11

ELEMENTE DE ANALIZĂ INSTRUMENTALĂCURSUL 7

PROF. DR. SILVIA IMRE

UNIVERSITATEA DE MEDICINĂ ŞI FARMACIE DIN TÂRGU-MUREŞSPECIALIZAREA NUTRIŢIE ŞI

DIETETICĂ

1

2

III.4. Spectrometria UV-VIS

III.5. Spectrofluorimetria. Chemiluminiscenţa

III.6. Spectrometria de absorbţie şi emisie atomică

33

III.4. Spectrometria de absorbţie UV-VIS

Domeniul ultraviolet - UV: 200-400 nm

Domeniul vizibil – VIS: 400-800 nm

4

� Radiaţiile UV-VIS:

� Acţionează asupra electronilor de legătură

� Electronii implicaţi în legături chimice trec în stare

superioară de energie (stare excitată)

SPECTROMETRIA UV-VIS = SPECTROMETRIA ELECTRONICĂ

Spectrometria UV-VIS → tehnică de măsurare a spectrelor

de absorbţie a radiaţiilor UV-VIS de către materie

5

� Cromofori:

� Grupe de atomi la nivelul cărora se

produce absorbţia radiaţiilor UV-VIS

Compus Cromofor λλλλmax [nm]

Etenă C=C 185

Butadienă C=C-C=C 217

Crotonaldehida C=C-C=O 217

Sulfanilamida în

soluţie alcalinăHN-O2S-C6H4-NH2 251

Sulfanilamida în

soluţie de HClH2NO2S-C6H4-N

+H3

218

265

66

E0

E*

hν

Absorbţie

Grad de

absorbţie

Natura radiaţiei

(λ sau ν)

Spectru de absorbţie

În figură este un spectru cu 2 maxime de absorbţie, deci

sunt absorbite cu intensitate mare 2 tipuri de radiaţiiRadiaţie

incidentă

Probă Radiaţie

transmisă

Obţinerea unui spectru de

absorbţie

�� � ��� ��

Sunt absorbite acele radiaţii a căror energie este

egală cu diferenţa de energie dintre două stări

energetice ale moleculei:

7

Exemplu de spectru de absorbţie

Maxime de

absorbţie

8

Semnal măsurat / intensitatea de absorbţie

Lungime de undă, nmλmax

Semnal

la λmax

Elementele unei benzi de absorbţie

9

Ambianţa atomică

(efecte electronice)

Interacţiunea cu

solventul

Deplasarea

echilibrelor de

ionizare etc.

← λmax →

Semnal

măsurat

la λmax

Factori care influenţează poziţia şi intensitatea maximelor de absorbţie

↑ ↓

10

Abs.

Lungime de undă

Efect

batocrom

Abs.

Lungime de undă

Efect

hipsocrom

Abs.

Lungime de undă

Efect

hipercrom

Abs

Lungime de undă

Efect

hipocrom

Tipuri de deplasări ale unei benzi de absorbţie

(Abs – grad de absorbţie, ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ stare iniţială, stare

finală)

11

Cuvă cu soluţia

probă

I0 IT

l

c

lcaI

IA

T

λλλλλλλλ ======== 0log

Legea Lambert-Beer

unde:

A - absorbanţă

a - absorbtivitate sau coeficient de

absorbţie care este o constantă

pentru o substanţă dizolvată într-un

solvent dat

l - lungimea cuvei în care se află

soluţia

c - concentraţia substanţei în soluţie

I0 – intensitatea radiaţiei incidente

IT – intensitatea radiaţiei transmise

12

TI

IA 0log====λλλλ

100

λλλλ

λλλλ

λλλλ

λλλλ

====

====

o

T

o

T

I

IT

I

IT %;

A - Absorbanţa

T – Transmitanţa

T% - Transmitanţa procentuală

13

� a → ε coeficient de absorbţie molar sau absorbtivitate molară, atunci când concentraţia c se exprimă molar

� a → A1cm1% absorbanţa specifică atunci când

concentraţia c se exprimă în g la 100 ml soluţie, simbolizată %(m/V)

� a – caracterizează natura substanţei de determinat şi ambianţa (matricea) în care aceasta se află în probă (natura solventului, pH etc.)

14

A

Lungime de

undă, nm

Importanţa analitică a unui spectru UV-VIS

Informaţii

cantitative

Informaţii calitative

(natura substanţei de analizat / puritatea acesteia)

15

� Informaţii calitative:� Stabilirea prezenţei unui cromofor (grupare de

atomi care absoarbe în UV-VIS) prin

compararea λmax din spectrul obţinut cu valoarea

λmax din tabele de specialitate

� Un spectru UV-VIS nu permite determinarea

structurii complete a substanţei de analizat!!!

