Ultrafialová viditelná spektroskopie
Ultrafialové-viditelné spektroskopie nebo ultrafialové-viditelné spektrometrie je technika spektroskopie zahrnující fotony , jehož vlnové délky jsou v oblasti ultrafialového záření ( 100 nm - 400 nm ), viditelné ( 400 nm - 750 nm ), nebo v blízkosti infračervené ( 750 nm - 1400 nm ). Pokud jsou molekuly , ionty nebo komplexy vystaveny záření v tomto rozsahu vlnových délek, mohou podstoupit jeden nebo více elektronických přechodů . Tato spektroskopie je součástí metod elektronické spektroskopie . Analyzované substráty jsou nejčastěji v roztoku, ale mohou být také v plynné fázi a vzácněji v pevné fázi.
Elektronické spektrum je funkce, která souvisí s intenzitou světla absorbovanou vzorkem analyzovaným jako funkce vlnové délky. Spektrum je nejčastěji prezentováno jako funkce absorbance jako funkce vlnové délky. Může být také prezentován jako molární extinkční koeficient jako funkce vlnové délky.
Tato technika je komplementární k fluorescenční spektroskopii, která měří intenzitu světla emitovanou vzorkem, když je osvětlen na vlnovou délku, kde absorbuje. Fluorescence zahrnuje přechody z excitovaného stavu do základního stavu, zatímco absorpční spektroskopie se zabývá přechody mezi základním stavem a excitovaným stavem.
Aplikace
Ultrafialová viditelná spektroskopie je metoda používaná rutinně pro kvantitativní studium roztoků přechodných kovů a vysoce konjugovaných organických sloučenin :
- roztoky iontů přechodných kovů (nebo přesněji jejich komplexů) jsou často zabarveny (tj. absorbují viditelné světlo), protože elektrony v kovových iontech mohou být excitovány z jedné elektronické úrovně do druhé. Barva roztoků kovových iontů je silně ovlivněna přítomností jiných druhů, jako jsou určité anionty nebo ligandy, a stupněm oxidace kationtu kovu. Barva zředěného roztoku síranu měďnatého je tedy velmi světle modrá; přidání amoniaku zesiluje barvu a upravuje vlnovou délku absorpčního maxima (λ max );
- jsou organické sloučeniny , zejména ty, které mají vysoký stupeň konjugace , rovněž absorbují ve viditelné a ultrafialové oblasti elektromagnetického spektra . Rozpouštědly používanými pro jejich analýzu jsou například voda pro sloučeniny, které jsou v ní rozpustné, nebo ethanol pro hydrofobní organické sloučeniny (organická rozpouštědla mohou mít významnou absorpci UV: ne všechna rozpouštědla jsou proto pro UV spektroskopii relevantní. Ethanol absorbuje málo na většině vlnových délek. ). Polarita rozpouštědla nebo kyselost média může ovlivnit absorpční spektrum organické sloučeniny. Tyrosin například vidí jeho maximální absorpci a jeho molární extinkční koeficient se zvyšuje, když se pH zvýší ze 6 na 13 nebo když se sníží polarita rozpouštědla;
- přenosu náboje komplexu také dát barevné řešení, ale tyto barvy jsou někdy příliš intenzivní, které mají být použity pro kvantitativní měření, méně než zředěných roztocích.
Zákon Beer-Lambert uvádí, že absorbance roztoku při dané vlnové délce je přímo úměrná jeho koncentraci a na ujeté vzdálenosti světla v něm. K určení této koncentrace lze tedy použít UV-viditelnou spektroskopii. Toto stanovení se v praxi provádí buď z kalibrační křivky, která udává absorbanci jako funkci koncentrace, nebo když je znám molární extinkční koeficient .
Jako detektor pro HPLC lze použít UV viditelný spektrofotometr . Přítomnost analytu poskytuje odezvu, kterou lze považovat za úměrnou koncentraci. Pro přesné výsledky je třeba porovnat odezvu přístroje na analyt v neznámém roztoku se standardem: je to docela podobné použití kalibračních křivek. Odezva (výška píku) pro danou koncentraci je známá jako faktor odezvy .
