Ultraviolet spectroscopie: principe, instrument en toepassing

Spectroscopie is het meten en interpreteren van elektromagnetische straling die wordt geabsorbeerd of uitgezonden wanneer de moleculen, atomen of ionen van een monster overgaan van de ene energietoestand naar de andere energietoestand.

Ultraviolet spectroscopie is een absorptiespectrum waarbij licht in het ultraviolette gebied (200-400 nm) wordt geabsorbeerd door moleculen, waardoor elektronen vanuit de grondtoestand naar een hogere energietoestand worden aangeslagen.

Principes van UV-spectroscopie

Spectroscopie heeft in principe te maken met de wisselwerking tussen licht en materie.

Doordat materie licht absorbeert, neemt het energiegehalte van atomen of moleculen toe.

Bij absorptie van ultraviolette straling worden elektronen vanuit de grondtoestand naar een hogere energietoestand gebracht.

Moleculen die bevattenπ Elektronen, ofwel niet-bindende elektronen (n-elektronen), kunnen energie absorberen in de vorm van ultraviolette straling, waardoor deze elektronen geëxciteerd worden naar hogere, bindingsbestendige moleculaire orbitalen.

Hoe gemakkelijker een elektron aangeslagen kan worden, hoe langer de golflengte van het licht dat het absorbeert. Er zijn vier mogelijke overgangstypen (π–π *, N–π *, σ–σ *, en n–σ *), en hun volgorde is als volgt:σ–σ *> n–σ *>π– π *> n–Π *

De absorptie van ultraviolet licht door de verbinding produceert een uniek spectrum dat helpt bij de identificatie van de verbinding.

UV-spectrometer

lichtbron

Gloeilamplampen met wolfraamgloeidraad en waterstofdeuteriumlampen zijn de meest gebruikte en geschikte lichtbronnen omdat ze het gehele ultraviolette spectrum bestrijken.

Wolfraamgloeilampen zijn rijk aan rode straling. Meer specifiek zenden ze straling uit bij 375 nm, terwijl de intensiteit van een waterstof-deuteriumlamp afneemt onder de 375 nm.

monochromator

Een monochromator bestaat doorgaans uit een prisma en een spleet.

De meeste zichtbare spectrofotometers zijn spectrofotometers met een dubbele lichtbundel.

De straling die door de hoofdlichtbron wordt uitgezonden, wordt verstrooid door middel van een roterend prisma.

Vervolgens worden de verschillende golflengten van de lichtbron, gescheiden door het prisma, geselecteerd door de spleet, zodat de rotatie van het prisma een reeks steeds groter wordende golflengten door de spleet laat passeren voor registratiedoeleinden.

De lichtbundel die door de spleet wordt geselecteerd, is monochromatisch en wordt vervolgens door middel van een ander prisma in twee bundels verdeeld.

Voorbeeldcel en referentiecel

Een van de twee afzonderlijke lichtbundels gaat door de monsteroplossing, en de tweede lichtbundel gaat door de referentieoplossing.

Zowel de monsteroplossing als de referentieoplossing bevinden zich in de cel.

Deze batterijen zijn gemaakt van siliciumdioxide of kwarts. Glas kan niet voor cellen worden gebruikt omdat het ook licht in het ultraviolette spectrum absorbeert.

detector

Gewoonlijk worden er twee fotocellen gebruikt voor de detector in het ultraviolette spectrum.

Een van de fotocellen ontvangt de lichtstraal van de monstercel, en de tweede detector ontvangt de lichtstraal van de referentie.

De stralingsintensiteit van de referentiecel is sterker dan die van de straling van de monstercel. Dit leidt tot pulsaties of wisselstroom in de fotocel.

Eindversterker

De wisselstroom die in de fotocel wordt opgewekt, wordt naar de versterker gestuurd.

De versterker is gekoppeld aan een kleine servometer.

Over het algemeen is de stroomsterkte die in de fotovoltaïsche cel wordt opgewekt erg laag, en het voornaamste doel van de versterker is om het signaal vele malen te versterken om een ​​helder en registreerbaar signaal te verkrijgen.

Opnameapparaat

Meestal is de versterker gekoppeld aan een penrecorder die op de computer is aangesloten.

De computer slaat alle gegenereerde gegevens op en genereert de spectra van de benodigde verbindingen.

Toepassing van UV-spectroscopie

Onzuiverheidsdetectie

Het is een van de beste methoden om onzuiverheden in organische moleculen te bepalen.

Door onzuiverheden in het monster kunnen andere pieken worden waargenomen, die vergeleken kunnen worden met standaard grondstoffen.

Door de absorptie bij een specifieke golflengte te meten, kunnen onzuiverheden worden opgespoord.

Structuuropheldering van organische verbindingen

Het kan worden gebruikt om de structuur van organische moleculen op te helderen, bijvoorbeeld om de aanwezigheid of afwezigheid van onverzadigde bindingen en de aanwezigheid van heteroatomen te detecteren.

Ultravioletabsorptiespectroscopie kan worden gebruikt om kwantitatief te bepalen welke verbindingen ultraviolet licht absorberen.

Ultravioletabsorptiespectroscopie kan de soorten verbindingen karakteriseren die ultraviolette straling absorberen, wat gebruikt kan worden om verbindingen kwalitatief te bepalen. Identificatie vindt plaats door het absorptiespectrum te vergelijken met het spectrum van een bekende verbinding.

Deze techniek wordt gebruikt om de aanwezigheid of afwezigheid van functionele groepen in verbindingen te detecteren. Banden die een specifieke golflengte missen, worden beschouwd als bewijs voor de afwezigheid van die specifieke groepen.

Reactiekinetiek kan ook worden bestudeerd met behulp van UV-spectroscopie. De ultraviolette straling gaat door de reactiecel en de verandering in absorptie kan worden waargenomen.

Veel geneesmiddelen zijn verkrijgbaar in de vorm van grondstoffen of preparaten. De aanwezigheid ervan kan worden vastgesteld door een geschikte oplossing van het geneesmiddel te maken en de absorptie bij een specifieke golflengte te meten.

Het molecuulgewicht van de verbindingen kan spectrofotometrisch worden gemeten door geschikte derivaten van deze verbindingen te bereiden.

Een UV-spectrofotometer kan als detector voor HPLC worden gebruikt.