Emmite modrozelený

Komentáře

Transkript

Emmite modrozelený
ABSORPČNÍ A LUMINISCENČNÍ
SPEKTROMETRIE V UV/VIS
OBLASTI SPEKTRA
Lenka Veverková, 2013
ABSORPČNÍ
SPEKTROMETRIE
ABSORPCE ZÁŘENÍ VE VIS OBLASTI


Při dopadu bílého světla na vzorek může být záření zcela odraženo  látku
vidíme jako bílou; nebo zcela pohlceno  látku vidíme jako černou.
Pokud vzorek část záření pohltí a část odrazí  barva látku viditelná pro
lidské oko odpovídá barvě odraženého záření (tzv. doplňková barva).
 (nm)
Pohlcená barva
Doplňková barva
400-435
fialová
žlutozelená
435-480
modrá
žlutá
500-560
zelená
červeno-purpurová
560-580
žlutozelená
fialová
580-595
žlutá
zelená
595-610
oranžová
zelenomodrá
620-760
červená
modrozelená
MOLEKULOVÉ ORBITALY (MO)
E
MO vznikají při tvorbě vazby z AO.
Ze 2 AO se vytvoří 2 MO.
 2 typy vazebných orbitalů
*
s  2 typy protivazebných orbitalů
p*  1 nevazebný orbital; n* neexistuje,
protože n orbitaly se nepodílí na
vazbě!
n
 Absorpční pásy mohou patřit 6
p typům přechodů (4 u molekul, 2 u
anorganických iontů).
s  Symetricky zakázané přechody (v
daleké UV oblasti).
UV/VIS SPEKTRA MOLEKUL A IONTŮ

Pokud molekula nebo ion absorbuje záření v UV nebo Vis oblasti
spektra, dojde k elektronovému přechodu valenčního e-.
Intenzita pásů (dle kvantové mechaniky):
1.
2.
3.

Přechody dovolené – ze základní singletové do excitované singletové
hladiny; max  104 – 105 l.mol-1.cm-1
Přechody spinově zakázané – málo pravděpodobné přechody ze základní
singletové do excitované tripletové hladiny; max  100 l.mol-1.cm-1
Přechody symetricky zakázané max  102 l.mol-1.cm-1; vibrace jader
molekuly vede k diferenci v rozdělení e- a tím ke změně dipólového
momentu molekuly a přechodu e-.
MOLEKULY:
UV/VIS SPEKTRA MOLEKUL

p  p*, n  p* uvedeme společně, chemické skupiny často
obsahují jak p tak n e-, oba typy přechodů přispívají k tvorbě
absorpčních pásů.


Přechody p  p* jsou relativně nezávislé na atomech spojených
s dvojnou vazbou, jsou dovolené a intenzivní:   103 - 105.
Přechody n  p* jsou symetricky zakázané a nejsou příliš intenzivní (
 10 - 102), jejich absorpční maximum je silně závislé na druhu atomu
(poloha n e- je silně závislá ne elektronegativitě heteroatomu).
s  s* vytvářejí jednoduché vazby – alifatické uhlovodíky.
Prakticky nepoužívané vzhledem ke krátkým  (nutno pracovat
ve vakuu).
 n  s* poskytují substituenty s nevazebnými e- – nasycené
sloučeniny se S, N, Br, I, které absorbují do 200 nm a O a Cl,
které absorbují nad 200 nm.

UV/VIS SPEKTRA MOLEKUL
Chromofor – funkční skupina v molekule odpovědná za
absorpci záření v UV a Vis oblasti. Obecně lze říci, že skupiny s
p e- jsou chromofory pro UV a Vis oblast a skupiny se s e- pro
dalekou UV oblast.
 Konjugační efekt – s rostoucím počtem konjugovaných
dvojných vazeb se posouvá absorpční pás pp* přechodu k
delším .
 Auxochrom – funkční skupina, která způsobuje posun 
absorpčních maxim chromoforů a zvyšují intenzitu pásů, př.:
OH, NH2, halogenidy. Posuny maxim a změna intenzity vlivem

substituce či volbou rozpouštědla jsou důležité pro strukturní analýzu.
Bathochromní (červený) posun – k delším .
Hypsochromní (modrý) posun – ke kratším .
Hyperchromický efekt – zvýšení intenzity absorpce.
 Hypochromní efekt – snížení intenzity absorpce.



