Spektroskopia UV-VIS zagadnienia

Transkrypt

1 Spektroskopia absorbcyjna to dziedzina, która obejmuje metody badania materii przy użyciu promieniowania elektromagnetycznego, które może z tą materią oddziaływać. Spektroskopia UV-VS zagadnienia promieniowanie elektromagnetyczne rozkład widma promieniowania: promieniowanie rentgenowskie (ok. 1 nm), UV (używany zakres: nm), Vis ( nm), R (2-15 μm), promieniowanie radiowe NMR (ok. 1 m) X UV Vis R NMR absorpcja przekształcenie energii promieniowania elektromagnetycznego w inne formy energii (energia elektronów, oscylacji, rotacji itd.) wskutek oddziaływania z materią model korpuskularny promieniowania, energia kwantów promieniowania elektromagnetycznego (fotonów) E f = hν = hc/λ, gdzie h stała Plancka, ν częstotliwość promieniowania elektromagnetycznego, c prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w próżni, λ długość fali promieniowania elektromagnetycznego warunek konieczny do zaistnienia absorbcji promieniowania elektromagnetycznego: obecność w cząsteczce co najmniej dwóch poziomów energetycznych, różniących się energią o wartość ΔE. kwanty padającego promieniowania elektromagnetycznego muszą nieść energię E f o wartości dokładnie odpowiadającej różnicy energii pomiędzy poziomami energetycznymi ΔE = E f elementy struktury cząsteczek odpowiedzialne za pochłanianie promieniowania UV-Vis -orbitale molekularne, orbitale σ, σ*, π, π*, n Spektroskopia UV 1 Barbara Drożdż & Marek Żylewski

2 σ π C (sp 2 ) π n O (sp 2 ) σ C=O schemat obsadzeń poziomów energetycznych dla grupy karbonylowej chromofor element struktury cząsteczki zdolny do selektywnej absorpcji promieniowania elektromagnetycznego. Najczęściej spotykane chromofory: układ aromatyczny, sprzężony układ wiązań podwójnych, grupa karbonylowa itd. typowe położenie pasm absorpcyjnych obserwowanych dla przejść pomiędzy różnymi poziomami energetycznymi σ * π * n π σ nm E (σ σ*) > E (π π*) > E (n π*) auksochrom fragment cząsteczki, który nie wykazuje własnej absorpcji, ale związany z chromoforem silnie modyfikuje parametry absorpcji Spektroskopia UV 2 Barbara Drożdż & Marek Żylewski

3 efekt hiper- i hipochromowy zwiększenie (hiper-) bądź zmniejszenie (hipo-) intensywności pasma absorpcyjnego przesunięcie hipso- i batochromowe przesunięcie maksimum pasma absorpcyjnego w kierunku fal krótszych (hipso-) bądź dłuższych (bato-) schemat ideowy spektrometru: monochromator 0 źródło światła UV: nm Vis: nm l kuweta z roztworem próbki detektor przygotowanie próbki: widma UV-Vis wykonuje się w roztworach. Rozpuszczalnik należy dobrać tak aby sam nie wykazywał absorpcji w świetle nadfioletowym i widzialnym. Stosuje się zatem rozpuszczalniki, których cząsteczki nie zawierają wiązań wielokrotnych np.: woda, etanol. Zwykłe szkło pochłania promieniowanie nadfioletowe, zatem do pomiarów widm UV i UV-VS stosuje się kuwety zaopatrzone w okienka ze szkła kwarcowego, bądź wykonane w całości ze szkła kwarcowego. Pomiary widm w świetle widzialnym można prowadzić stosując kuwety w całości wykonane ze zwykłego szkła. opis widma UV-Vis pomiar - transmitancja T = / o, 0 intensywność światła padającego, intensywność światła, które przeszło przez próbkę absorbancja A = log1/t widmo - zależność absorbancji (oś y) od długości fali [nm] (oś x) patrz niżej prawo Lamberta-Beera 0 A = log = ε lc - absorbancja A jest proporcjonalna do stężenia roztworu c i grubości warstwy absorbującej l molowy współczynnik absorpcji ε współczynnik proporcjonalności równy absorbancji roztworu o stężeniu 1 mol/dm 3 o grubości warstwy l = 1 cm (stąd inna nazwa absorbancja Spektroskopia UV 3 Barbara Drożdż & Marek Żylewski

4 molowa). Współczynnik ten silnie zależy od długości fali promieniowania elektromagnetycznego, więc podaje się go dla dokładnie określonej długości fali. typy związków organicznych wykazujące absorpcję w UV pasma absorbcyjne benzenu λ max = 198 nm (ε = 8000) i λ max = 256 nm (ε = 200) pasmo absorbcyjne alkenu R-CH=CH-R λ max = 167 nm pasmo absorpcyjne alkadienów: R-CH=CH-CH=CH-R λ max =217 nm przykładowe widmo UV: zastosowanie: głównie pomiary ilościowe wyznaczanie stężenia, oznaczanie zmian stężenia w czasie (pomiary kinetyki reakcji): Spektroskopia UV 4 Barbara Drożdż & Marek Żylewski

5 Zadania 1. Jaką energię pochłania cząsteczka benzenu absorbująca promieniowanie o λ max = 256 nm. 2. Dokończ zdanie będące opisem widma UV jednego z narysowanych poniżej związków: A.) O B.) C H 3 CHO OHC C.) H 3 C CHO D.) H 3 C Widmo UV, w którym maksimum absorpcji pojawia się przy λ = 351 nm wykonano dla związku..., ponieważ w swojej budowie posiada... ( związek A, B, C lub D ) wymień cechę odpowiedzialną za.... powstanie widma UV przy podanej długości fali 2. Poniżej podano maksima absorpcji dwóch monopodstawionych pochodnych benzenu podaj, który z podstawników A czy B wywołuje przesunięcie batochromowe a który hipsochromowe widma benzenu. A B λ max = 244 nm λ max = 268 nm. 3. Które z wymienionych związków powinny dawać widma UV w zakresie nm: cykloheksan, toluen, penta-1,3-dien, pentanol, eter dietylowy, H 3 C H 3 C β karoten o wzorze H 3 C Spektroskopia UV 5 Barbara Drożdż & Marek Żylewski