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Instrumentelle Analytik UV/VIS -Spektrometrie Seite 

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2.4.5 Anwendungen der UV/VIS-Spektrometrie 

Die UV/VIS-Absorptionsspektrometrie bedeutet die Aufnahme von Absorptionsspektren von 

Molekülen, die auf Elektronenübergängen im Molekül zurückzuführen sind. Absorptionsspektren von 

Molekülen bestehen (anders als die Linienspektren von Atomen) aus sehr breiten und im allgemeinen 

wenig strukturierten Elektronenbanden. Ursache hierfür sind die Schwingungsenergien der Kerne, die 

sich den elektronischen Energien überlagern. 

Molekülspektren sind also stets von Schwingungsspektren, bei Gasen auch von Rotationsspektren 

überlagert und treten praktisch nur als Absorptionsspektren auf. Die Anregungsenergie wird 

überwiegend durch schnelle strahlungslose Deaktivierungsprozesse abgeführt, nur bei sehr wenigen 

Molekülen tritt Photolumineszenz auf ( Fluorimetrie). 

In der qualitativen Analytik können Form und Lage der Absorptionsbanden für qualitative Aussagen 

über das Molekül, z.B. bei der Strukturaufklärung von Nutzen sein. 

In der quantitativen Analytik machen die im allgemeinen sehr großen molaren Extinktionskoeffizienten 

die UV/VIS-Spektrometrie zu einer äußerst sensiblen Nachweismethode von Molekülen, 

insbesondere in flüssigen Proben. Die Nachweisgrenze kann bis in den ppb-Bereich gehen. 

Qualitative Analytik (Strukturaufklärung) 

In den meisten Fällen lässt sich die starke Absorption auf das Vorhandensein von spezifischen 

Strukturelementen zurückführen ( Chromophore), die die Vorraussetzung für Elektronenübergänge 

vom Typ n * oder * schaffen (180 nm - 800 nm). 

Das Absorptionsspektrum kann daher Hinweise auf das Vorhandensein (oder Fehlen) gewisser 

funktioneller Gruppen im Molekül geben (siehe Tabelle am Schluss des Kapitels). 

Beispiele für Identifizierung von Molekülen bzw. Strukturgruppen 

Ungesättigte Ringe und C-C-Mehrfachbindungen 

Kondensierte Aromaten und ungesättigte Heterocyclen sowie Homocyclen 

Konjugation und Kumulation 

Untersuchung von Gleichgewichten: 

- Protolytische Gleichgewichte und Komplexbildungsgleichgewichte 

- Charge-Transfer-Komplexe 

- Übergangsmetallkomplexe: Übergang des e- vom Donor zum Akzeptor (meist Metall d-Orbital) 

Quantitative Analytik (Gehaltsbestimmung) 

Allgemein liegen die Extinktionskoeffizienten zwischen 10 3 und 10 5 l/molcm. 

Damit sind Nachweisgrenzen zwischen 10 -6 und 10 -7 mol/l erreichbar. 

Bestimmung der Elemente mit Hilfe von Komplexbildnern (z.B. Dithizon-Verfahren) 

Bestimmung von Anionen und Ammoniak mittels Farbreagenzien: 

Brֿ, Clֿ, CNֿ, Fֿ, Iֿ, NO 3ֿ, NO 2ֿ, Phosphate, Silikate, SO 42ֿ, H 2 S, S 2- , NH 3 

Photometrische Wasseranalysen von Kationen und Anionen mittels Farbreagenzien 

Bestimmung organischer Verbindungen, vor allem konjugierter Systeme 

(in einigen Fällen nach Derivatisierung zur Verlängerung des konjugierten Systems) 

Ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Thiole und Strukturverwandte, 

Oxy-, Oxo-, Hydroxylamin-, Hydrazin-, Amino-, Azo-, Diazo-, Nitro-, Nitroso-, Halogenverbind., 

Carbonsäuren und ihre Derivate, Organische Sulfate und Sulfonate, 

Organische Metall- und Nichtmetallverbindungen, Stickstofffreie Heterocyclen, Saccharide, 

Aminosäuren, Peptide, Proteine, Steroide und Strukturverwandte.


2.4.5.1 Strukturabhängigkeit der Spektren 

Chromophor (farbgebende Strukturgruppe) 

Die für die Strahlungsabsorption im UV/VIS 

verantwortliche Strukturgruppe nennt man 

Chromophor. 

Chromophore enthalten Elektronen in n- oder 

-Molekülorbitalen (LUMO-Zustand). 

Auxochrome Gruppe (funktionelle Gruppe 

am Chromophor, die das Absorptionsverhalten 

beeinflusst.) 

freie Elektronenpaare (n-Orbitale) liefern 

über +M-Mesomerie Elektronen an das 

Chromophor. 

Energien der MO und Übergangswahrscheinlichkeiten 

ändern sich dadurch. 

