Spettrofotometria

SPETTROFOTOMETRIA
UV-VISIBLE
TEORIA DELL' UV-VISIBILE
La spettrofotometria molecolare UV-Visibile si basa sull'assorbimento selettivo, da parte di molecole, delle
radiazioni con λ=10÷780 nm.
•UV lontano
•UV vicino
•Visibile
10 ÷ 200 nm.
10 ÷ 380 nm.
380 ÷ 780 nm.
Il Visibile comprende:
•Viola
380 ÷ 450 nm.
•Blu
450 ÷ 495 nm
•Verde
495 ÷ 550 nm
•Giallo-Verde 550 ÷ 570 nm
•Giallo
570 ÷ 590 nm
•Arancio
590 ÷ 620 nm
•Rosso
620 ÷ 780 nm
•(IR Vicino
780 ÷ 1900nm)
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ASSORBIMENTO NEL
UV-VISIBILE
Per eccitare gli elettroni di valenza di una molecola si ha bisogno di tanto
più energia quanto più è grande la separazione tra i livelli elettronici di
partenza e di arrivo delle transizioni.
Le corrispondenti lunghezze d'onda sono:
• transizioni σ -----> σ* 110 -135 nm
• transizioni л -----> л* 160 - 255 nm
• transizioni n -----> л* da 285 nm in su.
• La lunghezza d'onda necessaria alle diverse transizioni è tanto
maggiore quanto minore è il dislivello di energia.
• Queste sono transizioni caratteristiche dei composti organici e di
inorganici che posseggono elettroni di valenza di tipo s e p (H2S,
SO2, NO2, SnCl4). Nei composti inorganici e metallorganici che
possiedono anche elettroni di tipo d (f) sono possibili transizioni
d ----->d (f -----> f).
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ASSORBIMENTO DEI COMPOSTI
ORGANICI
•
Transizioni σ -----> σ* sono dovuti alla rottura di legami σ e quindi hanno
bisogno di energie elevate. Gli alcani che contengono legami semplici C-C
e C-H danno solo questi assorbimenti nella regione dell'UV lontano (10 ÷
200 nm).
•
Transizioni л -----> л* sono caratteristiche dei composti insaturi:
la transizione E (o etilenica) di sistemi л isolati;
la transizione B (o benzenoide) di anelli benzenici;
la transizione K (o di coniugazione) di sistemi aromatici o coniugati;
transizioni n -----> σ* e n -----> л* di tipo R (o radicalico) che
coinvolgono etereoatomi con doppietti di non legame come l'ossigeno di
C=O (gruppo corbonilico) e C-O (alcoli), o l'azoto di C=N, C-N (ammine) e
N=N, o lo zolfo di C-S (tioli). Le bande R non sono intense perché queste
transizioni sono proibite alle regole di selezione.
•
Transizioni per trasferimento di carica. Sono dovuti a veri e propri
spostamenti di elettroni da una parte all'altra della molecola e di solito
forniscono le bande più intense dello spettro. I composti aromatici sostituiti
presentano bande di questo tipo che cadono nell'intervallo 220-370 nm.
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ASSORBIMENTO DEI COMPOSTI
DI COORDINAZIONE (1)
•
•
•
Gli spettri dei composti di coordinazione mostrano le bande di assorbimento
dei leganti insieme all'assorbimento caratteristico dei metalli di transizione
(che hanno orbitali d) o dei lantanidi (che hanno orbitali f) e l'assorbimento
per trasferimento di carica.
Transizioni d -----> d o f -----> f. Nei composti di coordinazione,
l'interazione del metallo centrale con i legami ad esso coordinati provoca
una separazione tra i cinque orbitali d (o i sette orbitali f, nel caso dei
lantanidi), che in assenza dei leganti hanno tutti la stessa energia. Gli
assorbimenti che corrispondono alle transizioni fra orbitali d (o f) cadono
nella regione del visibile, perché i dislivelli sono relativamente piccoli, perciò
i composti di coordinazione dei metalli di transizione e dei lantanidi
appaiono spesso colorati.
