METODI SPETTROSCOPICI
Si basano sulla interazione e misura della
elettromagnetica con l’analita.
radiazione
Si possono dividere generalmente in metodi di
assorbimento (attenuazione di un fascio di radiazione) e di
emissione (radiazione emessa dall’analita in particolari
condizioni sperimentali)
Più in dettaglio vengono classificati in base alla regione
dello spettro elettromagnetico coinvolta
LE ONDE ELETTROMAGNETICHE
Ampiezza (A) = lunghezza del vettore elettrico al massimo dell’onda
Lunghezza d’onda (l) = distanza tra i massimi (o i minimi) successivi
Frequenza (n) = numero di oscillazioni del campo elettrico al secondo
(1 Hz = 1 ciclo al secondo)
Velocità di propagazione (v) = nl dipende dal mezzo in cui si propaga
la radiazione
Nel vuoto la velocità di propagazione è massima (c 3 1010 cm/s).
Nell’aria la velocità e simile (0.03% in meno). Quando la radiazione
attraversa un altro mezzo la velocità diminuisce a spese della
lunghezza d’onda, la frequenza è infatti invariata e dipende dalla
sorgente di radiazioni.
_
Numero d’onda ( n ) = numero di onde per cm 1/l
Potenza (P) = energia per unità di area al secondo.
all’ampiezza della radiazione
Correlata
La radiazione può essere trattata anche in forma particellare
assimilandola a pacchetti discreti di energia (fotoni o quanti):
E = hn
h = costante di Planck = 6.63 10-34 Js
E = hc/ l
Assorbimento della radiazione
SPETTROFOTOMETRIA UV/visibile
Quali elettroni danno luogo a transizioni misurabili nell’UV/visibile?
Gli elettroni in una molecola possono essere classificati in 4 tipi:
• elettroni non coinvolti in legami (E di eccitazione alte)
• elettroni di legami singoli covalenti (s) (E troppo alte per UV/visibile)
• elettroni non leganti (tipo n) (E sufficienti per UV/visibile)
• elettroni in orbitali p (legami doppi e tripli)
UV/visibile)
(E sufficienti per
Le transizioni avvengono in orbitali antileganti di tipo s* e p*, le più
comuni sono n p* e p p* .
L’intensità relativa delle bande di assorbimento è rappresentata dalle
assorbività molari e che sono una misura della probabilità che la
transizione elettronica abbia luogo. La probabilità di transizioni p p* è
maggiore di transizioni n p*
I gruppi che assorbono in una molecola sono chiamati cromofori.
Le variazioni spettrali vengono classificate come batocromiche
(massimo spostato verso l maggiori) e ipsocromiche (verso l minori).
Variazioni d’intensità vengono indicate come ipercromiche o
ipocromiche.
Composti organici devono essere sciolti solitamente in solventi organici.
Il solvente puo’ variare lo spettro a causa di interazioni solvente-soluto.
©Gary Christian,
Analytical Chemistry,
6th Ed. (Wiley)
Trasmittanza (T) = P/P0
= P/P0 100
T%
Assorbanza = log P0/P = -log T
Legge di Beer
soluzioni diluite) :
(vale
per
A =abc
a (e) =assorbività (o assorbanza
specifica) molare
b = cammino ottico
c =concentrazione
Additività delle assorbanze
xl1
A1x(l1) = ex(l1) b cx
A1y(l1) = ey(l1) b cy
A2x(l2) = ex(l2) b cx
A2y(l2) = ey(l2) b cy
DEVIAZIONI DALLA LEGGE DI BEER
• chimiche. Le specie assorbenti danno reazioni di associazione,
dissociazione o reazione con solvente con prodotti che hanno e
diversi (p.es. un indicatore acido-base in soluzione non tamponata)
• strumentali. Dovute a radiazioni spurie e al
radiazione policromatica per l’assorbimento.
fatto che si usa
ERRORE SPETTROFOMETRICO
Le sorgenti continue emettono
radiazione non risolta in un
ampio intervallo di lunghezze
d’onda
I Lasers "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation",
sono fonti di radiazione monocromatica e ad elevata intensità
©Gary Christian,
Analytical Chemistry,
6th Ed. (Wiley)
I semiconduttori sono materiali che hanno una resistività (o anche
una conducibilità) intermedia tra i conduttori e gli isolanti.
