Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

MOLEKULOVÁ ABSORPČNÍ SPEKTROFOTOMETRIE v UV a viditelné oblasti spektra.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "MOLEKULOVÁ ABSORPČNÍ SPEKTROFOTOMETRIE v UV a viditelné oblasti spektra."— Transkript prezentace:

1 MOLEKULOVÁ ABSORPČNÍ SPEKTROFOTOMETRIE v UV a viditelné oblasti spektra

2 ENERGIE MOLEKULY E M = E T + E R + E V + E E E E > E V > E R > E T Kvantovaná energie  energetické hladiny: –Rotační  přechody mezi rotačními stavy  rotační spektra (MW) –Vibrační  přechody mezi vibračními stavy  vibrační spektra (IR) ΔE V  X ΔE R –Elektronové  přechody mezi elektronovými stavy  –elektronická spektra (UV-Vis) ΔE E  X ΔE V

3 V=0 V=1 V=2 V=3 V=4 V=0 V=1  E E = 6,2 – 1,5 eV  E V = 0,6 – 0,06 eV  E R = 0,01 – 0,0001 eV EEEE Vibronický přechod  E E Rotačně-vibrační př.  E V Rotační přechod  E R EVEV ERER ENERGETICKÉ PŘECHODY V MOLEKULE A MOLEKULOVÁ SPEKTRA

4 ELEKTRONICKÉ PŘECHODY VE FORMALDEHYDU n  ** **

5 ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ

6 SPEKTRUM ELEKTROMAGNETICKÉHO ZÁŘENÍ

7 ZÁŘENÍ UV - Vis c je rychlost světla (3×10 8 m/s) h = 6.65 × 10 −34 J·s = 4.1 μeV/GHz je Planckova konstanta E = hν = hc/λ

8 VIDITELNÉ SVĚTLO Záření o vlnových délkách nm je viditelné světlo, které je absorbováno a emitováno elektrony v atomech a molekulách, když přecházejí mezi energetickými hladinami. Barva Vlnová délka Frekvence červená ~ 625 až 740 nm ~ 480 až 405 THz oranžová ~ 590 až 625 nm ~ 510 až 480 THz žlutá ~ 565 až 590 nm ~530 až 510 THz zelená ~ 520 až 565 nm ~ 580 až 530 THz azurová ~ 500 až 520 nm ~ 600 až 580THz modrá ~ 430 až 500 nm ~ 700 až 600 THz fialová ~ 380 až 430 nm ~ 790 až 700 THz

9 INTERAKCE ZÁŘENÍ S LÁTKOU Absorpce 1Absorpce 1 Emise 2Emise 2 Luminiscence 3Luminiscence E0E0E0E0 E2E2E2E2 E1E1E1E1 E 3 > E 2 >E 1 >E 0 E3E3E3E3 3 hν abs = E 3 -E 0 hν em = E 3 -E 1 hν lum = E 2 -E 0

10 PROPUSTNOST A BARVA Lidské oko vidí komplementární barvu, světlo vlnových délek, pro něž je látka propustná

11 ABSORPCE A KOMPLEMENTÁRNÍ BARVY Transmitted color

12 UV-Vis spektroskopie Fotometrie Signál: zářivý tok Φ (W), dopadající Φ 0 –Emisní –Absorpční –Luminiscenční (fluorescenční, fosforescenční) Transmitance T = (Φ/Φ 0 ); (Φ/Φ 0 )  100 (%) Absorbance A = log(Φ 0 / Φ)= -log T; 0  A 

13 Transmitance a délka absorbujícího prostředí: zákon Bouguer-Lambert I 0 až I 5 = propuštěný zářivý tok Φ = Φ 0 - Φ abs T Délka absorbujícího prostředí

14 Transmitance a koncentrace zákon Beerův T Concentration

15 UV-Vis spektroskopie Bouguert-Lambert-Beerův zákon dΦ = Φ- Φ 0 -dΦ = k·Φ·dl -dΦ/Φ = k·dl Φ0Φ0 Φ Φ< Φ 0 dl ln(Φ 0 /Φ) = k·l ε λ je molární absorpční koeficient při λ c je koncentrace

16 UV-Vis spektroskopie Bouguert-Lambert-Beerův zákon /0/0 c limΦ=0 c→∞, l=konst. Φ=Φ0·eε·l·cΦ=Φ0·eε·l·c /0/0 l limΦ=0 l→∞, c=konst. Φ=Φ0·eε·l·cΦ=Φ0·eε·l·c

17 Bouguert-Lambert-Beerův zákon

18 Charakteristika absorpčního píku Gaussův profil f mn = síla oscilátoru ~ plocha píku A ε ε max ½ε max R mn = moment přechodu

