Spettroscopia ultravioletta: principi, strumentazione e applicazioni.

La spettroscopia è la misurazione e l'interpretazione della radiazione elettromagnetica assorbita o emessa quando le molecole, gli atomi o gli ioni di un campione passano da uno stato energetico a un altro.

La spettroscopia ultravioletta è uno spettro di assorbimento in cui la luce nella regione ultravioletta (200-400 nm) viene assorbita dalle molecole, provocando l'eccitazione degli elettroni dallo stato fondamentale a uno stato di energia superiore.

Principi della spettroscopia UV

La spettroscopia è fondamentalmente legata all'interazione tra luce e materia.

Quando la luce viene assorbita dalla materia, il risultato è un aumento del contenuto energetico degli atomi o delle molecole.

Quando si assorbe la radiazione ultravioletta, gli elettroni vengono eccitati dallo stato fondamentale a uno stato energetico superiore.

Molecole contenentiπ Gli elettroni o gli elettroni non leganti (elettroni n) possono assorbire energia sotto forma di raggi ultravioletti, eccitando così questi elettroni a orbitali molecolari superiori resistenti al legame.

Quanto più è facile eccitare un elettrone, tanto più lunga è la lunghezza d'onda della luce che assorbe. Esistono quattro possibili tipi di transizione (π–π *, N–π *, σ–σ * e n–σ *), e il loro ordine è il seguente:σ–σ *> n–σ *>π– π *> n–Π *

L'assorbimento della luce ultravioletta da parte del composto produrrà uno spettro unico che aiuterà a identificare il composto stesso.

spettrometro UV

fonte luminosa

Le lampade a filamento di tungsteno e le lampade a idrogeno-deuterio sono le sorgenti luminose più diffuse e adatte perché coprono l'intero spettro ultravioletto.

Le lampade a filamento di tungsteno sono ricche di radiazione rossa. Più precisamente, emettono radiazioni a 375 nm, mentre l'intensità della lampada a idrogeno-deuterio scende al di sotto dei 375 nm.

monocromatore

Il monocromatore è generalmente composto da un prisma e una fenditura.

La maggior parte degli spettrofotometri per la luce visibile sono spettrofotometri a doppio raggio.

La radiazione emessa dalla sorgente luminosa principale viene diffusa per mezzo di un prisma rotante.

Successivamente, le varie lunghezze d'onda della sorgente luminosa separate dal prisma vengono selezionate dalla fenditura in modo che la rotazione del prisma provochi il passaggio attraverso la fenditura di una serie di lunghezze d'onda progressivamente crescenti, da registrare.

Il fascio di luce selezionato dalla fenditura è monocromatico e viene ulteriormente diviso in due fasci per mezzo di un altro prisma.

Cellula campione e cellula di riferimento

Uno dei due fasci separati attraversa la soluzione del campione, mentre il secondo fascio attraversa la soluzione di riferimento.

Sia la soluzione campione che la soluzione di riferimento sono contenute nella cella.

Queste batterie sono realizzate in biossido di silicio o quarzo. Il vetro non può essere utilizzato per le celle perché assorbe anche la luce ultravioletta.

rivelatore

Solitamente, per il rivelatore nello spettro ultravioletto vengono utilizzate due fotocellule.

Una delle fotocellule riceve il fascio luminoso dalla cella del campione, mentre il secondo rivelatore riceve il fascio luminoso dal riferimento.

L'intensità della radiazione proveniente dalla cella di riferimento è maggiore di quella del fascio proveniente dalla cella campione. Ciò provoca pulsazioni o correnti alternate nella fotocellula.

Amplificatore di potenza

La corrente alternata generata nella fotocellula viene trasmessa all'amplificatore.

L'amplificatore è collegato a un piccolo servo-misuratore.

In genere, l'intensità della corrente generata nella cella fotovoltaica è molto bassa e lo scopo principale dell'amplificatore è quello di amplificare il segnale più volte per ottenere un segnale chiaro e registrabile.

Dispositivo di registrazione

Nella maggior parte dei casi l'amplificatore è collegato a un registratore a penna connesso al computer.

Il computer memorizza tutti i dati generati e produce gli spettri dei composti richiesti.

Applicazione della spettroscopia UV

Rilevamento delle impurità

È uno dei metodi migliori per determinare le impurità nelle molecole organiche.

A causa delle impurità presenti nel campione, è possibile osservare altri picchi che possono essere confrontati con quelli delle materie prime standard.

Misurando l'assorbanza a una specifica lunghezza d'onda, è possibile rilevare le impurità.

Determinazione della struttura dei composti organici

Può essere utilizzato per chiarire la struttura delle molecole organiche, ad esempio per rilevare la presenza o l'assenza di legami insaturi e la presenza di eteroatomi.

La spettroscopia di assorbimento ultravioletto può essere utilizzata per determinare quantitativamente i composti che assorbono la luce ultravioletta.

La spettroscopia di assorbimento ultravioletto permette di caratterizzare i tipi di composti che assorbono le radiazioni ultraviolette, consentendo così la determinazione qualitativa dei composti stessi. L'identificazione avviene confrontando lo spettro di assorbimento con quello di un composto noto.

Questa tecnica viene utilizzata per rilevare la presenza o l'assenza di gruppi funzionali nei composti. Le bande prive di una specifica lunghezza d'onda sono considerate una prova dell'assenza di specifici gruppi.

La cinetica di reazione può essere studiata anche mediante spettroscopia UV. La radiazione ultravioletta attraversa la cella di reazione e si può osservare la variazione di assorbanza.

Molti farmaci si presentano sotto forma di materie prime o di preparati. La loro presenza può essere rilevata preparando un'apposita soluzione del farmaco e misurandone l'assorbanza a una specifica lunghezza d'onda.

Il peso molecolare dei composti può essere misurato spettrofotometricamente preparando opportuni derivati ​​di tali composti.

Lo spettrofotometro UV può essere utilizzato come rivelatore per HPLC.