Le proprietà dei semiconduttori diventano interessanti se vengono
opportunamente drogati con impurità. Le loro caratteristiche quali resistenza,
mobilità, concentrazione dei portatori di carica sono importanti per determinare il
campo di utilizzo. La risposta di un semiconduttore a una forzante dipende dalle
sue caratteristiche intrinseche e da alcune variabili esterne come la temperatura.
Semiconduttore di tipo n
Semiconduttore di tipo p
DIODI
LED (LIGHT EMITTING DIODE)
I LED sono uno speciale tipo di diodi a
giunzione p-n,formati da un sottile strato di
materiale semiconduttore drogato. Quando
sono sottoposti ad una tensione diretta per
ridurre la barriera di potenziale della giunzione,
gli elettroni della banda di conduzione del
semiconduttore si ricombinano con le lacune
della banda di valenza rilasciando energia
sufficiente da produrre fotoni. A causa dello
spessore ridotto del chip un ragionevole
numero di questi fotoni può abbandonarlo ed
essere emesso come luce. I LED sono formati
da GaAs (arseniuro di gallio), GaP (fosfuro di
gallio), GaAsP (fosfuro arseniuro di gallio), SiC
(carburo di silicio) e GaInN (nitruro di gallio e
indio). L'esatta scelta dei semiconduttori
determina la lunghezza d'onda dell'emissione
di picco dei fotoni, l'efficienza nella
conversione elettro-ottica e quindi l'intensità
luminosa in uscita (fonte wikipedia)
MONOCROMATORI
Servono a selezionare la lunghezza d’onda desiderata, consistono di
fenditure d’ingresso e d’uscita per eliminare le radiazioni indesiderate, un
sistema di specchi per focalizzare la radiazione e un separatore di lunghezze
d’onda (prisma o reticolo)
Il prisma separa le varie
componenti della luce perché
l’indice di rifrazione è diverso
per ciascuna l. La dispersione
non è lineare (minore per l
maggiori).
I reticoli presentano una supeficie
riflettente piana di alluminio che
presenta un numero grande di
solchi paralleli. La separazione
dipende dalla distanza tra i
solchi. I reticoli producono anche
multipli
della
radiazione
incidente (ordini superiori).
nλ = d (sen i + sen r)
d = distanza tra le superfici, n
ordine di diffrazione, i e r =
radiazione incidente e riflettente
La dispersione è lineare, vengono
usati diversi tipi per l’UV/visibile
e l’IR
L’ampiezza di banda effettiva del
monocromatore dipende oltre che
dalle caratteristiche del reticolo
anche dalla fenditura d’uscita.
Generalmente varia tra 1 e 20nm
per applicazioni quantitative.
Molti
monocromatori
hanno
fenditure
variabili
che
permettono di lavorare con
rivelatori di diversa sensibilità
I filtri sono caratterizzati da una l alla
quale si ha la massima trasmissione e da
una ampiezza di banda. Quelli ad
interferenza sono più selettivi (e più
costosi). Quelli ad assorbimento sono
costituiti da vetro colorato.
Vengono utilizzati nel sistema ottico sia in
presenza che in assenza di monocromatore
(p.es.
alcuni
lettori
per
dosaggi
immunochimici).
Contenitori per il campione (cuvette)
RIVELATORI PER SPETTROFOMETRI
Sono di tipo fotonico (fino a l = 2 mm); sono forniti di una superficie
reattiva che in presenza di fotoni emette elettroni (fotoemissione) o li
eccita in modo che possano condurre elettricità (fotoconduzione). I più
comuni sono i fototubi, i fotomoltiplicatori e i rivelatori basati sulla
tecnologia dei semiconduttori (a silicio)
In un rilevatore a matrice di diodi (DAD –diode array detector) sono
presenti tanti diodi. Maggiore il numero migliore la risoluzione del detector
Rivelatori ad array di diodi a 1024 elementi.
Non c’è monocromatore.
Tutte le lunghezze d’onda sono registrate simultaneamente, il reticolo di
diffrazione è posto a valle della cuvetta, la radiazione separate viene inviata
al detector.
Schema di uno spettrofotometro a matrice di diodidiodi
©Gary Christian, Analytical Chemistry,
6th Ed. (Wiley)
Spetrofotometro a fibra ottica
Lo strato intermedio
(cladding ) ha un indice di
rifrazione maggiore del core
Lo strato esterno è
protettivo
Rivelatore
(charge-couple
device -CCD).
©Gary Christian, Analytical Chemistry,
Sorgente
6th Ed. (Wiley)
Tutta la radiazione che
entra con un angolo
inferiore a a viene
trasmessa per riflessione
interna