Beer-Lambertův zákon
Analytická technika se často používá v kvantitativním režimu ke stanovení koncentrace chemické entity v roztoku pomocí Beer-Lambertova zákona :
kde I / I 0 je propustnost roztoku (bez jednotky), A je absorbance nebo optická hustota při vlnové délce λ ( bez jednotky ), ε λ je molární extinkční koeficient (v l.mol −1 cm −1 ). Závisí to na vlnové délce, chemické povaze entity a teplotě. Tato konstanta představuje základní molekulární vlastnost v daném rozpouštědle při dané teplotě a tlaku a je vyjádřena v M −1 .cm nebo někdy v AU / M.cm. ℓ je délka optické dráhy ve zkříženém roztoku, odpovídá tloušťce použité kyvety (v cm). C je molární koncentrace roztoku (v mol.l −1 ). V případě plynu lze C vyjádřit jako inverzní objem (převrácené jednotky kubické délky, cm −3 ).
Tato rovnice je užitečná pro analytickou chemii . Je-li známo ℓ a ε λ , lze koncentraci látky odvodit z jednoduchého měření absorbance při této vlnové délce.
Absorbance a extinkční koeficient ε λ jsou někdy definovány přirozenými logaritmy namísto desítkových logaritmů .
Beer-Lambertův zákon, užitečný pro charakterizaci mnoha sloučenin, by neměl být považován za univerzální vztah pro charakterizaci koncentrace a absorpce všech látek. Polynomiální vztah druhého řádu mezi extinkčním koeficientem a koncentrací je někdy považován za velmi velké komplexní molekuly, např. Organická barviva jako xylenol oranžová nebo neutrální červená .
UV viditelné spektrofotometry
Přístroj slouží k provádění UV-viditelné spektrum se nazývá UV-viditelný spektrofotometr . Měří intenzitu světla ( ) procházejícího vzorkem a porovnává ji s intenzitou světla procházejícího referenčním vzorkem obsahujícím stejné rozpouštědlo, jaké bylo použito pro vzorek, ve stejné kyvetě ( ). Poměr , nazývaný propustnost , se obvykle vyjadřuje v procentech (%). Absorbance , je exprimován z propustnosti:
.
Základními prvky spektrofotometru jsou světelný zdroj, podpora vzorku, monochromátor (obvykle vybavený difrakční mřížkou) k oddělení různých vlnových délek světla a detektor. Zdrojem záření může být vlákno wolframu (emitující oblast v 350- 1700 nm ), což je oblouk deuteriová lampa , která vyzařuje spojité spektrum v ultrafialové oblasti (190- 400 nm ), a v poslední době lampy xenon obloukové použitelný v celé UV -VIS oblast a světelné diody (LED) pro viditelné vlnové délky. Detektorem je obvykle fotodioda , fotonásobič nebo CCD . Fotodiody se používají s monochromátory, které vybírají jednu vlnovou délku vnímanou detektorem. Stále častěji se však používají CCD a fotodiodová pole, která dokáží zaznamenat celé spektrum ve velmi krátkém čase (řádově několik milisekund).
Spektrofotometr je nejčastěji dvojitý paprsek . Některé levné nebo starší nástroje však mohou být jednopaprskové. V nástroji s jedním paprskem prochází všechno světlo buňkou obsahující vzorek. Referenční intenzita se měří nahrazením vzorku referenčním (stejná nádrž a stejné rozpouštědlo). Toto zařízení je první, které bylo použito. Stále se vyskytuje ve spektrofotometrech určených pro vzdělávání nebo pro měření v průmyslu. U nástroje s dvojitým paprskem je světlo rozděleno na dva paprsky, než dosáhne vzorku. Jeden z paprsků se používá jako reference a prochází „slepým“ vzorkem (stejná buňka a stejné rozpouštědlo jako vzorek), druhý prochází vzorkem. Některé přístroje se dvěma paprsky mají dva detektory (fotodiody nebo fotonásobiče) a referenční a vzorkovací paprsky se měří současně. U jiných přístrojů vybavených jediným detektorem procházejí dva paprsky optickým rozdělovačem , který blokuje jeden z paprsků najednou. Detektor střídavě měří paprsek vzorku a paprsek bílé.
