Transcript UV-VIS Спектроскопија

UV Visible или
UV-VIS (Ултравиолетова)
Спектроскопија
Оваа техника се базира на интеракција (взаемно дејство)
помеѓу ЕЛЕКТРОНИТЕ од молекулите од супстанците и светлината.
Поради тоа најпрво е згодно да се потсетиме на некои од
својствата на светлината (т.е. електромагнетното зрачење)
Vo prirodata postojat razli~ni vidovi na elektromagnetni zra~ewa.
Na primer: vidli
va svetlina,X-zra~ewe, radio branovi, toplinsko zra~ewe itn. Site primeri se odnesuvaat
na elektromagnetni zra~ewa koi{to se razlikuvaat pome|u sebe spored energijata {to j
a prenesuvaat (poseduvaat).
Celokupnoto mno`estvo na site elektromagnetni zra~ewa se vika spektar na
elektromagnetnoto zra~ewe.
Приказ на еден електромагнетен бран
Elektromagnetno Zra~ewe
Sekoj elektromagneten bran se
karakterizira so
 -Branova dol`ina
 -Frekvencija-broj na
branovi dol`ni vo edinica vreme
 -amplituda
Osobini na branov proces
branova dol`ina
vreme
vrv na branot
amplituda
Osobini na elektromagnetnoto zra
~ewe:
[ematski prikaz na branov proces.
prenesuva
energija niz prostorot;
brzina na dvi`ewe niz vakuum: c
= 3  108 m s-1.
Svojstva na elektromagnetnoto zra~ewe-пр
енесува енергија
n= c/l
kade
n =>frekvencija
l => branova dol`ina
c =>brzina na svetlina
Energijata na branot e proporcional
a so frekvencijata,
E = hn (h e plankova konstanta)
Kolku e frekvencijata n pogole
ma, tolku e energijata na toa bra
novo dvi`ewe pogolema
Ултравиолетово (UV) зрачење:
• Е електромагнетно зрачење што се наоѓа во спектарот
помеѓу видливата светлина и X-зраците
• т.е во подрачјето на бранови должини од 1nm до 400nm
Figure 1. The Electromagnetic Radiation Spectrum
 Се разликуваат три подрачја на UV зрачење
UV-A:
 долго UV, блиско ултравиолетово
 Постои во подрачјето помеѓу 320 и400 nm
UV-B:
 средно UV зрачење
 Помеѓу 280 и320 nm
UV-C:
 Кратко UV зрачење, далечно ултравиолетово зрачење
 помеѓу180 и280 nm
 UV-A и UV-C: сме виделе UV ламби што се комерцијално до
стапни
Апсорпција на зрачење
Кога бела светлина поминува низ (или е
рефлектирана од) некоја безбојна
супстанца, тогаш специфична порција
од бранови должини на упадната
светлина ќе биде апсорбирана од
страна на таа супстанца.
Бранова
должина
амплитуда
Апсорпција на зрачење
 Преостанатата светлина во
таков случај ќе добие
комплементарна боја на таа
од светлината што била
апсорбирана.
 Violet: 400 - 420 nm
 Indigo: 420 - 440 nm
 Blue: 440 - 490 nm
 Green: 490 - 570 nm
 Yellow: 570 - 585 nm
 Orange: 585 - 620 nm
 Red: 620 - 780 nm
Дали молекулите од разни
супстанци може да стапат
во интеракција
(т.е. да апсорбираат)
ултравиолетово зрачење
и на кој начин го прават тоа?
Да се потсетиме на теоријата за
орбиталите кај молекулите
H
H
C
H
C
H
 да го земеме етилен за пример,  врската е хромофорот т.
есегментот од молекулата етилен што може да апсорбира зр
ачење.
Во молекулата на етилен постојат пополнети и непополнет
и молекулски орбитали. т.е. Места каде што може да престој
уваат електроните од  врската (врските). Овие орбитали пом
еѓу себе се разликуваат според енергијата. Такви орбитали
се
 Highest Occupied MO (HOMO)
 Lowest Unoccupied MO (LUMO)
Електронски премини
1.
Енергија
 Бидејќи постојат енергетски разлики помеѓу HOMO и LUMO
орбиталите, тие енергетски разлики се предуслов да се
случуваат електронски премини помеѓу овие молекулски
орбитали кога електроните ќе примат енергија при нивна
интеракција со UV-зрачењето
2. Да ја земеме за пример молекулата на формалдехид
-Кај оваа молекула можни се неколку електронски премини и тоа
O
C
H
H
 n *
  *
  *
Од што зависат овие електронски
премини?
 енергијата на овие
електронски премини зависи од
енергијата на UV-Vis зрачењето
 Енергијата  to * >  to * > n to
*
Тоа значи, различни молекули од различни супстанци (кои, логички
ќе имаат различна електронска структура) ќе апсорбираат
UV-VIS зрачење со различна енергија (т.е. различна бранова должина),
а со тоа нивниот апсорбциски UV-VIS спектар ќе изгледа различно
Како ќе знаеме кој пик на која супстанца припаѓа,
кога имаме
смеса од повеќе супстанци?
Постојат т.н. АТЛАСИ на чисти супстанци
каде е дадено при кои
Услови (во кој растворувач, во кое рН,
при која температура...
