Transcript ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΑ

ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΑ
Εργαστήριο Φυσικής Χημείας | Τμήμα Φαρμακευτικής
Δημήτριος Τσιπλακίδης
ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ
 Οι μεταπηδήσεις ηλεκτρονίων από μια ενεργειακή στάθμη σε μια άλλη μέσα στα άτομα ή μόρια
καθώς και οι περιστροφικές κινήσεις και δονήσεις ομάδων ατόμων και μορίων αποτελούν
μεταβολές που συνοδεύονται από απορρόφηση ή αποβολή ενέργειας.
 Όταν ένα σύστημα απορροφά ενέργεια διεγείρεται από την βασική κατάσταση ενώ όταν ένα
διεγερμένο σύστημα επανέρχεται στην βασική ή σε μια ενδιάμεση ενεργειακή κατάσταση,
αποβάλλει ενέργεια. Οι ενεργειακές αυτές μεταβολές γίνονται με την μορφή ηλεκτρομαγνητικής
ακτινοβολίας.
ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ
 Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία έχει χαρακτηριστικό μήκος κύματος ή συχνότητα
ανάλογα με το είδος της ηλεκτρονικής μετάπτωσης ή μοριακής κίνησης.
ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ
 Η Φασματοσκοπία σκοπεύει στον προσδιορισμό της συχνότητας ή του μήκους κύματος
της απορροφούμενης ή εκπεμπόμενης κάθε φορά ακτινοβολίας καθώς και στον
καθορισμό των ποσοτικών σχέσεων και των νόμων που διέπουν αυτές τις μεταβολές.
 Η απορροφούμενη ή εκπεμπόμενη ακτινοβολία εξαρτάται από το είδος της μεταβολής, από την
ηλεκτρονική διαμόρφωση των ατόμων ή μορίων, από την φύση των δεσμών ανάμεσα στα άτομα κ.ά.
ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΑ
 Φασματοφωτομετρία είναι το τμήμα της φασματοσκοπίας που ασχολείται με τις ποσοτικές
σχέσεις που αφορούν στην ένταση της απορροφούμενης (ή εκπεμπόμενης) ακτινοβολίας και με
τους νόμους της απορρόφησης του φωτός.
 Νόμος Lambert
Συνδέει την ένταση Ιο της μονοχρωματικής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε μια στοιβάδα ουσίας
πάχους d με την ένταση I της εξερχόμενης από την στοιβάδα ακτινοβολίας:
I  Io exp(k  d )
όπου k είναι μια σταθερά που εξαρτάται από την φύση της ουσίας που
απορροφά την ακτινοβολία και από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας.
ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΑ
 Όταν η ουσία βρίσκεται σε διάλυμα με συγκέντρωση C (molarity), τότε ισχύει η ανάλογη σχέση
γνωστή ως νόμος του Beer:
I  Io exp(  C  d )
ε είναι ο μοριακός συντελεστής απόσβεσης ή απορρόφησης της ουσίας για ορισμένο μήκος κύματος.
Με λογαρίθμηση λαμβάνουμε:
log
I
1
   C  d   log T  log    C  d
Io
T
όπου το πηλίκο I/Io ονομάζεται διαπερατότητα Τ (transmittance) του φωτός.
ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΑ
 Το αντίθετο του δεκαδικού λογάριθμου ή ο δεκαδικός λογάριθμος του αντίστροφου της
διαπερατότητας λέγεται οπτική πυκνότητα D (optical density) ή απορρόφηση Α (absorbance):
1
D  A  log
T
οπότε:
D   C d
νόμος Beer-Lambert
 Η οπτική πυκνότητα (απορρόφηση) για σταθερό πάχος στοιβάδας και ορισμένο μήκος
κύματος φωτός είναι γραμμική συνάρτηση της συγκέντρωσης του διαλύματος της ουσίας που
απορροφά.
ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΟ
 Η μέτρηση της απορρόφησης του φωτός και η καταγραφή ενός φάσματος απορρόφησης
στην περιοχή υπεριώδους-ορατού-υπερύθρου γίνεται με φασματοφωτόμετρα.