19 Charakteristika absorpčního píku Síla oscilátoru f mn c = rychlost světla h = Planckova konstanta e = náboj elektronu R mn = moment přechodu je vektor dipólmomentu Ψ m, Ψ n jsou vlnové funkce horního a dolního stavu spektrálního přechodu dτ = prostorový element, když je součin funkcí v integrálu funkce sudá. Sudá funkce f(+x) = f(-x) Lichá funkce f(-x) = -f(x)

20 Charakteristika absorpčního píku Výběrová pravidla -α-α +α+α x y Sudá funkce:  f(x)dx  0 x y +α+α -α-α Lichá funkce:  f(x)dx = 0 Sudá x sudá = lichá x lichá = sudá Sudá x lichá = lichá x sudá = lichá Sudá funkce při inverzi vzhledem k počátku nemění znaménko Lichá funkce při inverzi zachovává velikost, ale mění znaménko

21 Charakteristika absorpčního píku Výběrová pravidla 1.Vektor dipólového momentu je funkce lichá Aby R mn  0, musí být R mn funkce sudá: 2.Součin Ψ m. Ψ n musí být proto funkce lichá. 3.Potom Ψ m musí být lichá a Ψ n sudá nebo naopak Sudá funkce d orbital + - Lichá funkce p orbital + Sudá funkce s orbital

22 Charakteristika absorpčního píku Výběrová pravidla Molekulové orbitaly MO Lineární kombinace atomových orbitalů MO-LCAO Ψ 1 a Ψ 2 jsou atomové orbitaly, c 1 a c 2 konstanty Φ a je vazebný molekulový orbital Φ b je protivazebný molekulový orbital

23 Výběrová pravidla Symbolika a členění molekulových orbitalů Osové kvantové číslo λ je analogií vedlejšího (orbitálního) kvantového čísla l u atomů. λ kvantuje úhlový (orbitální) moment hybnosti elektronu na dané energetické hladině molekuly; nabývá celočíselných hodnot λ = 0, 1, 2, 3, 4, … Pro jednoelektronové orbitaly odpovídající jednotlivým hodnotám λ = 0, 1, 2, 3, 4, … se užívá značení σ, π, δ, φ, γ podobně jako značení s, p, d, f, g pro atomové orbitaly. Protivazebné orbitaly se značí σ*, π* … Celkové orbitální kvantové číslo Λ je analogií celkového vedlejšího kvantového čísla L u atomů. Λ respektuje přítomnost více než 1 elektronu na dané hladině a platí Λ = Σ λ i

24 Výběrová pravidla Symbolika a členění molekulových orbitalů Značení orbitalů pro Λ = 0, 1, 2, 3, 4, … se provádí velkými písmeny Σ, Π, Δ, Φ, Γ analogicky ke znační atomových orbitalů S, P, D, F, G. Celkové spinové kvantové číslo S = Σ s i Multiplicita termu (hladiny) je 2S + 1 Energetická hladina se zapisuje jako 2S+1 Λ, tedy konkrétně 2 Σ, 3 Σ, 2 Π, 2 Δ. Molekulové orbitaly se rozdělují podle symetrie vůči počátku souřadnic umístěnému uprostřed mezi oběma atomy (sudé a liché funkce). Sudé molekulové orbitaly se označují dolním indexem g (gerade), liché orbitaly u (ungerade).

25 Výběrová pravidla Symbolika a členění molekulových orbitalů Kombinace atomových orbitalů vazebný protivazebný 1s protivazebný vazebný 1s Σ g (s σ g ) 1s Σ u (s σ u ) +- +  - + 

26 Výběrová pravidla Symbolika a členění molekulových orbitalů Přechody jsou možné:  gerade  ungerade (g  u)  ungerade  gerade (u  g)

27 Derivační spektrofotometrie D1D1 D3D3

28 Derivační spektrofotometrie 1. derivace Přesné určení polohy maxim λ max širokých absorpčních pásů a inflexních bodů

29 Derivační spektrofotometrie 2. derivace Přesné určení polohy maxim a minim λ max a λ min širokých absorpčních pásů a inflexních bodů

30 Derivační spektrofotometrie S rostoucím n sudé derivace klesá šířka centrálního Gaussova píku Sudé derivace mají vždy centrální pík s alternujícím znaménkem, který koinciduje s původním píkem( λ max ) W0W0 W2W2 W4W4 -34W6W W4W W2W W0W0 0 Orientace ústřeního píku W (%) Pološířka FWHM Derivace n