Auxochrome Gruppen können im Vergleich 

zum unsubstituierten Chromophor folgende 

Effekte hervorrufen: 

1: Verschiebung der Absorption in den 

langwelligeren Bereich (Rotverschiebung; 

bathochromer Effekt) 

2: Verschiebung der Absorption in den 

kurzwelligeren Bereich (Blauverschiebung; 

hypsochromer Effekt) 

3: Intensivierung der Absorption 

(hyperchromer Effekt) 

4: Abschwächung der Absorption 

(hypochromer Effekt). 


Typische Vertreter sind z.B. -OH, -OR, -SH, -SR, Halogene und Aminogruppen –NH 2 

Meist findet man einen bathochromen Effekt, selten eine hypsochrome Verschiebung. Der Einfluss 

auxochromer Gruppen auf die Absorptionswellenlänge des Chromophors ist mit Hilfe von Inkrement- 

Systemen abschätzbar ( Woodward-Regeln). 

Beispiel für den Effekt auxochromer Gruppen an Benzol


2.4.5.2 Systematik der chromophoren Gruppen (Auswahl) 

a) Chromophore aus -Elektronen 

Substanzgruppen, deren chromophores System aus -Elektronen aufgebaut ist, sind: 

Alkene, Alkine, und Aromaten. 


Bei allen Gruppen beobachtet man mit zunehmender Zahl der konjugierten Doppelbindungen eine 

zunehmende Rotverschiebung (bathochrome Verschiebung) und einen Anstieg der molaren 

Extinktion (hyperchromer Effekt). 

Alkene, Polyene 

*-Übergänge: 

Zunehmende Rotverschiebung mit der Zahl n der konjugierten Doppelbindungen. 

Empirisches Quadratwurzelgesetz (Kuhn) 

134 

n 31 (in nm) 

max 

Verbindung n max in nm Farbe in 10 3 l/molcm 

H 2 C= CH 2 Ethen 1 162 - 10 

H 2 C=CH -CH=CH 2 Butadien 2 217 - 21 

H 2 C=CH-CH=CH-CH=CH 2 Hexatrien 3 258 - 30 

H-(CH=CH) 4 -H Octatetraen 4 302 - 76 

H-(CH=CH) 5 -H Decapentaen 5 334 - 122 

Vitamin A-Alkohol (Retinaol) 5 325 - 

-Carotin 11 451 orange



Dien-Regel nach Woodward 

Die Lage des langwelligsten Absorptionsmaximums kann für Moleküle mit konjugierten C=C 

Doppelbindungen (Diene, ungesättigte Steroide) nach Inkrementsystemen abgeschätzt werden. 

Basischromophor 

Inkremente für: zusätzliche konjugierte Doppelbindung 

exocyclische Lage einer Doppelbindung 

Alkysubstituent, Ringrest bzw. C-Substituent 

(Alkyl oder Bindung am Dien) 

Auxochrome Gruppen direkt am Chromophor 

-O-Alkylrest 

-S-Alkylrest 

-N-(Alkyl) 2 

-Halogen (Br, Cl) 

Summe = langwelligste Absorption 

je +30 nm 

je +5 nm 

je +5 nm 

je +6 nm 

je +30 nm 

je +60 nm 

je +5 nm 

Beispiel: 

Vitamin-A-Alkohol 

Acycl Dien : 

Zus. Konj. Doppelbdg 

Alkylreste 

O-Alkylrest 

exptl.: 

217 nm 

nm 

nm 

nm 

nm 

325 nm 

Calciferol 

Acycl Dien : 

Zusätz. konj. Doppelbdg 

Exocyclische Doppelbdg 

Ringreste (Bindungen) 

exptl.: 

217 nm 

nm 

nm 

nm 

nm 

265 nm


Alkine, Polyalkine 

171 

n 1 

(in nm) 

max 

n = Zahl der Dreifachbindungen 


Aromaten 

Polycyklische Aromaten zeigen eine bathochrome Verschiebung mit zunehmender Ringanellierung. 

Benzol Naphthalin Anthracen .. ..Graphit (ist schwarz). 

Benzol: Vollständig delokalisiertes -System, (Unterschied zum Hexatrien!) 

Feinstruktur: 

~ 

1 1 

 

~ 2 

~ 1 

 

2 

1 

Typische Werte für ~ : Aromaten ca. 700 - 1100 cm -1 

Polyene ca. 1500 cm -1 

Polyine ca. 2000 cm -1 

Abb.: Absorptionsbanden des Benzols


Auxochrome Gruppen an Benzol 


Substituenten am Benzolring führen zu einer bathochromen Verschiebung der Absorptionsmaxima 

und zu einer Erhöhung der Intensität (teilweise Aufhebung des Symmetrieverbots). 

-Bande 

max = 254 nm 

p-Bande 

max = 203 nm 

b) Chromophore aus - und n-Elektronen (z.B. Carbonylverbindungen) 

Wegen der freien Elektronenpaare des Sauerstoffs gibt es auch n-Orbitale. 

