Molekulová absorpční spektrometrie (Spektrometrie ve viditelné a UV oblasti)

Transkript

1 Molekulová absorpční spektrometrie (Spektrometrie ve viditelné a UV oblasti) Využívá se (především) absorpce elektromagnetického záření roztoky stanovovaných látek. Látky jsou přítomny ve formě molekul (solvatovaných iontů, apod.), UV a viditelné oblasti (světla) cca nm. Absorbujícím systémem je složitý elektronový systém molekul (viz molekulové orbitaly). Diagram energetických hladin molekuly excitovaná základní elektronové hladiny E=Ee +Ev + Er vibrační rotační INAN-4/1

2 Při přechodu elektronů mezi molekulovými orbitály potřebná energie odpovídá vlnovým délkám UV a VIS záření ΔE=ΔEe +ΔEv + ΔEr = ε = hc/λ INAN-4/2

3 Absorpční spektra látek v roztoku mají charakter pásů (nevýrazných píků). Z tvaru spektra lze usuzovat na strukturu (zejména organických) látek kvalitativní, resp. strukturní analýza. Vypovídací hodnota UV/VIS spekter je však poměrně nízká. Identifikace dle UV/VIZ spektra není jednoznačná. Absorpce světla roztoky látek se využívá zejména v kvantitativní analýze. Platí Bouguerův-Lambertův-Beerův zákon. A a lc INAN-4/3

4 Skupiny absorbující záření - chromofory. Násobné vazby: Obsahují π elektrony, které mohou přecházet do antivazebního molekulárního orbitalu π* (přechod π - π*). INAN-4/4

5 Donor akceptorové systémy, komplexy přechodných kovů. Absorbujícím systémem jsou degenerované d-orbitaly přechodných kovů, jejichž energetické hladiny jsou rozštěpeny vlivem ligandů (viz teorie ligandového pole). Ligandem mohou být i molekuly rozpouštědla viz např. barevné roztoky aquakomplexů Cu 2+. sytější barva komplex s amoniakem Donor akceptor systém v komplexech INAN-4/5

6 přeskok elektronu mezi centrálním atomem a ligandem excitovaný stav u [Fe(SCN) 6 ] 3- e - přeskočí z SCN - na Fe 3+ excitovaný stav u komplexu Fe 2+ s 1,10 fenanthrolinem e- přeskočí z centrálního atomu na ligand Existuje více možných přechodů (typů chromoforů). INAN-4/6

7 KYVETA Schéma zařízení L OPT. SYSTÉM D Zdroje záření (lampy): - W lampa: nm - deuteriová lampa: nm Kyvety: - skleněné: ve viditelné oblasti nad 350 nm - křemenné: v UV i viditelné oblasti Optický systém: - barevné filtry (fotometrie) - monochromátor (spektrofotometrie) (hranol, mřížka) Detektor: - fotonásobič - diodové pole, CCD (charge-coupled device) Při vizuálním vyhodnocování hovoříme o kolorimetrii. INAN-4/7

8 Zdroj záření se spojitým spektrem paprsek polychrom. - široké rozmezí Monochromátor (hranol nebo mřížka) paprsek monochrom. vybrána jedna Kyveta s měřeným roztokem Detektor (měření absorbance) A=log 0 / ) Kyveta se slepým roztokem výměna kyvet 0 A a lc Kvantitativní analýza se provádí většinou metodou kalibrační přímky. INAN-4/8

9 Příklady využití fotometrie v analýze životního prostředí. - Stanovení kovů ve formě barevných komplexů: většinou málo selektivní a málo citlivé. Stanovení Cr(VI). Nepřímé stanovení CHSK-Cr. - Stanovení P ve formě heteropolykyselin (molybdátofosforečná, molybdáto-vanadáto-fosforečná). - Stanovení dusitanů s využitím diazotační reakce. - Stanovení dusičnanů (přímé měření v UV oblasti nebo po redukci analogicky jako dusitany) - Stanovení amonných iontů s Nesslerovým činidlem. - Měření absorpce v UV oblasti jako obecný (nespecifický) ukazatel přítomnosti organických látek ve vodách (aromatické látky, huminové kyseliny). Absorbance při Extrakčně fotometrické stanovení tenzidů. barevný iontový asociát s methylenovou modří, extrahuje (aniontové se sulfononovou skupinou) INAN-4/9

10 - sulfidy - reakce s pentakyano-nitrosylželezitanem sodným (nitroprusid sodný) - Na 2 [Fe(CN) 5 NO] v silně alkalickém prostředí, vzniká fialově zbarvený rozpustný komplex INAN-4/10

11 Infračervená spektrometrie Využívá se infračerveného záření, tj. záření s vlnovými délkami nad ca. 780 nm. Toto záření má nižší energii, než UV/VIS záření a jeho energie nestačí ke změně elektronového stavu molekuly. Postačuje pouze ke změně vibračních a rotačních stavů molekul. Pro interpretaci IČ spekter jsou důležité především změny vibračních stavů. Vazba mezi atomy v molekule se chová jako pružina, která je schopna absorbovat energii. Rozlišujeme valenční vibrace (mění se délka vazby) a deformační vibrace (mění se vazebný úhel). IČ spektrometrie se využívá především ke kvalitativní analýze. V IČ spektru rozlišujeme oblast charakteristických vibrací, kde se vyskytují absorpční pásy různých funkčních skupin a oblast otisku palce, která je dána celkovou strukturou molekuly. Příklad - ukázka IR spektra organické látky se sumárním vzorcem C 3 H 6 O 2 INAN-4/11

12 Dva výrazné píky v oblasti charakteristických frekvencí (viz tabulka) ukazují, že v molekule je skupina -OH (hydroxylová) v karboxylové skupině (vlnočet cm -1 ) a skupina C = O (karbonylová) v karboxylové skupině ( cm -1 ). Je to tedy kyselina propionová (propanová) CH 3 CH 2 COOH INAN-4/12

13 Pro absorpci IR se při vibraci musí měnit dipólový moment Příklady využití: - identifikace organických látek (FT-IR) Infračervená spektrometrie s Fourierovou transformací - stanovení ropných látek ve vodě (NEL) nepolární extrahovatelné látky skupinové stanovení (extrakce C2Cl3F3, proměření spektra IR) Nefelometrie a turbidimetrie Využívá se rozptylu světla v suspenzích nebo koloidních roztocích. INAN-4/13

14 V nefelometrii měříme rozptýlené záření, obvykle ve směru kolmém na směr procházejícího záření. V turbidimetrii měříme prošlé záření (úbytek záření vlivem rozptylu). K turbidimetrickým stanovením lze použít obdobných zařízení, jako pro fotometrická stanovení. Příklady využití: - měření zákalu při sledování kvality vod - stanovení malých množství síranů ve formě nerozpustného síranu barnatého INAN-4/14

15 Refraktometrie Index lomu: Poměr rychlosti světla v různých prostředích. V důsledku různých rychlostí světla se paprsek láme na rozhraní dvou prostředí (fází). n v v 1 1,2 2 sin sin Příklady využití: - identifikace (čistých) látek (index lomu jako charakteristická veličina) - ověření čistoty látek - kvantitativní analýza jednoduchých (binárních) směsí - univerzální detektor v LC koncentrace cukru ve vodě koncentrace NaCl ve vodě INAN-4/15