Vzorky pro UV-viditelnou spektrofotometrii jsou většinou roztoky, i když lze měřit také absorbanci plynů nebo pevných látek. Vzorky se obvykle umisťují do průhledných buněk , někdy známých jako kyvety . Tyto kyvety mají obvykle tvar rovnoběžnostěnu, s optickou cestou často řádově 1 cm (odpovídá délce ℓ v zákonu Beer-Lambert). Tyto zkumavky mohou být také použity jako mísy v určitých nástrojů. Použitý typ nádoby na vzorky musí umožňovat průchod vlnových délek sledovaného rozsahu. Nejčastěji používané kyvety jsou obvykle vyrobeny z vysoce kvalitního taveného oxidu křemičitého nebo křemene, protože jsou transparentní v oblastech UV-VIS a blízké infračervené oblasti. Skleněné a plastové kyvety jsou také běžné, i když sklo a většina plastů absorbují UV záření, což omezuje jejich použití na viditelné a blízké infračervené záření.
Ultrafialové viditelné spektrum
UV-viditelné spektrum je v podstatě graf, který spojuje absorbance s vlnovou délkou ve viditelné a ultrafialové oblasti. Takové spektrum může být vytvářeno kontinuálně spektrofotometry se systémem skenování vlnových délek. Může být také produkován bod po bodu, shromažďováním absorbance na několika vlnových délkách (označených λ). Podobně lze pro danou látku nakreslit standardní graf extinkčního koeficientu (ε) proti vlnové délce (λ). Tyto zákony Woodward-Fieser jsou sadou empirických pozorování mohou být použity k predikci lambda max , vlnová délka UV-viditelné absorpce a nejdůležitější pro organické sloučeniny, jako jsou konjugované dieny a ketony .
Vlnové délky absorpčních vrcholů lze korelovat s typy vazeb v dané molekule a jsou platné pro stanovení funkčních skupin v molekule. UV-viditelná absorpce však není specifickým testem pro žádnou sloučeninu. Povaha rozpouštědla, pH roztoku, teplota, vysoké elektrolytické koncentrace a přítomnost interferujících látek mohou ovlivnit absorpční spektra sloučenin, stejně jako rozdíly v šířce štěrbin (efektivní šířka pásma) spektrofotometr.
Kvalita měření, ověření spektrofotometrů (doplní se).
Konkrétní úspěchy a aplikace (bude dokončeno).
Miniaturizace (zařízení a vzorky) (doplní se). Použití optických vláken pro měření in situ , evanescence ... (doplní se). Kombinace technik: spektrofotometrie a: kapalinová chromatografie, plynová chromatografie, biomonitor ... (doplní se). Analýza plynu (doplní se).
Vícesložkové analýzy.
Poznámky a odkazy
- Skoog, et. al., Principles of Instrumental Analysis , 6. vydání, Thomson Brooks / Cole, 2007, 169-173.
- Skoog, et. al., Principles of Instrumental Analysis , 6. vydání, Thomson Brooks / Cole, 2007, 349-351.
- Skoog, et. al., Principles of Instrumental Analysis , 6. vydání, Thomson Brooks / Cole, 2007, 351.
Zdroj
- (fr) Tento článek je částečně nebo zcela převzat z článku anglické Wikipedie s názvem „ Ultrafialová viditelná spektroskopie “ ( viz seznam autorů ) .
Podívejte se také
Související články
- Aplikovaná spektroskopie