Der energieärmste Übergang ist daher ein n *-Übergang mit Wellenlängen von ca. 275-300 nm. 

Dieser Übergang ist allerdings verboten (Überlappungsverbot) und deshalb nur als sehr schwache 

“Vorbande“ zu beobachten ( = 10-30 l/molcm). 

Der *-Übergang ist häufig erlaubt und viel intensiver als der n *-Übergang. 

Abb.: Orbitalschema und UV/VIS-Spektrum von Aceton


Lösungsmitteleinfluss auf den Chromophor 


Starke Wechselwirkung von n-Orbitalen mit polaren Lösungsmittel durch H-Brückenbildung. 

Geringe Wechselwirkung von - und *-Orbitalen mit polaren Lösungsmitteln. 

Dies führt in beiden Fällen zu unterschiedlich starker Energieabsenkung. 

Die Wahl eines Lösungsmittels 

größerer Polarität bewirkt: 

1. Die Energiedifferenz zwischen π- 

und π*-Orbital nimmt ab. 

(bathochrome Verschiebung der 

Absorptionswellenlänge; 

positive Solvatochromie) 

2. Die Energiedifferenz zwischen n- 

und π*-Orbital nimmt zu. 

(hypsochrome Verschiebung der 

Absorptionswellenlänge; 

negative Solvatochromie) 

3. Verbreiterung der Absorptionsbanden 

und Verschwinden der 

Schwingungsfeinstruktur. 

Energie 

Polarität des Lösungsmittels 

Unterscheidung zwischen n π * und π π *-Übergängen: 

n π *-Übergänge: Hypsochromie mit steigender Lösungsmittelpolarität 

π π *-Übergänge: Bathochromie mit steigender Lösungsmittelpolarität 

Einfluss des ph-Wertes auf den Chromophor 

Im Allgemeinen verschiebt sich das 

langwelligste Absorptionsmaximum eines 

Übergangs bei Protonierung zu kürzeren 

Wellenlängen (hypsochrome Verschiebung). 

Beispiel: Benzocain


Übersicht: wichtige Chromophore und ihre intensivsten Absorptionsbanden 

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2.4.5.2 Apparative Kriterien und Einflussfaktoren 


Die Messung von UV/VIS-Spektren und photometrische Gehaltsbestimmungen werden in flüssiger 

Phase durchgeführt. Dazu wird eine verdünnte Lösung der Substanz hergestellt. 

Küvettenmaterial: Quarzglas für UV-Bereich 

(200 - 800 nm); Glas für VIS-Bereich (300 - 

800 nm); Sauberkeit! 

Identische Küvetten in Mess- und 

Vergleichsstrahlengang, Toleranz der 

Schichtdicken 0,005 cm 

Lösungsmittel: LM darf im zu vermessenden 

Spektralbereich nicht absorbieren. 

Temperatur: sollte konstant sein! (20 ± 1°C) 

Einstellung der Nulllinie: Registrierung des 

Spektralbereiches mit zwei mit reinem 

Lösungsmittel gefüllten Küvetten, 

Abgleich auf Null (oft automatisch) 

Photometrische Kalibrierung: 

Standardlösungen (Kaliumdichromat, 

Kobaltsulfat, Nickelsulfat oder 

Kaliumpermanganat - vgl. Tabelle DAB) 

Wellenlängenkalibrierung: 

Aufnahme der Spektren einer Lichtquelle mit 

diskreten Linien. 

(DAB: 1 nm UV; 3 nm VIS) 

Einstellung der Monochromatorspaltbreite 

(Eintritts- und Austrittsspalt meist parallel 

gesteuert), Breite der Monochromatorspalte s 

(typischer Wert ~ 0,1 mm) 

Auflösung überprüfen: 

Kleinste Wellenlängendifferenz, bei der eben 

noch zwischen zwei dicht benachbarten 

Maxima unterschieden werden kann. 

d 

s spektrale Spaltbreite 

ds 

Streulicht, (Fluoreszenz): können 

Absorptionsmessung sehr stark verfälschen! 

Streulicht ganz besonders im UV; 

Fluoreszenz lässt sich mitunter löschen. 

Optimaler Konzentrationsbereich: höchste 

Messgenauigkeit für A zwischen ca. 0,15 und 

0,7. Dies entspricht einer Konzentration von 

etwa 10 -3 bis 10 -6 mol/l (je nach ε). 

Auch mit moderneren Geräten sollten keine 

Absorptionen > 1,5 gemessen werden; ggf. 

verdünnen oder kleinere Schichtdicke wählen. 

Kurzwellige Durchlässigkeitsgrenzen 

von Lösungsmitteln 

Absorption der K 2 Cr 2 O 7 -Standardlösung zur 

Kontrolle der Absorption (200 - 400 nm) 

Absorptionsmaxima bzw. Linien zur Kontrolle 

der Wellenlängenanzeige

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