16

� Informaţii cantitative:� Pornind de la legea Lambert-Beer

� Metode:

� Pe baza coeficientului de absorbţie

� Metoda standardului extern

� Metoda curbei de calibrare etc.

17

Soluţia

probă

Tabele de

specialitate

Absorbanţa, A

la lungimea de

undă λ, cuva de

l cm

Coeficientul de

absorbţie, εsau A1cm

1%, la

lungimea de

undă λ şi în

cuva de l cm

cx

fA

,%(m/V)cx ⋅⋅⋅⋅====εεεε

! F =Factor numeric –

se ţine cont de diluţiile

efectuate, modul de

exprimare a

concentraţiei, corecţia

datorată lungimii

cuvei – dacă este

cazul etc.

Principiul determinării cantitative pe baza absorbtivităţii

18

Cuva cu

probă

Cuva cu

soluţia

standard

Absorbanţa

Ap la

lungimea de

undă λ, în

cuva de l cm

Absorbanţa

AS la

lungimea de

undă λ, în

cuva de l cm

fs

spx A

cAc ====

Principiul determinării cantitative pe baza standardului extern

Unde cx şi cs sunt

concentraţia probei şi,

respectiv, a soluţiei

standard

19

Probă

Serie de

soluţii

standard

Ai

ci

F

A

c

Ax

cx

xx

x

x

x

A1

c1

A2

c2

A3

c3

Ax

cx

Principiul determinării cantitative prin metoda standardelor externe

(metoda curbei de calibrare)

20

Tipuri de probe şi principii practice de lucru

� Tipuri de probe:� Lichide -Soluţii lichide

� Gazoase – mai rar

� Concentraţiile soluţiilor analizate – astfel alese încât valoarea absorbanţei A să fie cuprinsă între 0,2 şi 0,9 (legea Lambert-Beer se respectă doar dacă absorbanţa se încadrează între aceste valori); la spectrometrele vechi A trebuie să fie între 0,3 şi 0,7

� Solvenţii probelor lichide se aleg a.î. aceştia să nu absoarbă semnificativ la lungimea de undă maximă la care se fac măsurătorile.

� Măsurarea probelor se face faţă de un martor – o soluţie preparată în acelaşi solvent ca proba şi care conţine aproape toţi compuşii probei, cu excepţia substanţei de analizat. Prin folosirea martorului, se scade din absorbţia probei, absorbţia datorată celorlalţi compuşi prezenţi în probă.

21

Tipuri de probe şi principii practice de lucru (continuare I)

� Cuvele în care se introduc probele:� Sunt confecţionate din materiale care nu absorb în UV-

VIS. Ex.:� Sticla – domeniul VIS

� Cuarţ sau materiale plastice – domeniul UV-VIS

� Mărimea (lăţimea) cuvelor – de regulă, 1 cm, dar se pot folosi cuve mai mici, dacă proba este într-un volum mic sau este prea concentrată, sau mai mari, dacă probele sunt prea diluate. !!! Nu toate spectrometrele sunt dotate cu suporturi pentru cuve cu dimensiuni variate. !!! Nu întotdeauna există volum suficient de probă şi atunci se folosesc cuve de lăţimi mici (5 mm, 2 mm, 1 mm)

22

� Etape în analiza cantitativă spectrometrică UV-VIS:� Se înregistrează spectrul de absorbţie pe domeniul UV-

VIS

� Dacă în spectru sunt mai multe benzi de absorbţie, se alege ca lungime de undă de lucru λmax cea mai mare, cu condiţia ca banda corespunzătoare să fie intensă

� Se evită să se lucreze la λ situate în jurul valorii de 200 nm deoarece în această zonă absorb aproape toate substanţele (determinările în această zonă sunt total nespecifice); dacă substanţa are un singur maxim de absorbţie situat în acest domeniu, martorul trebuie pregătit extrem de riguros şi pentru aceasta trebuie să se cunoască cu precizie natura tuturor compuşilor posibili în probă

� Se procedează apoi conform metodelor cantitative descrise anterior.

Tipuri de probe şi principii practice de lucru (continuare II)

23

Aparatură

Principiul spectrometrului UV-VIS

monofascicul clasic

24http://www.wooster.edu/chemistry/is/brubaker/uv/uv_works_modern.html

Schema unui spectrometru UV-VIS cu

fascicul dublu

25

Schema unui spectrometru UV-VIS

cu şir de diode

26

Spectrometru UV-VIS cu

calculator încorporat

27

Spectrometru UV-VIS legat de un

computer de tip PC

28

Cuve de diferite tipuri folosite în

spectrometria UV-VIS