENTGENOV SPEKTRAOPT ATOMOV SPEKTRA vznikaj analzou rentgenovho zen rentgenov lampy, kter m antikatodu zhotovenou z kovu, kter zkoumme
RENTGENOV SPEKTRASpojit rentgenov zen pemna kinetick energie elektron z katody pi prudkm zabrzdn na antikatodCharakteristick (rov) spektrum elektrony z katody vyraz z antikatody elektrony z vnitn energetick sfry. Do uvolnnho msta peskakuj elektrony z vych hladin a emituj pitom rentgenov zen
RENTGENOV SPEKTRUM WOLFRAMU
MOLEKULOV SPEKTRAJak se mohou mnit stavy u molekul?
Mohou se mnit elektronov stavy peskoky elektron v molekulovch orbitalechMohou se pohybovat atomov jdra v rmci jedn molekuly mn se rotan a vibran stavyMO MOMOhttp://www.lsbu.ac.uk/water/vibrat.html rotace (pohyb cel molekuly okolo osy)vibrace (zmny dlek a hl vazeb)
MOLEKULOV SPEKTRACelkov energie molekuly (nachzejc se v uritm stavu)E celkov energie molekulyEe energie elektron (kvantovna)Ev energie vibran (kvantovna)ER energie vibran (kvantovna)
MOLEKULOV SPEKTRA
ROTAN SPEKTRAER2B4B6B8B10B
ROTAN SPEKTRA- Obsahuj ry odpovdajc pouze pechodm mezi sousednmi rotanmi stavy (je patrn z vbrovch pravidel) Poskytuj pouze molekuly s pernamentnm diplem (HCl, HBr, HNO3, nikoliv N2, H2) k excitaci dochz v mikrovlnn oblasti (nzk energie a vysok vlnov dlky zen) nejjednodu z molekulovch spekterLinie jsou od sebe vzdleny o konstantn rozdl rotan sp.
VIBRAN SPEKTRA- Zdnliv jednodu, ve skutenosti sloitj (existuje znan mnostv vibrac) jednodu? opt mon jen pechody mezi sousednmi stavy sloitj? pi zmnch vibranch stav dochz tak ke zmnm stav rotanchVIBRAN SPEKTRA jsou psov
VIBRAN SPEKTRAvibran sp.Infraerven I;Infrared IRspektra
K EMU NM TO JE?- Identifikace energetickch stav molekuly Identifikace charakteristickch skupin (-OH; -C=O apod. viz. tabulka)
K EMU NM TO JE? Identifikace ltek urit st spektra je pro danou ltku charakteristick (fingerprint otisk prstu) kvantitativn stanoven ltek pomoc Lambert-Beerova zkona
ELEKTRONOV SPEKTRAelektr. sp.UV-VIS(Ultra-violet, visible)spektra Dochz k pechodm mezi elektronovmi stavy, tedy k peskokm elektron(obvykle mezi vazebnmi a nevazebnmi molekulovmi orbitaly(MO) a antivazebnmi MO (nap. b * ; b *; n *; n * )
V podstat nejsloitj a zrove nejjednodu Nejsloitj zahrnuj pechody mezi rotanmi, vibranmi a elektronovmi stavy Nejjednodu jednoduch spektra s pr psy
Souvis s barevnost ltek
NEJSLOITJ? NEJJEDNODU?Nejsloitj zahrnuj pechody mezi rotanmi, vibranmi a elektronovmi stavySpektrofotometr s nzkm rozlienm
K EMU NM JSOU?- Identifikace energetickch stav molekuly barevnost Identifikace ltek urit st spektra je pro danou ltku do urit mry charakteristick (ale nen to zcela jako u vibranch spekter) kvantitativn stanoven ltek pomoc Lambert-Beerova zkona
Barevnost ltek:bezbarv ltky neabsorbuj zen ve viditeln oblastibarevn ltky absorbuj st viditelnho zenbarva pozorovan okem je barvou doplkovou k barv pohlcenho zenbarva doplkov je zbytek neabsorbovanho zen
Absorbovan zen a doplkov barva:
Absorbovan zen[nm]Barva absorbovanho zenBarva doplkov (barva roztoku)400 435435 480480 500500 560560 580580 595595 - 760
Pokus se vyeit nsledujc kol:Na nsledujcch obrzcch jsou v kyvet zaifrovan barevn roztoky ltek. Vam kolem je odhadnout barvu roztoku a absorpn maximum tto ltky.a) b)
Chromofory:charakteristick funkn seskupen zodpovdn za barevnost sloueniny asto se jedn o konjugovan systm nsobnch vazeb
Na nsledujcm obrzku je vzorec ervenho potravinskho barviva. Pokuste se urit, kter funkn skupina bude zodpovdn za barevnost sloueniny.
Charakteristika ltek pomoc absorpnho spektra:Kad ltka m sv charakteristick absorpn spektrum, kter me mt jedno i vce absorpnch maxim. Barevnost ltky posujeme dle jej absorpce ve viditeln oblasti. Na nsledujcch obrzcch jsou uvedeny spektra dvou stejn barevnch potravinskch barviv. Odhadnte jejich barvu a porovnejte jejich spektra.
Nsledujc obrzky zobrazuj dv spektra roztok, jejich vsledn barva jestejn. Zkuste tuto barvu odhalit. Prvn spektrum charakterizuje jednu ltku zodpovdnou za dan zbarven. V druhm ppad se jedn o sms dvou rznch barviv. Z pomoc tohoto spektra zjistte, jak barvy byly smchny.
LUMINISCENN SPEKTRA Deexcitace vyzaovnm svtla - emise U molekul navc - neziv pechody snen energie- fluorescence t = 10-5 - 10-10- fosforescence t = 10-2 nkolik dnJak se molekuly z excitovanho stavu dostanou do stavu zkladnho?
ABSORPN ATOMOV SPEKTRA