Διαφάνειες εργαστ. μαθήματος
Διαφάνειες εργαστ. μαθήματος
Διαφάνειες εργαστ. μαθήματος
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Ενόργανη Χημική Ανάλυση:<br />
Φασματοσκοπία<br />
UV-ορατού<br />
TEI Αθήνας<br />
ΣΑΕΤ<br />
Υπεύθυνος ύλης: Στ. Μπογιατζής, επίκ. καθηγητής<br />
Το παρόν είναι ανεπίσημο αντίγραφο των διαφανειών του <strong>μαθήματος</strong> και αποτελεί απλά<br />
συρραφή από εξωτερικές πηγές πρωτογενούς υλικού με υλικό του διδάσκοντος.<br />
Αποκλειστικός σκοπός είναι να καθορίσει τη ροή του <strong>μαθήματος</strong> υπό το πρίσμα της<br />
διδακτέας ύλης και να καθοδηγήσει τον σπουδαστή να αναζητήσει τις πηγές της μελέτης<br />
του. Σε καμιά περίπτωση δεν αποτελεί Σύγγραμμα.<br />
1
Αλληλεπίδραση ηλεκτρομαγνητικής<br />
ακτινοβολίας και ύλης<br />
2
Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία<br />
Τα είδη της ακτινοβολίας διαφέρουν<br />
στην ένταση, τη συχνότητα και<br />
το μήκος κύματος.<br />
• Η ένταση είναι το μέγιστο ύψος<br />
του κύματος, που αντιστοιχεί<br />
στην ένταση του σήματος.<br />
• Η συχνότητα, ν, είναι ο αριθμός<br />
των ταλαντώσεων, ή τα κύματα,<br />
ανά μονάδα χρόνου (κύκλοι/sec ή<br />
Hz).<br />
• Το μήκος κύματος, λ, είναι η<br />
απόσταση μεταξύ δύο<br />
συνεχόμενων μέγιστων ή<br />
ελάχιστων ενός κύματος.<br />
3
Μήκος κύματος (λ), συχνότητα (ν),<br />
περίοδος (Τ)<br />
4
Ηλεκτρομαγνητική<br />
Ακτινοβολία<br />
Η συχνότητα, ν, και η ταχύτητα του φωτός<br />
συνδέονται με τη σχέση:<br />
c = λν<br />
όπου<br />
c = 3.0 x 10 8 m/sec (ταχύτητα του φωτός)<br />
λ = μήκος κύματος<br />
[Θεμελιώδης εξίσωση κυματικής]<br />
5
Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία:<br />
σωματιδιακή υπόσταση<br />
δυϊσμός: [φωτόνια --- υλικά σωματίδια]<br />
6
Ηλεκτρομαγνητική<br />
Ακτινοβολία<br />
Η ενέργεια ενός φωτονίου υπολογίζεται από τον<br />
τύπο<br />
Ε = h ν<br />
όπου h = 6.6 x 10 -34 joule second (σταθερά του Planck)<br />
ν= συχνότητα (Hz)<br />
7
Το Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα<br />
ορατό(vis): μικρή περιοχή μεταξύ της υπεριώδους (UV) περιοχής του φάσματος<br />
και της περιοχής υπερύθρου (IR).<br />
8
Περιοχές του<br />
ηλεκτρομαγνητικού<br />
φάσματος<br />
Ultraviolet (UV)<br />
Η υπεριώδης περιοχή της<br />
ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας χωρίζεται<br />
σε τέσσερις περιοχές:<br />
Vacuum Ultraviolet (VUV) 100–200 nm<br />
UV-C 200–280 nm<br />
UV-B 280–315 nm<br />
UV-A 315–400 nm<br />
Όπως προτάθηκε από την International<br />
Commission on Illumination (CIE), εκτός<br />
από την περιοχή UV-C που είχε προταθεί<br />
να είναι στο εύρος 100-280 nm.<br />
Frequency<br />
(s -1 )<br />
Energy Energy<br />
(J)<br />
Gamma Rays<br />
Wavelength<br />
>1.0x10 19 >41,000 eV >6.6x10 -15
Τι παθαίνει η UV και ορατή ακτινοβολία όταν<br />
προσπίπτει επάνω στα μόρια;<br />
1. αλληλεπιδρά με ηλεκτρόνια που βρίσκονται<br />
στα μοριακά τροχιακά<br />
2. τα ηλεκτρόνια παραλαμβάνουν την ενέργεια<br />
της ακτινοβολίας και<br />
3. γίνονται «ανήσυχα» με την ενέργεια αυτή και<br />
