Spektroskopia w ultrafiolecie – zasada, przyrząd, zastosowanie

Spektroskopia jest dziedziną zajmującą się pomiarem i interpretacją promieniowania elektromagnetycznego pochłanianego lub emitowanego, gdy cząsteczki, atomy lub jony próbki przechodzą z jednego stanu energetycznego do innego stanu energetycznego.

Spektroskopia w ultrafiolecie to widmo absorpcyjne, w którym światło w zakresie ultrafioletu (200–400 nm) jest absorbowane przez cząsteczki, co powoduje wzbudzenie elektronów ze stanu podstawowego do stanu wysokoenergetycznego.

Podstawy spektroskopii UV

Spektroskopia to nauka zajmująca się interakcją światła i materii.

W miarę jak światło jest pochłaniane przez materię, następuje wzrost zawartości energii w atomach lub cząsteczkach.

Podczas absorpcji promieniowania ultrafioletowego następuje wzbudzenie elektronów ze stanu podstawowego do stanu o wyższej energii.

Cząsteczki zawierająceπ elektrony lub elektrony nie tworzące wiązań (n-elektrony) mogą absorbować energię w postaci promieni ultrafioletowych, pobudzając te elektrony do przechodzenia na wyższe orbitale molekularne odporne na wiązania.

Im łatwiej wzbudzić elektron, tym dłuższą długość fali światła pochłania. Istnieją cztery możliwe typy przejść (π–π *, N–π *, σ–σ *, i n–σ *), a ich kolejność jest następująca:σ–σ *> n–σ *>π– π *> n–Π *

Absorpcja promieniowania ultrafioletowego przez związek chemiczny spowoduje powstanie unikalnego widma, które pomoże w jego identyfikacji.

Spektrometr UV

źródło światła

Lampy z żarnikiem wolframowym i lampy deuterowo-wodorowe są najszerzej stosowanymi i najbardziej odpowiednimi źródłami światła, ponieważ obejmują cały zakres promieniowania ultrafioletowego.

Lampy z żarnikiem wolframowym charakteryzują się wysoką emisją promieniowania czerwonego. Dokładniej mówiąc, emitują promieniowanie o długości fali 375 nm, a natężenie światła lampy wodorowo-deuterowej spada poniżej 375 nm.

monochromator

Monochromator zazwyczaj składa się z pryzmatu i szczeliny.

Większość spektrofotometrów widzialnych to spektrofotometry dwuwiązkowe.

Promieniowanie emitowane przez główne źródło światła ulega rozproszeniu za pomocą obracającego się pryzmatu.

Następnie różne długości fal źródła światła rozdzielone pryzmatem są wybierane przez szczelinę tak, aby obrót pryzmatu powodował przejście przez szczelinę serii fal o stale rosnącej długości, co umożliwia rejestrację.

Wiązka światła wybrana przez szczelinę jest monochromatyczna i zostaje podzielona na dwie wiązki za pomocą kolejnego pryzmatu.

Komórka próbkowa i komórka odniesienia

Jedna z dwóch oddzielnych wiązek przechodzi przez roztwór próbki, a druga wiązka przechodzi przez roztwór odniesienia.

W kuwecie znajduje się zarówno roztwór próbki, jak i roztwór odniesienia.

Baterie te są wykonane z dwutlenku krzemu lub kwarcu. Szkło nie nadaje się do produkcji ogniw, ponieważ pochłania ono światło ultrafioletowe.

detektor

Zwykle w detektorze pasma ultrafioletowego stosuje się dwie fotokomórki.

Jedna z fotokomórek odbiera wiązkę światła z celi z próbką, a drugi detektor odbiera wiązkę światła z punktu odniesienia.

Natężenie promieniowania z celi odniesienia jest większe niż natężenie wiązki z celi próbki. Powoduje to pulsowanie lub przepływ prądu przemiennego w fotokomórce.

Wzmacniacz mocy

Prąd przemienny wytwarzany w fotokomórce jest przesyłany do wzmacniacza.

Wzmacniacz jest sprzężony z małym serwomechanizmem.

Ogólnie rzecz biorąc, natężenie prądu wytwarzanego w ogniwie fotowoltaicznym jest bardzo niskie, a głównym zadaniem wzmacniacza jest wielokrotne wzmocnienie sygnału w celu uzyskania czystego i możliwego do nagrania sygnału.

Urządzenie rejestrujące

Najczęściej wzmacniacz jest połączony z rejestratorem podłączonym do komputera.

Komputer zapisuje wszystkie wygenerowane dane i generuje widma potrzebnych związków.

Zastosowanie spektroskopii UV

Wykrywanie zanieczyszczeń

Jest to jedna z najlepszych metod określania zanieczyszczeń w cząsteczkach organicznych.

Ze względu na zanieczyszczenia próbki można zaobserwować inne piki, które można porównać ze standardowymi surowcami.

Mierząc absorbancję przy określonej długości fali, można wykryć zanieczyszczenia.

Wyjaśnienie struktury związków organicznych

Można go stosować do wyjaśniania struktury cząsteczek organicznych, na przykład do wykrywania obecności lub braku wiązań nienasyconych oraz obecności heteroatomów.

Spektroskopia absorpcyjna w ultrafiolecie może być stosowana do ilościowego oznaczania związków pochłaniających promieniowanie ultrafioletowe.

Spektroskopia absorpcyjna w ultrafiolecie pozwala scharakteryzować rodzaje związków absorbujących promieniowanie ultrafioletowe, co pozwala na jakościową identyfikację związków. Identyfikację przeprowadza się poprzez porównanie widma absorpcyjnego z widmem znanego związku.

Technika ta służy do wykrywania obecności lub braku grup funkcyjnych w związkach. Pasma, którym brakuje określonej długości fali, są uznawane za dowód braku grup specyficznych.

Kinetykę reakcji można również badać za pomocą spektroskopii UV. Promieniowanie ultrafioletowe przechodzi przez komorę reakcyjną, co pozwala zaobserwować zmianę absorbancji.

Wiele leków występuje w postaci surowców lub preparatów. Można je wykryć, sporządzając odpowiedni roztwór leku w leku i mierząc absorbancję przy określonej długości fali.

Masę cząsteczkową związków można mierzyć spektrofotometrycznie, przygotowując odpowiednie pochodne tych związków.

Spektrofotometr UV może być stosowany jako detektor w chromatografii HPLC.