Διαφάνειες εργαστ. μαθήματος
Διαφάνειες εργαστ. μαθήματος
Διαφάνειες εργαστ. μαθήματος
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
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