UV/VIS SPEKTRA IONTŮ

Přenos náboje – intenzivní   103 - 104, hlavně UV; molekula
donoru vytváří s molekulou akceptoru komplex, jež se projeví
novým absorpčním pásem (p  p*, n  p*) [Fe2+ s
fenantrolinem, Fe3+Fe(SCN)2+, komplexy fenolů s Cu2+ či Fe3+].
M-L + hn  M+-L Přenos v ligandovém poli – málo intenzivní   101 - 102,
hlavně Vis [ [Cu(H2O)6]2+ absorbuje při 790 nm].
Volný atom přechodného kovu
má 5 degenerovaných d
orbitalů. Je-li atom v komplexu,
působí na něj elektrostatické
pole ligandů a d orbitaly se
rozštěpí.
Spektrum Fe3+ s o-fenantrolinem
INSTRUMENTACE
KOLORIMETR(ie) – vizuální porovnávání intenzity zbarvení
vzorku a standardu nebo řady standardů.
 FOTOMETR(ie) – objektivní měření prošlého toku záření:



FOTOMETR – barevný filtr k vymezení .
SPEKTROFOTOMETR – obsahuje monochromátor.
KYVETY

Materiál: sklo, křemen, plast
David MILDE, 2004
KOMERČNÍ PŘÍSTROJE
David MILDE, 2004
KVANTITATIVNÍ ANALÝZA
• Průmyslové aplikace: farmaceutický, potravinářský, sklářský,výroba barev
KVALITATIVNÍ ANALÝZA
STANOVENÍ 2 LÁTEK VE SMĚSI
Solving for c(Fe) gives the concentration of Fe3+ as 1.80.10–5 M. Substituting
this concentration back into the equation for the mixture’s absorbance at a
wavelength of 396 nm gives the concentration of Cu2+ as 1.26.10–4 M.
STUDIUM KOMPLEXŮ – JOBOVA METODA
(METODA KONTINUÁLNÍCH VARIACÍ)
Slouží k určení stechiometrického složení a podmíněné
konstanty stability komplexu:
M + yL  MLy
 Měří se série roztoku s konstantním ntot a proměnným nM a nL
(ekvimolární roztoky):
ntot = nM + (nL)i

(X L )i 
(n L )i
n tot
X M  1  (X L )i


Maximum Abs je dosaženo pro stechiometrické složení komplexu.
Je-li to možné měříme při , kde absorbuje pouze komplex.
XL
XL
y

XM 1 XL
XL = 0,75  y = 3  ML3
XL = 0,5
y=1
ML
XL = 0,67
y=2
ML2
SPEKTROFOTOMETRICKÉ TITRACE


Určování BE na základě změny absorbance s přídavkem
titračního činidla. Tento způsob titrace je experimentálně
jednoduchý a má uspokojivou přesnost.
Titrační křivky:
A.
B.
C.
Absorbuje pouze titrační činidlo (titrace s uvolňováním Br2, I2).
Absorbuje produkt titrační reakce.
Absorbuje pouze titrovaná látka (stanovení Pb titrací chelatonem 
uvolňování xylenové oranže z komplexu s Pb).
(FOTO)LUMINISCENČNÍ
SPEKTROMETRIE
FOTOLUMINISCENCE
Jde o emisi záření látkou, které bylo před tím absorbováno.
 Dělení: FLUORESCENCE, FOSFORESCENCE.
 Návrat látky z excitovaného (doba života excitovaného stavu
10-5 – 10-9 s) do základního stavu – relaxace:





Vibrační deaktivace – nadbytek E uvolněn ve formě tepla
Emise – nadbytek E uvolněn jako foton
Relaxace pomocí fotochemické reakce:
A*  X + Y
Elektronové stavy organických molekul se dělí na:
S – singletový
T - tripletový
Dubletový stav – lichý e- u volného radikálu, který může zaujmout 2 orientace.
FOTOLUMINISCENCE

FLUORESCENCE: emise fotonu při přechodu z S1 (nebo
S2,…) do základního stavu S0. Doba života excitovaného stavu
(za jakou dobu dojde k emisi) závisí na  při absorpci záření:
pro   104 – 105 je doba 10-7 – 10-9 s, pro   101 – 102 je doba
10-5 – 10-6 s.


Fluorescence odeznívá velmi rychle po ukončení excitace (vypnutí
zdroje excitačního záření).
FOSFORESCENCE: emise fotonu při přechodu z T1 na S0.
Doba života excitovaného T stavu je 10-4 – 102 s 
fosforescenční záření sledujeme delší dobu po ukončení
excitace.

Elektron po absorpci záření nejprve přejde z S1 na T1 (přechod z S0 na
T1 je zakázaný)!
DIAGRAM ENERGETICKÝCH HLADIN
MOLEKULY
vr … vibrational relaxation
ic … internal conversion
ec … external conversion
isc … intersystem crossing
2
4
1
3
DEAKTIVAČNÍ PROCESY V MOLEKULÁCH

Preferovaný přechod do základního stavu je ten, který
minimalizuje dobu života excitovaného stavu!
Nezářivá deaktivace
Vibrační relaxace – rychlý proces (10-12 s), molekula ve vyšším vibračním
stavu snižuje svou E přechodem na nejnižší vibrační podhladinu
excitovaného (i základního) stavu.
 Vnitřní konverze – molekula na nejnižší vibrační podhladině excitovaného
stavu přechází do vyšší vibrační podhladiny nižšího energetického stavu.
Kombinací ic a vr může molekula přejít z excitovaného do základního stavu bez
emise fotonu!
 Vnější konverze – nadbytek E je předán rozpouštědlu či jiné složce matrice.
 Mezisystémový přechod – molekula na nejnižší vibrační podhladině
excitovaného stavu přechází na vysokou energetickou podhladinu stavu s
nižší E a jiným spinem.


