Молекулярно-абсорбційна спектроскопія

План

1. Суть методу та його види.

2. Закони поглинання випромінювання.

3. Візуальні колориметричні методи аналізу.

4. Фотоколориметричні методи аналізу.

5. Спектрофотометрія.

1. Суть методу та його види.

Молекулярно-абсорбційний спектральний аналіз складається із спектрофотометричного та фотоколориметричного аналізу.

Спектрофотометрія – базується на визначенні спектра поглинання або випромінюванні світло поглинання при строго певній довжині хвилі, яка відповідає максимум кривої поглинання досліджуваної речовини.

Фотоколориметрія – базується на порівнянні інтенсивності забарвлення забарвленого розчину і стандартного забарвлення розчину певної концентрації.

Молекулярні розчини мають певну внутрішню енергію Е:

Е = Е_ел + Е_оберт + Е_кол

де Е_ел – енергія руху електронів, які знаходяться в електростатичному полі атомних ядер;

Е_кол – це енергетичні коливання ядер атом відносно один одного;

Е_оберт – енергія обертання молекули.

Е_ел > Е_кол > Е_оберт

При поглинанні молекулами світла її Е₀ збільшується на величину енергії поглиненого фотона

ΔE = Е₁ – Е₀ = h * c/λ

Чим менша λ, тим більша ν і тим більша Е, яка придається молекулам електромагнітним випромінюванням.

Енергію, яку передають фотони видимого світла та ультрафіолету достатньо для того, щоб змінити електронний стан молекули.

Енергії інфрачервоного випромінювання достатньо тільки для того, щоб змінити енергію коливальних і обертальних переходів в молекулі речовини.

2. Закони поглинання випромінювання

Розрізняють 3 основні закони світлопоглинання:

1) Бугера-Ламберта

2) Бера

3) закон універсальний Бугера-Ламберта-Бера

1) Відносна кількість поглиненого світла пропускаючи середовищем не залежить від інтенсивності початкового випромінювання. Кожен шар рівної товщини поглинає рівну частку монохроматичного потоку випромінювання, який проходить. Математично це виражається так:

І = І₀ * 10^-хl ; І/ І₀ = 10^-хl

де І₀ – інтенсивність потоку випромінювання, що входить в розчин;

І – інтенсивність потоку випромінювання, який виходить з розчину;

l – товщина шару розчину, через який проходить монохроматичне світло; х – коефіцієнт поглинання.

2) Поглинання потоку випромінювання прямо пропорційне числу частинок речовини, що поглинає, через яку проходить даний потік випромінювання. Закон Бера виражає залежність коефіцієнту поглинання від концентрації речовини в однорідному розчині.

Х = εС

де ε – молярний коефіцієнт світлопоглинання; С – молярна концентрація розчину.

3) Поглинання монохроматичного світла забарвленим розчином прямо пропорційне концентрації речовини, яка поглинається світлом та товщині шару розчину, через який світло проходить.

І = І₀ * 10^-εСl; І/ І₀ = 10^-ЕСl

У фотоколориметрії величину І/І₀ називають світлопропусканням і вимірюють його у відносних одиницях або у відсотках:

І/ І₀ = Т; І/ І₀ * 100% = Т, %

У фотометрії величину lg І₀ /І називають оптичною густиною

lg І₀ /І = А (D)

Тому І/ І₀ = 10^-ЕСl ; І₀ /І = 10^ЕСl; lg І₀ /І = ECl;

A = ECl

T = 10^-ЕСl

Прологарифмувавши І/ І₀ = 10^-ЕСl ми маємо: lg І₀ /І = ECl; Т = І/ І₀ ; 1/Т = І₀ /І, тоді lg1/Т = ECl

А = lg1/Т

А = - lgТ

А і Т є основними величинами, які характеризують поглинання рочину даної речовини з певною його концентрацією, при певній довжині хвилі і товщині поглинаючого шару.

Покажемо залежність оптичної густини від концентрації С та від товщини шару.

Оптична густина прямо пропорційна залежить від концентрації речовини та від товщини шару розчину.

Залежність А = f(С) та lgT = f(С) має прямолінійний характер.

Залежність:

1. прямо пропорційна

2. обернено пропорційна

Залежність T = f(С) носить експоненціальний характер. Величина коефіцієнту гасіння χ залежить від способу вираження концентрацій в розчині і товщини шару поглинання світла.

Якщо концентрація виражена в моль/л, то цей коефіцієнт називається молярним коефіцієнтом поглинання.

Він має такий зміст: це поглинання одномолярного розчину певної речовини, якщо товщина його шару = 1см.

Величина молярного коефіцієнту поглинання залежить від:

1. природи розчиненої речовини

2. довжини хвилі монохроматичного світла

3. температури

4. природи розчинника

Якщо концентрація розчину виражена у %, то тоді маємо справу з питомим коефіцієнтом поглинання.

Іноді закон Бугера-Ламберта-Бера не виконується в таких випадках:

1. Якщо через розчин пропускають світло з недостатньою монохроматизацією.

2. В розчині можуть протікати різні процеси, які змінюють концентрацію визначуваної речовини – це гідроліз, іонізація, гідратація, комплексоутворення, полімеризація і т.д. Іноді змінюється навіть природа речовин.

3. Світло поглинання розчину суттєво залежить від рН розчину, при цьому можуть змінитися

-ступінь іонізації слабкого електроліту;

- форма існування іонів, що призводить до зміни світло поглинання; склад утворених забарвлених комплексів.

Висновок: закон Бугера-Ламберта-Бера справедливий для сильно розбавлених розчинів, при умові, що через них пропускають монохроматичне світло.