Transcript hfst_13_Les-1_UV-VIS_versie-3

Analytische Chemie
of
Instrumentele Analyse
Analytische Chemie
Scheikunde
Instrumentele Analyse
Fysica
Wat is:
Kwalitatieve analyse ?
Bepalen wat het is
Kwantitatieve analyse ?
Bepalen hoeveel ‘t is
Elektromagnetische straling
Het elektromagnetisch spectrum
Zie ook Binas Tabel 19
De definities van golflengte en frequentie
Elektromagnetische straling heeft zowel
kenmerken van een golfverschijnsel als ook
van een stroom energiedeeltjes (dualistisch
karakter)
Golfverschijnsel
golflengte + frequentie
Deeltjesverschijnsel
foton energie
Opmerking: een hoge frequentie betekent tevens een grote fotonenergie
De voortplantingssnelheid (c) van elektromagnetische
straling in vacuüm bedraagt: 3,0 x 108 m.s-1
E=hxf
(fotonenergie) = (constante van Planck) x (frequentie)
Joule
=
6,6 x 10-34 J.s
x aantal.s-1
C=λxf
m.s-1 = m x aantal.s-1
Hieruit volgt:
C
E=hx
λ
Schematische weergave van absorptie spectrometrie
stralingsbron
monster
detector
Moleculaire Absorptie Spectrometrie:
Ultraviolet –Visueel (UV-VIS) Spectrometrie
Wat bepaalt de kleur van een voorwerp ?
Voorbeelden van azo kleurstoffen
Voorbeelden van natuurlijke chromoforen
Bij moleculaire absorptie spectrometrie
beschouwen we moleculen als een
stelsel van atomen bijeen gehouden
door bindingselektronen.
Bij kamertemperatuur bevinden de
moleculen zich in de grondtoestand.
Door het inbrengen van de juiste
fotonenergie gaan bindingselektronen
een wijdere baan beschrijven (excitatie
of aanslaan). Dit vergt een fotonenergie
van circa 10-18 Joule. De hiermee
corresponderende golflengte bedraagt
100-1000 nm.
Kwantitatieve spectrometrie;
Wet van Lambert-Beer (1)
λ
λ
I0
wordt ingesteld op 1 of 100 %
I
bedraagt 0-1 of 0-100%
I
De Transmissie T =
I0
Kwantitatieve spectrometrie;
Wet van Lambert-Beer (2)
T=
I
I0
λ
I0
T = 10 –ε c d
λ
Hierin is:
ε
is de molaire extinctiecoëfficiënt (in l . mol-1 . cm-1)
C is de concentratie van de absorberende stof
D is de optische weglengte van de cuvet
I
Kwantitatieve spectrometrie;
Wet van Lambert-Beer (3)
In de praktijk wordt meestal gebruik gemaakt
van de extinctie E die is gedefinieerd als:
E
= - log T
= - log 10 –ε c d
=εcd
De extinctie is dus recht evenredig met de
concentratie en met de optische weglengte
Een oplossing heeft bij 560 nm een extinctie van 0,670.
Hoe groot is het percentage straling dat wordt doorgelaten?
Extinctie (E) = 0,670 = - log T
0,670 = - log T = - log I/I0
Log I/I0 = - 0,670
I/I0 = 1/ 4,677
of
of
– 0,670 = log I/I0
I/I0 = 10- 0,670 = 1/ 10-0,670 = 1/ 4,677
dus I = 21,38 %
Schematische weergave van absorptie spectrometrie
Uittredespleet
Detectorspleet
Monochromator
Detector
Cuvet
Intredespleet
Stralingsbron
UV-VIS spectrometer
schematisch
UV-VIS spectrometer
Reactie:
Fe2+ + 3 (bipy)
[ Fe(bipy)3 ]2+
3
Calibratielijn [ Fe(bipy)3 ]2+ complex
Extinctie bij 520 nm
Golflengte 520 nm, 1 cm cuvet
mg ijzer in 1000 ml oplossing
De molaire extinctiecoëfficiënt (ε) wordt uitgedrukt in een nogal
vreemde eenheid namelijk:
L.mol-1.cm-1
De waarde van ε geeft aan wat de extinctie zou zijn als 1 mol van
een bepaalde verbinding zou zijn opgelost in een volume van
1 liter en zou gemeten worden bij 520 nm in een 1 cm cuvet.
Het is bekend dat ε voor het Fe-dipyridyl complex bij een
golflengte van 520 nm gelijk is aan: 8650 L.mol-1.cm-1.
Als ik nu een onbekend monster heb geanalyseerd
(gemeten extinctie = 0,774),
de analyse heb uitgevoerd in een maatkolf van 100 ml,
kan ik dan uitrekenen hoeveel mg Fe
zich in de maatkolf bevindt ?
Een extinctie van 0,774 betekent de aanwezigheid van:
0,774 / 8650 = 8,948 x 10- 5 mol Fe-bipyridyl complex
en dus ook evenveel mol Fe (kijk maar naar de reactievergelijking)
Reactie:
Fe2+ + 3 (bipy)  [ Fe(bipy)3 ]2+
De oplossing is gemeten in een 1 cm cuvet dus voor de optische
weglengte is geen correctie noodzakelijk.
Uit de definitie voor ε kan worden afgeleid dat deze hoeveelheid
Fe is opgelost in een volume van 1 liter.
In 100 ml bevindt zich dan het 1/10 deel dus 8,948 x 10- 6 mol Fe.
Dit komt overeen met 8,948 x 10- 6 x 55,85 gram Fe =
0,5 x 10- 3 gram Fe = 0,5 mg Fe
Dus: 0,5 gram Fe in het meetvolume (100 ml)
Opgave:
de
bepaling
van
fosfaat
in water
Bij het opstellen van de ijkgrafiek voor de bepaling van fosfaat
volgens DSM analysevoorschrift 97 in een 1 cm cuvet,
wordt een oplossing gebruikt die 0,05 mg PO43- per ml bevat.
Na het toevoegen van de verschillende reagentia ontstaat een
blauwe kleur.
Elke maatkolf wordt aangevuld tot aan de merkstreep (= 100 ml)
en de oplossing wordt gemengd. Vervolgens wordt bij een
golflengte van 810 nm de extincties van deze oplossingen
gemeten.
Neem onderstaande tabel over die heb je nodig voor je huiswerk
Oplossing 0,05 mg PO43-/ml
0 ml (blanco)
5 ml
10 ml
20 ml
30 ml
40 ml
50 ml
Gemeten extinctie
0,014
0,126
0,233
0,452
0,673
0,894
1,116
Huiswerk: maak onderstaande opgaven
Boek 2 hfst 13: Som 2, 4 EN
a) Van een monster afvalwater wordt 25 ml in onderzoek genomen
om fosfaat te bepalen. Men vindt de volgende extincties:
blanco
= 0,010
monster
= 0,785
Bereken het fosfaatgehalte van dit monster.
b) Bij een tweede monster afvalwater verwacht men dat het PO43gehalte circa 125 mg/l bedraagt.
Maar men wil het nauwkeurig hebben geanalyseerd.
Hoeveel ml zou je van dit monster in onderzoek nemen en waarom?
c) Voor één van de bovenstaande oplossingen wordt in een 1 cm
cuvet een extinctie gemeten van 0,126.
Als ik dezelfde oplossing nou eens in een 5 cm cuvet zou meten,
wat wordt dan de extinctie?