μεταπηδούν σε ένα άλλο τροχιακό,<br />
ψηλότερης ενέργειας<br />
10
Τι απέγινε η ενέργεια της ηλ/μαγνητικής<br />
ακτινοβολίας που παρέλαβαν τα ηλεκτρόνια;<br />
• Η ενέργεια μεταφέρθηκε στο μόριο.<br />
• Λέμε τότε ότι η ενέργεια της ακτινοβολίας αυτής<br />
«απορροφήθηκε» από το μόριο<br />
• Σε κάθε μήκος κύματος λ απορροφάται<br />
διαφορετικό ποσοστό της ακτινοβολίας<br />
• Αν καταγράψουμε το ποσοστό της ακτινοβολίας<br />
που απορροφάται σε συνάρτηση με το μήκος<br />
κύματος λ, παίρνουμε το Φάσμα Απορρόφησης<br />
11
Η μορφή των φασμάτων<br />
απορρόφησης UV-ορατού<br />
• Τα φάσματα UV-ορατού είναι<br />
διαγράμματα της έντασης της<br />
απορρόφησης της<br />
ακτινοβολίας (δηλ. του φωτός)<br />
συναρτήσει του μήκους<br />
κύματος λ (δηλ. του χρώματος<br />
της ακτινοβολίας)<br />
• Η ένταση της απορρόφησης<br />
εκφράζεται είτε ως<br />
Απορροφητικότητα (Α), είτε ως<br />
Διαπερατότητα (%Τ)<br />
• Εμφανίζονται σαν<br />
κωδωνοειδείς καμπύλες που<br />
εμφανίζουν κάποια μέγιστα.<br />
Α<br />
(λ)<br />
μέγιστο<br />
Φάσμα απορρόφησης της κυανίνης<br />
(οργανική συνθετική χρωστική)<br />
12
φασματοφωτόμετρο UV-vis<br />
Χαρακτηριστικά<br />
Φασματοφωτομέτρου<br />
Πηγή: λυχνία βολφραμίου (ορατό),<br />
λυχνία δευτερίου (υπεριώδες)<br />
• Οπτική σχεδίαση Διπλής δέσμης<br />
• ανιχνευτής βασισμένος σε ένα<br />
φωτοπολλαπλασιαστή (PMT)<br />
• Έλεγχος: τοπικά και από Η/Υ<br />
13
Φασματοφωτόμετρα διπλής δέσμης<br />
λυχνία<br />
Μονοχρωμάτορας<br />
Perkin Elmer<br />
lambda 3A<br />
αναφοράς<br />
δείγμα<br />
ανιχνευτής<br />
ανιχνευτής<br />
σύγκριση<br />
14
Φασματοφωτόμετρα διπλής δέσμης<br />
Varian<br />
Cary 50<br />
15
• Σχηματικό διάγραμμα φασματοφωτόμετρου<br />
διπλής δέσμης<br />
16
ΝΟΜΟΣ ΤΩΝ BEER-LAMBERT<br />
T =<br />
I<br />
I0<br />
διαπερατότητα Τ<br />
δείγμα<br />
l<br />
Μήκος διαδρομής<br />
(πάχος του δείγματος<br />
17
Ορισμός της απορροφητικότητας Α<br />
• A =<br />
Όπου<br />
1<br />
T<br />
Ι0 η ένταση της μονοχρωματικής<br />
δέσμης<br />
Ι η ένταση της εξερχόμενης δέσμης<br />
ε συντελεστής μοριακής<br />
απορρόφησης<br />
l το πάχος της κυψελίδας<br />
C η συγκέντρωση της ουσίας<br />
Α η απορρόφηση της ουσίας<br />
A = ε c l<br />
Νόμος των Beer-Lambert<br />
18
Σχέση Διαπερατότητας – Απορροφητικότητας<br />
(Transmittance – Absorbance)<br />
διαπερατότητα Τ<br />
T =<br />
I<br />
I0<br />
Απορροφητικότητα<br />
A = ε c l = log 10 (1/T)<br />
= - log 10 (T)<br />
συγκέντρωση συγκέντρωση<br />
19
3.0<br />
2.0<br />
A<br />
1.0<br />
Η γραμμικότητα του νόμου του Beer<br />
3.00<br />
2.50<br />
2.00<br />
1.50<br />
1.00<br />
0.50<br />
A = ε c l<br />
Απόκλιση από το νόμο<br />
Beer-Lambert<br />
A = ε c l<br />
Γραμμική περιοχή ισχύος<br />
του νόμου Beer-Lambert<br />
0.00<br />
0.00E+00 5.00E-04 1.00E-03 1.50E-03 2.00E-03<br />
Συγκέντρωση διαλύματος, ή πυκνότητα<br />
διαφανούς c (mol/L) στερού<br />
• Ο νόμος του Beer δεν<br />
ισχύει για τιμές<br />
απορροφητικότητας Α<br />
μεγαλύτερες του 2.0 -<br />
2.5<br />
• Παρατηρούμε δηλ. ότι<br />
σε σχετικά μεγάλες<br />