Transizioni per trasferimento di carica. Spesso i composti di
coordinazione,ma anche gli ioni di etalli di transizione (come MnO4- o
CrO42-) e i complessi molecolari (come fra I2 e il benzene) mostrano una
colorazione molta intensa. L'intenso assorbimento nel visibile da parte di
queste specie è associato a transizioni elettroniche che producono forti
variazioni nel momento di dipolo. In particolare, per ioni e composti di
coordinazione si parla di trasferimento di carica intramolecolare perché
si verifica un vero e proprio trasferimento di un elettrone dall'atomo centrale
ai leganti, e viceversa. Il caso più frequente consiste nel trasferimento di un
elettrone dal legante al metallo. In una transizione elettronica di questo tipo 6
si verifica una forte variazione del momento di dipolo.
ASSORBIMENTO DEI COMPOSTI
DI COORDINAZIONE (2)
•
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•
•
I fattori che facilitano il trasferimento di carica sono l'acidità (il potere
ossidante) dello ione centrale e la basicità (il potere riducente) del legante.
Esempio:
l'AgI è giallo mentre l'AgCl è bianco, ciò si spiega perché lo ione I- è più basico
(riducente) dello ione Cl- e quindi tende a cedere un elettrone con più facilità, il
trasferimento elettronico da parte di I- richiede l'assorbimento di un fotone nella
regione del blu, al limite del visibile, e perciò AgI appare giallo.
Il trasferimento di carica è il primo stadio verso l'ossidazione del legante e quindi, la
rottura del legame con il metallo, è indice in molti casi, di scarsa stabilità della
molecola (o dello ione). Il colore giallo dello ione CrO42- deriva dal trasferimento di
un elettrone di non legame dall'ossigeno ad un orbitale del cromo.
Lo ione MnO4-, che è un ossidante più energico di CrO42- appare di colore violetto,
perché il trasferimento elettronico è relativamente più facile (e avviene a lunghezze
d'onda maggiori).
Per i complessi molecolari si parla di trasferimento di carica intermolecolare. Nel
caso di I2 in benzene si pensa che l'intensa colorazione marrone scuro sia dovuta al
trasferimento di un elettrone л del benzene in un orbitale molecolare vuoto di I2. in
tetracloruro di carbonio o in un solvente idroalcolico, I2 dà invece una colorazione
viola perché non si formano complessi di questo tipo.
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ASSORBIMENTO DEI COMPOSTI
DI COORDINAZIONE (3)
▓
||||||||| M+ |||||||||| X▓
hν

▓
|||||||||| M* |||||||||| X*
▓
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LEGGE DELL'ASSORBIMENTO
(legge di Beer)
• Per radiazioni sostanzialmente
monocromatiche:
A=εbc
• A = assorbanza
• ε = coefficiente assorbimento molare
• b = cammino ottico in cm
• c = concentrazione della specie che
assorbe (moli/L)
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SPETTROFOTOMETRO UV-VIS
(caratteristiche di uno strumento)
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•
Specifiche tecniche
Banco ottico:
Doppio raggio virtuale, ottica ricoperta in quarzo, reticolo
Interferometrico Master, Monocromatore con 1200 linee
mm -1
Campo spettrale:
190  1100 nm
Banda Passante:
2 nm
Luce Diffusa:
< 0.05% @ 220 nm & 340 nm
Accuratezza Abs @ 1A:
 0.005A
Ripetibilità Abs @ 1A:
 0.002 nm
Accuratezza :
1 nm
Ripetibilità :
 0.2 nm
Stabilità:
< 0.001 A/hr
Rumore:
< 0.0001 A
Video:
Grafico LCD risoluzione VGA
Cambiacelle:
Automatico a 7 posizioni
Interfaccia per computer: RS232
Sorgente:
Deuterio e Tungsteno auto allineati con cambio
automatico programmabile
Interfaccia Stampante:
Cectronics Parallela
Dimensioni:
455 x 395 x 215
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Alimentazione:
da 90 a 264 V
IMPOSTAZIONI PER UNA SCANSIONE
SPETTROFOTOMETRICA UV-VIS
* SCANSIONE *
TIPO SCAN.
