Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ИММАНУИЛА КАНТА

(БФУ им. И. Канта)

Медицинский институт СПО

РЕФЕРАТ

на тему:

«Молекулярная абсорбционная спектроскопия»

Дисциплина «Аналитическая химия»

Выполнили студенты: Мазкова Ксения Алексеевна Щипко Анастасия Юрьевна Сергеева Диана Игоревна

Специальность «Фармация», 2 курс

Проверила :

Князева Екатерина Геннадьевна - ведущий менеджер ООП медицинского института

Калининград 2017

Содержание:

1. Молекулярная абсорбционная спектроскопия.-----------------------------2-7

   1. Понятие молекулярной абсорбционной спектроскопии.------------2-5

   2. Основные характеристики полосы поглощения.----------------------5-6

   3. Прибор для измерения светопоглощения в видимой и УФ-областях.-----------------------------------------------------------------------6-7

2. Приёмы анализа.-----------------------------------------------------------------6-12

   1. Прямая фотометрия.------------------------------------------------------------8

   2. Определение, основанное на проведении фотометрических реакций.------------------------------------------------------------------------8-9

   3. Дифференциальная (разностная) фотометрия.-----------------------9-10

   4. Многоволновая спектрофотометрия (метод Фирордта).----------10-11

   5. Производная спектрофотометрия.-------------------------------------11-12

   6. Фотометрическое титрование.----------------------------------------------12

3. Преимущества и недостатки метода.--------------------------------------13-14

4. Закон Закон Бугера-Ламберта-Бера.-------------------------------------------15

5. Методы.--------------------------------------------------------------------------16-18

   1. Кундуктометрический метод.-----------------------------------------------16

   2. Спектральный анализ.--------------------------------------------------------16

   3. Люминесцентный метод.------------------------------------------------16-17

А)Фотолюминесценция. -------------------------------------------------17-18

6. Литература---------------------------------------------------------------------------19

1. Молекулярная абсорбционная спектроскопия

Молекулярная абсорбционная спектроскопия основана на поглощении электромагнитного излучения веществами. В зависимости от энергии поглощаемых фотонов различают абсорбционную спектроскопию в видимой и УФ, инфракрасной, микроволновой, рентгеновской областях. Метод молекулярной абсорбционной спектроскопии в УФ - и видимой областях спектра обычно называют спектрофотометрией. Объектом спектрофотометрических измерений, как правило, являются растворы. Фотометрируемыи раствор помещают в кювету - сосуд с плоскими параллельными прозрачными гранями. Энергия фотонов в этих областях спектра достаточна для переходов электронов в молекуле с одного энергетического уровня на другой. Количественное поглощение системой излучения описывается законами Бугера-Ламберта-Бера и аддитивности .

Молекулярные абсорбционные спектры в УФ- и видимой областях спектра состоят уже не из отдельных чётко определённых линий, как это имело место в случае атомно-абсорбционной спектроскопии, а из широких полос. Это вызвано следующими основными причинами. Как и атомы молекулы могут поглощать только такое электромагнитное излучение, энергия которого точно равна разности между энергиями основного и возбуждённого состояний. Однако полная энергия молекулы является суммой энергии электронного состояния   , энергии колебания атомов, входящих в её состав   и энергии вращательного движения данной молекулы   , причём:

Каждому электронному состоянию молекулы соответствует целая группа колебательных, а каждому колебательному, в свою очередь, большое число вращательных состояний. Энергия электромагнитного излучения УФ- и видимого диапазона соответствует энергии возбуждения валентных электронов. Для того чтобы произошёл переход молекулы из одного колебательного состояния в другое без изменения её электронного состояния, достаточно энергии ИК-излучения, а между двумя вращательными энергетическими уровнями в пределах одного и того же колебательного - энергии излучения микроволнового диапазона.

Рис.1. Электронные переходы в гипотетической молекуле.

При поглощении электромагнитного излучения УФ- или видимого диапазона, молекула переходит из некоторого колебательного и вращательного состояния электронного уровня в некоторое колебательное и вращательное состояние следующего электронного уровня. Каждый образец вещества содержит огромное число молекул. Даже если все они находятся в основном электронном состоянии, то при этом они могут находиться в разных колебательном и вращательном состояниях. Поэтому вещество будет поглощать не только электромагнитное излучение, соответствующее переходу между самыми низкими колебательными и вращательными состояниями основного и возбуждённого электронного уровней, но и излучение с близкими длинами волн. Кроме того, в многоатомных молекулах возможно множество электронных переходов и они могут быть достаточно близки между собой по энергии, поэтому в спектре поглощения отдельные полосы поглощения могут сливаться друг с другом.

Рис.2. Спектр поглощения алкалоида берберина бисульфата (водный раствор).

Основными характеристиками полосы поглощения являются её положение и интенсивность. Положение максимума полосы поглощения   соответствует длине волны такого электромагнитного излучения, энергия которого равна энергии необходимой для электронного перехода. Для характеристики ширины полосы поглощения пользуются величиной полуширины полосы поглощения. Интенсивность поглощения, которую можно охарактеризовать с помощью молярного коэффициента поглощения, зависит от вероятности данного электронного перехода. Так, поглощение считается интенсивным (максимально возможное значение   составляет примерно   ) если значение   превышает величину   и малоинтенсивным, если величина   меньше   , что является малоинтересным для аналитической практики. Объектами исследования в спектрофотометрии чаще всего являются органические вещества. При этом в органических соединениях могут происходить четыре типа электронных переходов:   ,   ,   и   . Энергия первых двух типов электронных переходов соответствует энергии УФ-излучения вакуумного диапазона (например,   в молекуле этана - 135 нм,   в молекуле метанола - 183 нм). Энергия   переходов изолированных связей   -типа соответствует электромагнитному излучению с длиной волны   меньше 200 нм, например в молекуле этилена - 165 нм. В случае сопряжённых систем линейного и ароматического типов, в которых имеет место сопряжения нескольких   -связей, полосы поглощения смещаются в более длинноволновую область электромагнитного спектра.

