Молекулярная абсорбционная спектрометрия (СФ)

Решетняк Е.А.
Молекулярная
абсорбционная
спектрометрия –
спектрофотометрия (СФ)
Лекция № 1
1). Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 2: Физико-химические методы
анализа. Глава 3, с. 50-91. (М.:
( М.:
Дрофа,
Дрофа,
2007.
2007.
384
384
с.)с.)
2). Основы аналитической химии. Под ред. Ю.А. Золотова. (М.: Высш. шк.,
2004. 503 с.) Кн. 2: Методы химического анализа. С. 273-291.
1
План
1.
Электронные уровни молекулы.
2.
Молекулярные спектры
поглощения.
3.
Закон Бугера-Ламберта–Бера и
градуировочная характеристика
СФ.
4.
Поглощение света
неорганическими и
органическими веществами.
2
Оптические методы
Оптический диапазон электромагнитных волн
Дальняя УФ
Ближняя УФ
Видимая
Ближняя ИК
Средняя ИК
Дальняя ИК
10-8 - 2.10-7 м
2.10-7 - 4.10-7 м
4.10-7 - 7.5.10-7 м
7.5.10-7 - 2.5.10-6 м
2.5.10-6 - 5.10-5 м
5.10-5 - 0.001 м
10 - 200 нм
200 - 380 нм
380 - 750 нм
0.75 - 2.5 мкм
2.5 - 50 мкм
50 - 1000мкм
3
Молекулярная абсорбционная
спектрометрия
(спектрофотометрия, фотометрия,
фотоколориметрия)
Спектрофотометрия — физико-химический
метод исследования растворов и твердых
веществ, основанный на измерении
спектров поглощения в оптической области
электромагнитного излучения:
 ультрафиолетовой
(200—380 нм),
 видимой
(380—760 нм)
4
Поглощение излучения (света) - абсорбцияуменьшение интенсивности света,
проходящего через среду, вследствие
взаимодействия его с частицами среды.
Сопровождается нагреванием вещества,
ионизацией или возбуждением атомов или
молекул, фотохимическими процессами и
т. д.
5
Поглощение света в УФ и видимой
областях – возбуждение электронов
Электронные
переходы в атоме:
Возбужденный уровень
Основной
уровень
Е = Еэл
Евозбужд  Еосновн  h
h  постоянная Планка;
  частота излучения;
С
 ;

