UV-Spektroskopie-Prinzip, Instrument, Anwendung

2020/09/22
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Spektroskopie ist die Messung und Interpretation elektromagnetischer Strahlung, die absorbiert oder emittiert wird, wenn die Moleküle oder Atome oder Ionen einer Probe von einem Energiezustand in einen anderen Energiezustand überführt werden.

Ultraviolett-Spektroskopie ist ein Absorptionsspektrum, bei dem Licht im ultravioletten Bereich (200–400 nm) von Molekülen absorbiert wird, wodurch Elektronen aus dem Grundzustand in einen hochenergetischen Zustand angeregt werden.

Prinzipien der UV-Spektroskopie

Die Spektroskopie hat im Wesentlichen mit der Wechselwirkung von Licht und Materie zu tun.

Da Licht von Materie absorbiert wird, erhöht sich der Energieinhalt von Atomen oder Molekülen.

Bei der Absorption von ultravioletter Strahlung werden Elektronen aus dem Grundzustand in den höheren Energiezustand angeregt.

Moleküle enthaltenπElektronen oder nicht bindende Elektronen (n-Elektronen) können Energie in Form von ultravioletten Strahlen absorbieren und dadurch diese Elektronen zu höheren bindungsresistenten Molekülorbitalen anregen.

Je leichter ein Elektron anzuregen ist, desto länger ist die Wellenlänge des Lichts, das es absorbiert. Es gibt vier mögliche Übergangstypen (π–π*, n–π*,σ–σ* und n–σ*), und ihre Reihenfolge ist wie folgt:σ–σ*> n–σ*>π– π*> n–Π*

Die Absorption von ultraviolettem Licht durch die Verbindung erzeugt ein einzigartiges Spektrum, das hilft, die Verbindung zu identifizieren.

Visible Spectrophotometer

UV-Spektrometer

Lichtquelle

Wolfram-Glühlampen und Wasserstoff-Deuterium-Lampen sind die am weitesten verbreiteten und geeigneten Lichtquellen, da sie den gesamten ultravioletten Bereich abdecken.

Wolfram-Glühlampen sind reich an roter Strahlung. Genauer gesagt emittieren sie Strahlung bei 375 nm, und die Intensität der Wasserstoff-Deuterium-Lampe fällt unter 375 nm.

Monochromator

Der Monochromator besteht normalerweise aus einem Prisma und einem Spalt.

Die meistensichtbare Spektralphotometer sind Zweistrahl-Spektralfotometer.

Die von der Hauptlichtquelle emittierte Strahlung wird mittels eines rotierenden Prismas gestreut.

Dann werden die verschiedenen Wellenlängen der Lichtquelle, die durch das Prisma getrennt sind, durch den Schlitz ausgewählt, so dass die Rotation des Prismas bewirkt, dass eine Reihe kontinuierlich ansteigender Wellenlängen zu Aufzeichnungszwecken durch den Schlitz treten.

Der durch den Schlitz selektierte Lichtstrahl ist monochromatisch und wird mittels eines weiteren Prismas weiter in zwei Strahlen geteilt.

Probenzelle und Referenzzelle

Einer der beiden getrennten Strahlen geht durch die Probenlösung und der zweite Strahl geht durch die Referenzlösung.

Sowohl die Probenlösung als auch die Referenzlösung sind in der Küvette enthalten.

Diese Batterien bestehen aus Siliziumdioxid oder Quarz. Glas kann nicht für Zellen verwendet werden, da es auch Licht im ultravioletten Bereich absorbiert.

Detektor

Üblicherweise werden für den Detektor im ultravioletten Spektrum zwei Fotozellen verwendet.

Eine der Photozellen empfängt den Lichtstrahl von der Probenzelle und der zweite Detektor empfängt den Lichtstrahl von der Referenz.

Die Strahlungsintensität der Referenzzelle ist stärker als der Strahl der Probenzelle. Dies führt zu Pulsationen oder Wechselstrom in der Fotozelle.

Leistungsverstärker

Der in der Fotozelle erzeugte Wechselstrom wird an den Verstärker übertragen.

Der Verstärker ist mit einem kleinen Servometer gekoppelt.

Im Allgemeinen ist die Intensität des in der Photovoltaikzelle erzeugten Stroms sehr gering, und der Hauptzweck des Verstärkers besteht darin, das Signal um ein Vielfaches zu verstärken, um ein klares und aufzeichenbares Signal zu erhalten.

Aufnahmegerät

Meistens ist der Verstärker mit einem an den Computer angeschlossenen Pen-Recorder gekoppelt.

Der Computer speichert alle generierten Daten und generiert die Spektren der benötigten Verbindungen.

Anwendung der UV-Spektroskopie

Erkennung von Verunreinigungen

Es ist eine der besten Methoden, um Verunreinigungen in organischen Molekülen zu bestimmen.

Aufgrund von Verunreinigungen in der Probe können andere Peaks beobachtet und mit Standardrohstoffen verglichen werden.

Durch Messung der Extinktion bei einer bestimmten Wellenlänge können Verunreinigungen erkannt werden.

Strukturaufklärung organischer Verbindungen

Es kann verwendet werden, um die Struktur organischer Moleküle aufzuklären, beispielsweise um das Vorhandensein oder Fehlen ungesättigter Bindungen und das Vorhandensein von Heteroatomen nachzuweisen.

Ultraviolett-Absorptionsspektroskopie kann verwendet werden, um Verbindungen, die ultraviolettes Licht absorbieren, quantitativ zu bestimmen.

UV-Absorptionsspektroskopie kann die Arten von Verbindungen charakterisieren, die UV-Strahlung absorbieren, was zur qualitativen Bestimmung von Verbindungen verwendet werden kann. Die Identifizierung erfolgt durch Vergleich des Absorptionsspektrums mit dem Spektrum einer bekannten Verbindung.

Diese Technik wird verwendet, um das Vorhandensein oder Fehlen von funktionellen Gruppen in Verbindungen nachzuweisen. Banden, denen eine bestimmte Wellenlänge fehlt, gelten als Beweis für das Fehlen bestimmter Gruppen.

Die Reaktionskinetik kann auch mit UV-Spektroskopie untersucht werden. Die UV-Strahlung passiert die Reaktionszelle, und die Änderung der Extinktion kann beobachtet werden.

Viele Medikamente liegen entweder in Form von Rohstoffen oder in Form von Zubereitungen vor. Es kann nachgewiesen werden, indem eine geeignete Arzneimittellösung in dem Arzneimittel hergestellt wird und die Extinktion bei einer bestimmten Wellenlänge gemessen wird.

Das Molekulargewicht der Verbindungen kann spektrophotometrisch gemessen werden, indem geeignete Derivate dieser Verbindungen hergestellt werden.

UV-Spektralfotometer kann als Detektor für HPLC verwendet werden.

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