Рис.3. Основные характеристики полосы поглощения.

Группы, обуславливающие появление полос поглощения в молекулярных спектрах, называются хромофорами. Атомы или группы атомов, которые сами по себе не влияют на появление полос поглощения, но влияют на характер поглощения хромофоров, называются ауксохромами. Ауксохромы имеют неподелённые электронные пары, находящиеся в сопряжении с   -электронной системой хромофора, и могут сдвигать полосу поглощения хромофора в более длинноволновую область электромагнитного спектра (батохромный сдвиг) или в более коротковолновую область спектра (гипсохромный сдвиг), увеличивать её интенсивность (гиперхромный эффект) или наоборот уменьшать её (гипохромный эффект). Объектами исследования в фотометрии обычно являются растворы. Принцип измерения аналитического сигнала в молекулярной абсорбционной спектроскопии заключается в сравнении исследователем интенсивности двух световых потоков, один из которых проходит через раствор, а второй - через раствор сравнения. В зависимости от устройства и функциональных возможностей, все приборы, используемые в молекулярном абсорбционном анализе классифицируют по разным признакам. Так, в зависимости от количества используемых световых потоков, различают однолучевые и двухлучевые приборы. В зависимости от способа регистрации аналитического сигнала все приборы делят на регистрирующие и нерегистрирующие. В зависимости от того, каким образом происходит выделение из непрерывного спектра испускания источника нужного спектрального интервала, способа и степени монохроматизации излучения, все абсорбционные спектрометры можно разделить на фотоэлектроколориметры и спектрофотометры. Несмотря на такое деление и классификацию, принцип действия, лежащий в основе устройства каждого из таких приборов один и тот же: источник излучения, устройство для выделения спектрального интервала, кюветное отделение, детектор и регистрирующее устройство для вывода аналитического сигнала, что может быть отражено в приведенной ниже схеме однолучевого прибора для измерения светопоглощения в УФ- и видимой областях электромагнитного спектра.

Рис.4. Принципиальная схема однолучевого прибора для измерения светопоглощения в видимой и УФ-областях.

Для получения видимого и длинноволнового УФ-излучения используют часто используют дейтериевую лампу, а также лампу накаливания. Неплохо зарекомендовали себя также галогеновые лампы. Источники излучения, используемые в фотометрии, дают непрерывные спектры. В фотоэлектрокаллориметрах для выделения нужного интервала длин волн применяют набор светофильтров. Величина полуширины пропускания используемых светофильтров составляет в среднем 25-45 нм. Нижняя граница рабочих длин волн составляет для большинства моделей фотоэлектрокаллориметров примерно 315 нм. Фотоэлектрокаллориметры используют обычно для проведения серийных измерений концентрации веществ, поглощающих в видимой или длинноволновой УФ-области электромагнитного спектра. В спектрофотометрах для выделения из спектра испускания источника излучения с нужной длиной волны применяют монохроматоры: дифракционные решётки и призмы. Монохроматор позволяет получить электромагнитное излучение с гораздо более высокой степенью монохроматичности, чем светофильтр. Спектрофотометры имеют более сложное устройство, чем фотоэлектроколориметры и используются для получения спектров поглощения веществ, а также определения концентрации веществ при длинах волн менее 300 нм, имеющих узкие полосы поглощения и т.д. Растворы веществ, поглощение которых измеряется, помещают в специальные сосуды прямоугольной или, реже, цилиндрической формы, называемые кюветами. Кювета, содержащая раствор исследуемого вещества, называется рабочей, а кювета, содержащая раствор сравнения - кюветой сравнения. Кюветы, применяемые для работы в видимой области спектра, могут быть сделаны из стекла. Для работы в области длин волн меньше 325 нм необходимы кварцевые кюветы. В качестве материала для изготовления кювет используются также органические полимеры. Как правило, каждый прибор для фотометрических измерений снабжён набором кювет (толщиной от 0,1-5 см). Чаще всего в работе, особенно для спектрофотометров, используются кюветы с толщиной 1 см. Кроме обычных кювет существуют кюветы специальной конструкции, например, термостатированные, проточные. В однолучевых приборах в поток излучения вначале помещают кювету сравнения и настраивают по ней прибор на ноль оптической плотности. Затем в поток помещают рабочую кювету. При изменении   настройку прибора следует повторить. В двухлучевых спектрометрах поток, выходящий из монохроматора, с помощью зеркала специальной конструкции расщепляется на два одинаковых потока: один направляется на кювету сравнения, а второй на рабочую кювету. Потоки, выходящие из кювет, затем направляются на один и тот же детектор. Двухлучевые приборы удобны при автоматической регистрации спектров поглощения, так как их не нужно перенастраивать при изменении длины волны. Детекторы излучения бывают двух типов: сурьмяно-цезиевый (186-650 нм) и кислородно-цезиевый (600-1100 нм) фотоэлементы. Прибор для измерения светопоглощения должен выполнять две основные задачи:1). Разложение полихроматического света и выделение нужного интервала длин волн , 2). Измерение поглощения света веществом (монохроматор или светофильтр), кюветное отделение, детектор, преобразователь сигнала (шкалу или цифровой счетчик).Спектрофотометрия является на сегодняшний день одним из самых широко применяемых и наиболее разработанных инструментальных методов анализа.