ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΑ
Download
Report
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).