συγκεντρώσεις (ή<br />
πυκνότητες) όπου το<br />
Α είναι μεγαλύτερο<br />
του 2.5 η σχέση δεν<br />
είναι γραμμική.<br />
Συνεπώς δεν<br />
μπορούμε να<br />
χρησιμοποιήσουμε<br />
την εξίσωση στην<br />
περιοχή αυτή.<br />
20
A = ε c l<br />
A = ε c l<br />
Η σημασία του συντελεστή<br />
μοριακής απορρόφησης (ε)<br />
• Το έντονο γαλάζιο χρώμα ενός υδατικού διαλύματος<br />
θειικού χαλκού (γαλαζόπετρα) σημαίνει μεγάλη τιμή<br />
του Α, επειδή η τιμή του ε είναι μικρή (20 L . mol -1. cm -1 ).<br />
Η μεγάλη τιμή του Α εδώ οφείλεται σε μεγάλη τιμή της<br />
συγκέντρωσης c (πυκνό διάλυμα)<br />
• Το καροτένιο έχει έντονο πορτοκαλί χρώμα (δηλ.<br />
Μεγάλη τιμή Α) ακόμα και με μικρή συγκέντρωση c,<br />
επειδή έχει πολύ μεγάλη τιμή ε=100000 L . mol -1. cm -1 . Η<br />
μεγάλη τιμή του Α εδώ οφείλεται στην μεγάλη τιμή του<br />
ε.<br />
• Σε όλα τα φάσματα η οπτική διαδρομή (l) είναι<br />
σταθερή, συνήθως l =1 cm<br />
21
Χρωμοφόρες ομάδες<br />
• C=C<br />
• C=O<br />
• C=N<br />
• N=N<br />
• CΞC<br />
• Όλα τα συζυγιακά συστήματα με<br />
συνδυασμούς των παραπάνω, π.χ.<br />
1. Αρωματικός δακτύλιος<br />
2. C=C-C=C<br />
3. C=C-C=O<br />
4. C=C-C=N<br />
5. C=C-N=N<br />
22
Χρωμοφόρες ομάδες<br />
23
Μόρια με διπλούς δεσμούς C=C<br />
όνομα Χημ. τύπος<br />
αιθυλένιο CH2=CH2 171 nm<br />
1,3-βουταδιένιο<br />
trans 1,3,5εξατριένιο<br />
β-καροτένιο<br />
CH2=CH-CH=CH2<br />
CH2=CH-CH=CH-CH=CH2<br />
Απορροφούμενο<br />
λ<br />
217 nm<br />
274 nm<br />
425 nm<br />
24
Εκτεταμένη συζυγία<br />
H3C CH3 CH3 CH3 2<br />
3<br />
1<br />
4<br />
6<br />
5<br />
7<br />
CH 3<br />
8<br />
9 10 11 12 13 14 15 15' 14' 13'<br />
β-καροτένιο<br />
CH 3<br />
12' 11' 10' 9'<br />
CH 3<br />
C<br />
H 3<br />
8' 7'<br />
5' 4'<br />
6' 2'<br />
1'<br />
C<br />
H 3<br />
25<br />
3'<br />
CH 3
Αυξόχρωμες ομάδες<br />
• Οι ομάδες ΟΗ, ΝΗ2, Cl,<br />
Br, I, που υπάρχουν σε<br />
ένα οργανικό μόριο με<br />
χρωμοφόρες ομάδες<br />
ονομάζονται αυξόχρωμες<br />
• Προκαλούν μετατόπιση<br />
του μεγίστου<br />
απορρόφησης σε<br />
μεγαλύτερα λ (προς τα<br />
δεξιά): ονομάζεται<br />
βαθυχρωμική μετατόπιση<br />
C<br />
H 2<br />
C<br />
H 2<br />
OH<br />
O<br />
O<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
26
Έγχρωμο μόριο: απορρόφηση στο ορατό<br />
UV<br />
ορατό<br />
Μέγιστο στην περιοχή του μπλε<br />
αλιζαρίνη<br />
«ουρά» μέχρι το πράσινο<br />
27
Το ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού<br />
λ<br />
φάσματος<br />
28
Φάσμα απορρόφησης<br />
κυανής βαφής<br />
29
Φάσμα απορρόφησης<br />
ματζέντα βαφής<br />
30
Φάσμα απορρόφησης<br />
κίτρινης βαφής<br />
31
Μήκη κύματος των χρωμάτων του<br />
ορατού<br />
Παρατηρούμενο χρώμα Χρώμα που<br />
απορροφάται<br />
Green<br />
Blue-green<br />
Violet<br />
Red-violet<br />
Red<br />
Orange<br />
Yellow<br />
Red<br />
Orange-red<br />
Yellow<br />
Yellow-green<br />
Blue-green<br />
Blue<br />
Violet<br />
Μήκος κύματος του<br />
φωτός που απορροφάται<br />
700 nm<br />
600 nm<br />
550 nm<br />
530 nm<br />
500 nm<br />
450 nm<br />
400 nm<br />
32
Change language