Која супстанца на која бранова должина ќе даде
апсорпциски пик (или пикови)
УВ ВИС Спектри на некои соединенија-спектрите ги има во атласи
каде се опишани условите при кои е снимен спектарот
Апсорпциони карактеристики на некои супстанци
супстанца
Alkene
структура
C6H13HC
Растворува
ч
CH2
Alkyne
C5H11C
C
Тип на
премин
177
13,000
*
n-Heptane
178
196
225
10,000
2,000
160
*
_
_
n-Hexane
186
280
1,000
16
n*
n*
n-Hexane
180
293
Large
12
Ethanol
204
41
n*
Water
214
60
n*
Ethanol
339
5
n*
CH3CCH3
O
emax
n-Heptane
CH3
O
Carbonyl
lmax (nm)
CH3CH
O
Carboxyl
Amido
CH3COH
O
n*
n*
CH3CNH2
Azo
H3CN
NCH3
Nitro
CH3NO2
Isooctane
280
22
n*
Nitroso
C4H9NO
Ethyl ether
300
665
100
20
_
n*
270
12
n*
Nitrate
C2H5ONO2
Dioxane
Во структурата на голем број органски соединенија постојат
Т.н. ХРОМОФОРИ, т.е. ФУНКЦИОНАЛНИ ГРУПИ ШТО АПСОРБИРААТ
ОД УВ ИЛИ ВИДЛИВАТА СВЕТЛИНА НА ТОЧНО ОПРЕДЕЛЕНА
БРАНОВА ДОЛЖИНА.
ТАКВИ ГРУПИ СЕ
C=O-карбонилна; „=„-двојна врска; бензенски прстен;
СООН-карбоксилна група; NH2-амино група и сл.
3. Пример за УВ-ВИС спектар
Спектарот на дадена супстанца зависи од повеќе фактори
-ОД ПРИРОДАТА НА РАСТВОРУВАЧОТ во кој се испитува
-од рН на растворот
-од температурата...
Друг пример за УВ-ВИС спектар
Трет пример за УВ-ВИС спектар
За количеството на апсорбирана светлина важи
Beer’-овиот Закон
A = ebc
; каде
А-апсорбанца
e се вика екстинционен коефициент
b-должина на слој низ кој поминува светлината
c-концентрација на супстанцата
Овој закон овозможува квантитативно опредеување на
концентрацијата на дадена супстанца
Количеството на апсорбирана
светлина може да се мери на
неколку начини и тоа:
 трансмитанца, T = P / P0
 % трансмитанца, %T = 100 T
 Апсорбанца, A = 2 - log(%T)
Beer’-ов Закон
 Односот од апсорбанцата и трансмитанцата е прикажан на
следниот дијаграм:
ЕВЕ КАКО ШЕМАТСКИ ИЗГЛЕДА ЕДЕН ЕКСПЕРИМЕНТ ВО
UV-VIS спектроскопија
Призма за
раздвојување
на зрачењето
Извор на UV-зрачење
Кивета во која е сместена
пробата во раствор
UV-спектар
Брановата должина и количината на светлина што ќе биде апсорбирана зависи од
природата на молекулите во системот (т.е. од нивната електронска структура) и од
концентрацијата на таа супстанца во системот
Beer’-ов закон
A=ebc = log I/I0
A е апсорбанца
e Е моларен апсорпционен коефициент (има единици L mol-1 cm-1)
b е должината на садот во кој е сместена пробата (обично во cm).
c е концентрацијата на дадената компонента во растворот (mol L-1).
Примена на оваа техника
 Незаменлива во секоја научноистражувачка лабораторија
 Голем број на супстанци можат да апсорбираат во
 UV-VIS подрачјето:
Употреба во медицина и биохемија за детекција на DNA
Форенсички анализи
минерологија
Контрола на храна
Во фармацевтска индустрија...
Флуоресценција
 Кога UV зрачење ќе биде емитирано од некоја ултравиолет
ова ламба и ќе биде насочено кон површината на некој реа
ктивен материјал, тогаш дел од тоа зрачење ќе биде
апсорбирано од материјалот. Притоа, електроните од
супстанцата што апсорбирала ултравиолетово зрачење ќе
поминат привремено во повисоки енергетски нивои.
 Кога вака ексцитираните електрони ќе се вратат во основна
та состојба, тогаш се испушта количината на апсорбирано
зрачење.
 Меѓутоа, оваа количина на испуштено зрачење сега ќе има
помала енергија (подолги бранови должини) одошто таа на
применото зрачење и ќе биде поместена кон видливиот дел
на спектарот, па така ќе може да се набљудува со голо око.
Овој феномен е познат како UV-индуцирана видлива флу
оресценција.
 Појавата е наречена флуоресценција според минералот
fluorite, т.е. calcium fluoride, каде го има овој феномен.
Примери за флуоресценција
Флуоресценција
Равенка за флуоресценција:
Овдека системот почнува од состојба оз
начена со S1, и после емисијата на фот
он од флуоресцентно зрачење со енерг
ија h v, преминува во состојба S2
h = Planck‘-ова константа
v = фреквенција на флуоресцентното
зрачење
Шематски приказ за процесите на
флуоресценција (лево) и фосфоресценција (десно)
Примери на флуоресцентни
минерали