31 Derivační spektrofotometrie Lichá derivace (n+1) stupně jakožto derivace n-té derivace obsahuje maximum a minimum. Velikosti maxima a minima jsou rovny směrnicím tečen v inflexních bodech n- té derivace. Užší = strmější profil tedy poskytuje větší amplitudu jako rozdíl y-souřadnic mezi max. a min. liché derivace D 1, D 3. Čím užší pík, tím strmější křídla Gaussova profilu, tj. větší absolutní hodnota směrnice v inflexním bodě. Amplituda D n n-té derivace je nepřímo úměrná n-té mocnině šířky píku W. T D1D1 D3D3

32 Derivační spektrofotometrie Derivace Lambert-Beer-Bouguer zákona = zvýšení citlivosti: A = ε·l·c Amplituda n-té derivace D n je úměrná koncentraci S rostoucím stupněm derivace roste citlivost jakožto směrnice k kalibrační přímky λ inflex, S,L je vlnová délka inflexního bodu při kratší (S) a delší (L) části spektra

33 S λ inflex, S λ inflex, L T λ inflex, S λ inflex, L D

34 Derivační spektrofotometrie Velikost derivace v inflexních bodech profilu píku je nezávislá na velikosti pozadí, pokud je v rozsahu Δ λ šířky absorpčního pásu přibližně konstantní. Derivováním spekter superponovaných na zvýšeném pozadí korigujeme pozadí a zvyšujeme poměr S/B, podstatný pro určení meze detekce Derivace absorpčních pásů na šikmém pozadí (rozptyl záření) umožňuje určit přesnou vlnovou délku λ max.

35 Derivační spektrofotometrie NBW = 40 nm Δλ max = 30 nm Obálka 2 křivek - rozlišení

36 Derivační spektrofotometrie Při stejné absorbanci (výška píku) dává užší pás větší amplitudu D=Δ(dA/d λ)  lepší citlivost  odlišení od širšího pásu.

37 Derivační spektrofotometrie Korekce vlivu rozptýleného záření

38 Derivační spektrofotometrie Zlepšení rozlišení překrývajících se absorpčních pásůZlepšení rozlišení překrývajících se absorpčních pásů  –Odhalení pásů příslušejících nečistotám –Přesné určení λ max širokých absorpčních pásů Zvýšení citlivosti měřeníZvýšení citlivosti měření Eliminace pozadíEliminace pozadí –Rayleighova rozptylu –Konstantního pozadí (v závislosti na λ ) –Neselektivní absorpce matrice Zlepšení poměru signál/pozadíZlepšení poměru signál/pozadí

39 Derivační spektrofotometrie Tvorba derivačních spekter 1) Elektronicky: výstupní napětí proporcionální absorbanci je diferencováno vzhledem k času – vhodné pro skenující monochromátory: –Analogové derivační obvody: Zesilovač Derivační členy RC Pásové filtry pro redukci šumů určitých frekvencí Kombinace derivačních členů pro vyšší derivace Analogová derivační spektrofotometrie – zvýšení citlivosti ve srovnání s „klasickou fotometrií“ 5 n – násobné, kde n = řád derivace x každý RC-člen snižuje poměr S/N faktorem 2.

40 Derivační spektrofotometrie Elektronická tvorba derivačních spekter – diferencování vzhledem k času:

41 Derivační spektrofotometrie Tvorba derivačních spekter 2) Opticky: rychlá modulace λ záření  do kyvety; Modulace λ = rychlé změny λ, periodické skenování ± λ v malém intervalu Δ λ ; Δ λ<< FWHM absorpčního pásu. Derivační spektrum – jako funkce času (konstatní rychlost skenu dλ/dt ) se měří elektronickým diferenciačním členem

42 Derivační spektrofotometrie Tvorba derivačních spekter – opticky a)Modulace λ: provedení modulace vlnové délky: i.rychlým periodickým skenem monochromátoru ± λ ii.kmitající planparalelní destičkou (posun paprsku) iii.oscilací vstupní nebo výstupní štěrbiny (změna úhlu dopadu paprsku na mřížku) střídavý fotoproud ~ změně Φ v úzkém intervalu Δ λ: 1.derivace spektra ~ 1. harmonická fotoproudu (AC) 2.derivace spektra ~ 2. harmonická fotoproudu (AC)

43 Derivační spektrofotometrie Tvorba derivačních spekter – opticky b) Dvouvlnová spektrofotometrie: spektrometr se dvěma monochromátory, které skenují simultánně s rozdílem Δλ= 1 až 5 nm. Dva monochromatické paprsky procházejí střídavě kyvetou (rotující sektor, zrcadlo).

44 Derivační spektrofotometrie Tvorba derivačních spekter 3) Matematicky: v současné době nejvíce používáno Aproximace 1. derivace: polynom, Savitzky-Golay


Stáhnout ppt "MOLEKULOVÁ ABSORPČNÍ SPEKTROFOTOMETRIE v UV a viditelné oblasti spektra."

Podobné prezentace


Reklamy Google