INTELLISCAN - STANDARD
ID
nome analisi
MODO
ABS - %T - I - 1D - 2D - 3D - 4D
INIZIO
190.0 nm
FINE
1100.0 nm
B. PASSANTE
2.0 nm
VELOCITA'
ESAMINA
INTERV. PUNTI
2.0 nm
TAB. PICCHI
PICCHI & VALLI
GRAF MAX
2.000
GRAF MIN
0.000
CAMBIO LAMP
(315-320-325-330-335-340)nm D2-W
OPERATORE
nome
PROG. CUVETTE
AUTO
STAMPA
METODO
SALVA
METODO
GUARDA
GRAFICO
GUARDA
RISULTAT.
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GRAFICO DELLA SCANSIONE DI UNA
SOLUZIONE ACETONE/ACQUA (1000 ppm)
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IMPOSTAZIONI PER UNA CURVA DI
STANDARD SPETTROFOTOMETRICA UV-VIS
* QUANT *
ID
nome analisi
LUNG. D'ONDA
550 nm (scelta del max assorbimento)
B. PASSANTE
2.0 nm
INTEGRAZIONE
1 s (max 9999 s)
No.
4 (max 6)
STANDARD
RIPETIZIONE
1-2-3
UNITA'
concentrazione
TIPO CURVA
LINEARE (quadratica) (per lo 0)
CAMBIO LAMP
(315-320-325-330-335-340)nm D2-W
OPERATORE
nome
PROG. CUVETTE
AUTO
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* PROG. CUVETTE *
POSIZ. CUVETTA
MODO
RIF. MODO
ULTIMA CUVETTA
CICLI CUVETTE
VELOCITA'
:
:
:
:
:
:
1 (max 2)
AUTO (manuale, leggi e avanza, off)
ON (OFF)
17
1  300
ALTA - MEDIA - MASSIMA
* STANDARD - QUANT *
1
2
3
4
2.000
5.000
8.000
10.000
-.---.---.---.---
-.---.---.---.---
-.---.---.---.---
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PREPARAZIONE DI SOLUZIONI STANDARD (STN)
Generalmente si parte da una soluzione madre contenente 1mg di sostanza per ogni
ml (1ml = 1mg). Una volta deciso il range di lavoro si stabilisce la concentrazione e
l'unità di misura dei rispettivi standard.
Esempio:
Si vogliono preparare 4 standard con concentrazione 10 mg/l, 8 mg/l, 5 mg/l, 2
mg/l, partendo da una soluzione madre contenente 1mg di campione da analizzare per ogni
ml.
4. Per la prima diluizione si decide di usare un matraccio tarato da 1000 ml e , quindi di
preparare 1 litro di standard contente 10 mg/l di campione. Si prelevano 10 ml di sol.
madre e si portano a volume con acqua distillata.
3. Per la seconda diluizione si decide di usare un matraccio da 100 ml contenente 8 mg/l
di campione. Si prelevano 80 ml di sol. Í e si portano a volume con acqua distillata.
2. Per la terza diluizione si decide di usare un matraccio da 100 ml contenente 5 mg/l di
campione. Si prelevano 50 ml di sol. Í e si portano a volume con acqua distillata.
1. Per la quarta diluizione si decide di usare un matraccio da 100 ml contenente 2 mg/l di
campione.Si prelevano 20 ml di sol. Í e si portano a volume con acqua distillata.
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CURVA DI TARATURA CON L'USO DI 4 STANDARD
ACETONE/ACQUA: 200 - 400 - 600 - 1000 ppm
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