Spettroscopia UV-Vis nell'analisi quantitativa
I metodi spettroscopici di analisi si basano sulla misura delle variazioni di energia che si verificano a carico di nuclei, atomi o molecole in seguito ad interazioni tra radiazione elettromagnetica e materia.
La spettroscopia atomica studia le differenze di energia a carico di un atomo quando i suoi elettroni subiscono una variazione di energia (transizioni di elettroni tra orbitali a diverso numero quantico).
La spettroscopia molecolare misura le variazioni di stato energetico elettronico, vibrazionale e rotazionale.
A fini analitici interessano i metodi spettroscopici di:
- Assorbimento
- Emissione
Quando una molecola assorbe energia (E) e promuove il proprio livello elettronico alcuni elettroni passano da un orbitale di legame ad un orbitale di antilegame.
E ^
|
| ------------------------------------------------------------------- V4
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ------------------------------------------------------------------- V3
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ ^ ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| S1 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| --------------------------------- | ------------------------------- V2
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| --------------------------------- | ------------------------------- V1
| |
| |
| |
| |
| | "TRANSIZIONE ELETTRONICA"
| | "UV-Vis"
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| --------------------------------- | ------------------------------- V4
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| --------------------------------- | ------------------------------- V3
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| S0 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| --------------------------------- | ------------------------------- V2
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄
| --------------------------------.─--.------------------------------ V1
( M )
`---'
A fini qualitativi lo spettro UV ci dice qualcosa della struttura (cioè dei cromofori presenti nell'analita), qualcosa del pH (effetto batocromico, isocromico, ipercromico, ipocromico); possiamo dedurre anche qualcosa del solvente.
Otteniamo queste informazioni basandoci sui rapporti tra i massimi d'assorbimento.
Nell'analisi quantitativa ad essere di particolare rilevanza è la legge di Lambert Beer. Anziché registrare lo spettro classico, può essere utile la spettroscopia multicomponente, differenziale e in derivata.
Legge di Lambert Beer§
$$ A = \epsilon * I * c $$
- A: assorbanza;
- $\epsilon$: coefficiente di estinzione molare ($M^{-1}*cm^{-1}$)
- I = cammino ottico (cm)
- c = concentrazione (M)
________
| |
| |
| |
| |
--------------------> | c,a | ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄>
I0 | | I1
| |
| |
| |
|________|
<┄┄┄┄┄┄>
l
$\epsilon$ indica il valore di assorbanza del composto in esame quando l=1cm e C=1M. Dipende da:
- Natura della sostanza considerata (rapporto struttura-assorbimento)
- Lunghezza d'onda della radiazione $I_0$
$$ \epsilon = \frac{A*PM}{10} $$
Costruzione della retta di taratura§
Riportando su un grafico i valori di assorbanza ad una determinata lunghezza d'onda (generalmente il massimo o uno dei massimi di assorbimento) in funzione della concentrazione molare si ottiene una retta passante per lo zero la cui pendenza è uguale a $\epsilon$.
6 |- - - - - - - -*
|- - - - - - -*
4 |- - - - - -*
|- - - - -*
2 |
|- - -* / ◄╮ "m"
0 +---------+---------------+
20 40 60 80 100
Un'elevata pendenza corrisponde ad un'elevata sensibilità del metodo.
Deviazioni dalla legge di Lambert-Beer§
- Deviazioni strumentali
- Deviazioni chimiche
1. Deviazioni strumentali§
La legge di Lambert-Beer è valida per la luce monocromatica. Impiegando luce bicromatica, ad esempio, bisogna considerare che l'assorbanza del campione è data dalla somma delle due assorbanze relative ai due colori.
$$ A_c = A_1 + A_2 $$
In presenza di luce policromatica si osserva una deviazione dalla linearità.
In caso di particelle sospese in soluzione si verificano effetti di dispersione.
2. Deviazioni chimiche§
All'aumentare della concentrazione aumenta il numero di particelle in soluzione ed aumenta anche il numero di urti fra queste; le forze interioniche e/o intermolecolari aumentano e possono formarsi molecole o aggregati di particelle più complesse, diverse per struttura da quelle in esame, per cui si potrà avere uno spostamento del massimo di assorbimento.
Effetto secondario di un aumento eccessivo della concentrazione del campione è la variazione dell'indice di rifrazione del mezzo.
La legge di Lambert-Beer è valida solo per soluzioni diluite (< $10^{-2} M$)
Scelta della lunghezza d'onda in analisi§
In genere si seleziona la $\lambda_{max}$ per motivi di sensibilità. Se l'assorbimento è alto, è possibile rilevare quantità piccolissime di sostanza.
Questo post ti è stato utile?
Tieni a mente che questo sito è privo di tracker, analytics e pubblicità, quindi tutela la tua privacy ma non guadagna dalle visite (inoltre, è progettato per avere un impatto ambientale minimo).
Se ti piace questo blog, sostieni le mie riserve di caffeina