Μονοχρωμάτορας
Ανιχνευτής
Δείγμα
Διάφραγμα
Εξόδου
Πηγή
Πρίσμα
Διάφραγμα
Εισόδου
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ
ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΙΩΔΙΟΥΧΩΝ ΑΠΟ Η2Ο2
 Διμοριακή αντίδραση β’ τάξης:


2I  H2O2  2H  I2  2H2O
dx
 k(a  2 x)(b  x)
dt
όπου a και b είναι οι αρχικές συγκεντρώσεις των ιόντων Ι- και του Η2Ο2 αντίστοιχα, x
είναι η συγκέντρωση του παραγόμενου μοριακού Ι2 σε ορισμένο χρόνο t από την έναρξη
της αντίδρασης και k η ειδική ταχύτητά της.
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ
ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΙΩΔΙΟΥΧΩΝ ΑΠΟ Η2Ο2
 Αν η αρχική συγκέντρωση των ιωδιούχων είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτήν του Η2Ο2 (a>>b και
συνεπώς a>>x), η αντίδραση μπορεί να μελετηθεί ως ψευδομονομοριακή ή ψευδοπρώτης τάξης:
dx
 k  a  (b  x)
dt
b
ln
 k a t
b x
Επειδή το υδατικό διάλυμα του Ι2 είναι έγχρωμο (απορροφά στην ορατή περιοχή του φάσματος
με λmax=410 nm) ενώ τα υπόλοιπα συστατικά της αντίδρασης έχουν μηδενική οπτική πυκνότητα
στο μήκος κύματος αυτό, η παρακολούθηση της αντίδρασης αυτής μπορεί να γίνει
φασματοφωτομετρικά!
2I   H2O2  2H   I2  2H2O
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ
ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΙΩΔΙΟΥΧΩΝ ΑΠΟ Η2Ο2
 t=0 (η συγκέντρωση του Ι2 είναι αρχικά μηδέν, x=0): D0=0
 t (η Dt οφείλεται στην συγκέντρωση x του Ι2 που έχει παραχθεί):
x
Dt
 d
 t= (η D οφείλεται στην τελική τιμή της συγκέντρωσης του Ι2 η οποία σύμφωνα με την
στοιχειομετρία της αντίδρασης θα είναι ίση με την αρχική συγκέντρωση του Η2Ο2, b:
b  xt  
 Επομένως:
k
D
1
ln
a  t D  Dt
D
 d
και
ln
D∞
= k a t
D∞ - Dt
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ
ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΙΩΔΙΟΥΧΩΝ ΑΠΟ Η2Ο2
Παρασκευή διαλυμάτων
Μηδενισμός
φασματοφωτόμετρου
Έναρξη αντίδρασηςΠαρακολούθηση της
αντίδρασης
Ολοκλήρωση της
αντίδρασης
• 100 ml διαλύματος 0.04 Μ ΚΙ
• 100 ml διαλύματος 4∙10-4 Μ H2O2 και 4∙10-3 Μ H2SO4
• Γεμίζουμε την κυψελίδα με νερό και ρυθμίζουμε την διαπερατότητα
Τ=100% στο μήκος κύματος λ=410 nm (μέγιστο απορρόφησης για το Ι2)
• Σε κωνική φιάλη αναμιγνύουμε 50 ml από τα δύο διαλύματα (t=0)
• Γεμίζουμε την κυψελίδα του φασματοφωτόμετρου με το αντιδρών
μείγμα και μετράμε την οπτική πυκνότητα, Dt, σε διάφορα χρονικά
διαστήματα t = 5, 10, 15, 20, 25, 30 35, 40 min
• Προκειμένου να επιταχύνουμε την αντίδραση και να φτάσει στο τέλος
της, θερμαίνουμε το αντιδρών μείγμα σε υδρόλουτρο στους 60οC για
μισή ώρα και λαμβάνουμε την D
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ
ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΙΩΔΙΟΥΧΩΝ ΑΠΟ Η2Ο2
 Προσδιορισμός της σταθεράς ταχύτητας, k.
t (min)
T (%)
Dt
D / (D -D t )
ln[D / (D -D t )]
5
10
15
20
25
30
35
40
 Κατασκευάζεται το διάγραμμα ln[(D/(D-Dt)] vs. t που είναι μια ευθεία με κλίση kˑa (κ, σταθερά της ταχύτητας).