С  скорость света;
  длина волны.
6
Поглощение света молекулами:
Емолекулы = Еэлектронов+ Еколебат.+ Евращательн.
Возбужденный уровень
Электронные переходы
в молекуле
поглощение
Основной
уровень
7
Спектры поглощения
Молекула – полосы в
спектре
Атом – линейчатый
спектр
А
А
λ
5 4 3 2 1
λ
8
Молекулярный спектр поглощения
А
Аmax
λmax
λ, нм
Δλ
9
Молекулярный спектр поглощения и
полоса, выделяемая монохроматором
10
Спектр поглощения
Раствор хлорофилла
11
Регистрация спектра поглощения
Основные
узлы
прибора:
•Источник
света;
•Монохроматор;
•Кювета с
раствором;
•Детектор
(фотоэлемент);
•Регистрирующее
устройство.
12
Области спектров поглощения
В УФ-ОБЛАСТИ
В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ
 Длина волны 200-380 нм;
 Длина волны 380-750 нм;
 Источник света:
 Источник света:
дейтериевая лампа,
водородная лампа
(сплошной спектр
от 160 до 380 нм);
 Прозрачные
материалы: кварц
лампа накаливания
(белый свет – сплошной
спектр от 320 до 2400 нм);
 Прозрачные материалы:
кварц, стекло
13
Закон Бугера – Ламберта - Бера
Пьер Бугер
(16.02.1698 5.08.1758)
1729 г.
Иоганн Генрих
Ламберт
(26.08.17285.09.1777)
1760 г.
Август Бер
(31.07.18258.11.1863)
1852 г.
14
Закон Бугера – Ламберта - Бера
A  lc
ε- коэффициент
молярного
поглощения, л.см/моль
I0
A  lg ; A   lg T ;
I
I  I 0 10
 l c
I
 l c
; Ò   10
I0
A    l c
15
Аддитивность поглощения света
Если в растворе есть 2 вида частиц, поглощающих свет при данной длине волны λ:
A1   1 l c1; A 2    2 l c2 ;
Измеряется суммарная величина:
A  A1  A 2    2 l c2   1 l c1;
В общем случае
для n видов
поглощающих
частиц (уравнение Фирордта):
n
n
i 1
i 1
A   A i    i l ci ;
16
Спектр поглощения, аналитический сигнал
(АС) и градуировочная характеристика (ГХ)
АС – светопоглощение, А
A  lc
Градуировочный
график
А
с
17
Цвет и поглощенный свет (в видимой области)
Наблюдаемый цвет = белый свет за вычетом
поглощенного.
560-580
730-760
400-435
500-560
18
Поглощенный свет и цвет
Длина
Энергия,
Цвет
Цвет
волны, нм кДж/моль поглощен- вещества
ного света
400-435
299-275
435-480
274-249
480-490
249-244
490-500
244-238
500-560
238-214
560-580
214-206
580-595
206-200
595-605
200-198
605-750
198-149
Фиолетовый
Голубой
Жёлтозелёный
Жёлтый
Зеленовато- Оранжевый
голубой
Голубовато- Красный
зелёный
Зелёный Пурпурный
Жёлтозелёный
Жёлтый
Фиолетовый
Голубой
Оранжевый Зеленоватоголубой
Красный Голубоватозелёный
19
Поглощение света неорганическими
веществами
Переходные металлы – расщепление d-орбиталей
иона в поле лиганда или молекул растворителя
d z 2 d x2  y 2
d xy d xz d yz d z 2 d x2  y2
hν
d xy d xz d yz
20
Поглощение света
неорганическими веществами
Комплексы с переносом заряда
Комплекс Fe2+ c
о-фенантролином
M-L + hν = M+- L-
e
Fe2
+
21
Поглощение света органическими
веществами
Связывающие и
разрыхляющие орбитали
σ*
π*
n
π
σ
Электронные переходы
Переход
Диапазон, нм
Группы
σ-σ*
<200
C––C, C––H
π-π*
200-500
C=C, C=O,
C=N, C;C
n-σ*
160-260
H2O, CH3OH,
CH3Cl
n-π*
250-600
C=O, C=N,
N=N, N=O
22
Хромофоры и ауксохромы
Хромофорспецифическая связь
или функциональная
группа в молекуле,
ответственная за
поглощение света с
определенной длиной
волны
-С=С-, -С=S, >С=О,
-N=N-, –N=O, –NO2


Ауксохром функциональная группа–
заместитель при
хромофоре, которая сама
по себе не поглощает в
УФ-бласти, но влияет на
спектр хромофора
-ОСН3, -ОН, -NH2 и др.
23
Типичные хромофоры
Вещество
Хромофор
Раствори
тель
λmax,
нм
ε
Октен
С=С
Гексан
185; 230
7900; 200
Ацетон
С=О
Гексан
188; 279
790; 1600
Бутадиен
С=С -С=С
Гексан
217
20000
Октатриенол
С=С -С=С-С=С
Этанол
265
50000
Декатетраенол
(-С=С -)4
Этанол
300
63000
Витамин А
(-С=С -)5
Этанол
328
5000
Β-каротин
(-С=С -)11
420-480
24
Типичные хромофоры
Ароматические соединения
Вещество Хромофор
Растворитель
λmax,
нм
ε
Бензол
Гексан
198
255
7900
250
Нафталин
Этанол
220
275
100000
5000
1,4-бензохинон
Гексан
245
285
435
160000
500
16
25
Сдвиги спектра поглощения

С уменьшением энергии возбуждения максимум
поглощения смещается в длинноволновую часть
спектра, при этом окраска изменяется от желтой к
оранжевой, красной и т. д.; такое изменение цвета
называется его углублением или батохромным
сдвигом;

С увеличением энергии возбуждения максимум
поглощения смещается в коротковолновую
область и наблюдается изменение окраски в
обратной последовательности; такое изменение
цвета называется повышением цвета или
гипсохромным сдвигом.
26
Изменения спектра
А
ε
А
1
2
λ, нм
1- Гиперхромный эффект
– повышение ε;
2-Гипохромный эффект –
понижение ε
λ, нм
λ, нм
Красный, или
батохромный,
сдвиг – в сторону
длинных волн
Синий, или
гипсохромный,
сдвиг – в сторону
коротких волн
27
Поглощают ли свет?
Малахитовый
зеленый
(трифенилметановые красители)
1
Поверхностноактивные вещества:
 Твин 20 (незначит.
погл. при 254 нм)
 Цетилпиридиний
хлорид (λmax =259 нм,
плечо 254 и 265 нм)
Метилоранж
(азокраситель)
4
2
о-фенантролин
λmax 265нм
3
5
28