INSTRUMENTÁLNÍ METODY

Instrumentální metody využití přístrojů

1. Optické metody interakce látek s elektromagnetickým zářením (vlněním)  vlnová délka [m]  frekvence f = 1 / [Hz]  energie E = h. f h = 6, J s je Planckova konstanta

Spektrum elektromag. záření

Radiové vlny = 10 2 – m nízká energie přenos dat  rádio  televize  mobily

Mikrovlny = – m ohřev látek obsahujících vodu (mikrovlnná trouba) Wi-Fi

Infračervené záření (IČ, IR) = – m tepelné záření přístroje pro noční vidění dálkové ovladače

Viditelné záření (VIS) = 400 – 750 nm sedm spektrálních barev (podle zkracující se vlnové délky to jsou červená, oranžová, žlutá, zelená, azurová, modrá, fialová)

Ultrafialové záření (UV) = nm energie dostatečná ke štěpení chemických vazeb riziko pro člověka (rakovina kůže, poškození zraku)

Rentgenové záření (RTG) = 10 – 0,1 nm lékařská diagnostika studium krystalů

Gama záření  0,1 nm vysoká energie ionizační účinky jeden z typů radioaktivního záření „gama nůž“

Absorpční spektroskopie absorpce = pohlcení záření o určité vlnové délce spektrum = závislost změny intenzity záření na vlnové délce specifické pro konkrétní látku – identifikace látky možné určit i koncentraci = spektrofotometrie

Spektroskopie v UV a VIS oblasti energie záření umožní excitaci elektronu (elektron přejde do orbitalu s vyšší energií) je absorbováno pouze záření o energii potřebné k excitaci prvky – čárové spektrum sloučeniny – spojité spektrum

Spektroskopie v UV a VIS oblasti absorpční spektrum vodíku

Spektroskopie v UV a VIS oblasti

Spektroskopie v IČ oblasti nižší energie záření nedostačuje pro excitaci elektronů excitace rotačních a vibračních stavů molekul rozlišení různých vazeb (C-C, C-O, C-N, C=C, …) hlavně organická chemie

Spektroskopie v IČ oblasti

Spektrofotometrie kvantitativní analýza využívá závislost absorbance na koncentraci látky v roztoku

Emisní spektroskopie emise = vyzařování látka je nejdříve excitována (vysoká teplota, ozáření) excitované elektrony se vrací do původního stavu a při tom uvolňují energii v podobě elektromagnetického záření emisní spektrum – závislost intenzity emitovaného záření na vlnové délce

Emisní spektroskopie emisní spektrum prvků – čárové (doplněk k absorpčnímu spektru) plamenové zkoušky využití m.j. v astronomii

Nukleární magnetická rezonance interakce atomových jader s magnetickým polem jádro je elektricky nabité, proto při pohybu (rotace kolem osy) vytváří vlastní magnetické pole to je popsáno veličinou nazývanou magnetický moment

Nukleární magnetická rezonance za normálních podmínek je orientace magnetického momentu jádra náhodná při vložení do vnějšího magnetického pole se zorientuje buď ve směru (souhlasně) nebo proti směru (opačně) tyto stavy se nepatrně liší energií

Nukleární magnetická rezonance dodáme-li záření o vhodné energii, dojde k rezonanci (záření je pohlceno) odpovídající energii má záření o dlouhé vlnové délce (radiovlny) použitelné pouze pro některá jádra, především 1 H a 13 C – organická chemie ze spektra se dá vyčíst řada informací o struktuře látky

Nukleární magnetická rezonance

2. Hmotnostní spektroskopie chování elektricky nabitých částic v magnetickém poli ionizace látky částice vystřeleny do magnetického pole zakřivení dráhy v závislosti na hmotnosti částice detekce

3. Elektroanalytické metody měření elektrického proudu, napětí, vodivosti apod.

Potenciometrie měření napětí galvanického článku pro určení koncentrace látky v roztoku jedna elektroda srovnávací (známý potenciál) druhá elektroda měrná (potenciál závisí na koncentraci určité látky v roztoku) rozdíl potenciálů obou elektrod určuje napětí článku, které je možné snadno změřit

Polarografie Jaroslav Heyrovský  Nobelova cena za chemii kvalitativní i kvantitativní analýza oxidovatelných nebo redukovatelných látek v roztoku měření proudu v závislosti na napětí na dvojici elektrod, které jsou ponořené do roztoku, v němž probíhá elektrolýza

Polarografie katoda – rtuťová kapková elektroda závislost má tvar vln  poloha vlny = kvalita (druh látky v roztoku)  výška vlny = kvantita (koncentrace látky)

Polarografie

4. Chromatografické metody kvalitativní i kvantitativní analýza složky směsi jsou unášeny mobilní (pohyblivou) fází skrze stacionární (zakotvenou) fázi, kde dojde k jejich rozdělení řada metod (plynová, kapalinová, …)