Zářivé deaktivace: fluorescence a fosforescence
FLUORESCENCE – EMISE PŘI PŘECHODU E- Z
NEJNIŽŠÍ VIBRAČNÍ PODHLADINY S1 NA S0


Lze ji pozorovat pouze pokud je účinnějším prostředkem deaktivace než
nezářivé přechody.
Intenzita fluorescence IF:
(F = NF/N … flourescenční výtěžek)
I F  kF (P0  PT )
I F  2,303 k FP0 bc
Z Lambertova  Beerova zákona PT  P0 10bc

IF roste s F, P0,  a koncentrací.

Vliv teploty a viskozity rozpouštědla na F.


Fluorescenční přechod může skončit na různých vibračních podhladinách
S0  pásové spektrum.
Ke fluorescenci dochází u 3, nezáleží na tom, zda byla molekula
excitována 1 do S1 nebo 2 do S2.
EXCITAČNÍ A EMISNÍ SPEKTRA

1.
2.
2 typy fluorescenčních spekter:
Excitační: IF v závislosti na  budícího záření při konstantní 
emitovaného záření – slouží k určení účinné  pro vyvolání
fluorescence.
Emisní: IF v závislosti na  emitovaného záření při konstantní 
excitačního záření.
VLIV STRUKTURY NA LUMINISCENCI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Luminiscenci neposkytují nasycené uhlovodíky a zřídka nenasycené
alifatické uhlovodíky.
Intenzivní F: aromatické uhlovodíky s nízkoležícími S stavy pp*.
P vykazují aromatické sloučeniny s C=O nebo heteroatomy.
Vliv substituce aromatického jádra na F: -NO2, -OH, …
Aromáty s halogen substituenty zvyšují P a snižují F.
Luminiskují zejména velké a pevné rovinné molekuly s rigidní
strukturou.
SOUVISLOST ABSORPČNÍCH A
EMISNÍCH SPEKTER



Luminiscence začíná na nejnižší
vibrační podhladině S1 (T1)  Eemit
je menší než Eabs. Luminiscence se
objevuje u vyšších  než absorpce.
Luminiscenční
spektrum
bývá
zrcadlovým obrazem absorpčního.
Mohou se protínat v 0.
0 odpovídá nejmenší E pro absorpci
a je v absorpčním spektru
nejintenzivnější.
INSTRUMENTACE - FLUORESCENCE
Optická dráha mezi zdrojem a detektorem svírá 90°.
 Fluorimetr: k vymezení  slouží filtry; zdroj: Hg výbojka.
 Spektrofluorimetr:
mřížkové monochromátory; zdroj
nejčastěji Xe vysokotlaká výbojka (spojité spektrum).



Kyvety: 1 cm, křemen
Rozpouštědla: nesmí
fluoreskovat.
Instrumentace - fosforescence

Nutné rozlišit fluorescenci a fosforescenci!
David MILDE, 2004
PŘÍPRAVA
VZORKŮ
Kapalné: zmrazení v
kapalném N2 vytvoří
opticky čistou pevnou
látku
(vzorek
v
rozpouštědle).
Pevné: nanesení vzorku
na pevný substrát (desky
tenkovrstvé
chromatografie) – možno měřit za
laboratorní teploty.
KOMERČNÍ PŘÍSTROJE
David MILDE, 2004
ANALYTICKÉ VYUŽITÍ
KVALITATIVNÍ ANALÝZA: menší využití – zejména pro
polycyklické aromáty; molekuly s jemnými strukturními
rozdíly mají velmi podobná spektra.
 KVANTITATIVNÍ ANALÝZA: komplexy s kovy, organické
sloučeniny.

• Chemiluminiscence: chemická reakce produkuje
molekuly v excitovaném stavu, které emitují fotony.
• Bioluminiscence: k reakcím produkujícím molekuly
v excitovaném stavu dochází v biologických
systémech.
ANALYTICKÉ VYUŽITÍ
FRANK-CONDONŮV PRINCIP
Hmotnost atomových jader je několik řádů větší než hmotnost
elektronu a vzájemný pohyb jader atomů v molekule (vibrace
molekuly) je pomalejší (10-12 s) než rychlost přechodu
elektronů (10-15 s).
 Při přechodu elektronu ze základního do excitovaného
stavu proto zůstane zachována původní vzdálenost mezi
jádry atomů; tato vzdálenost však nemusí odpovídat
optimální (minimální) E molekuly v excitovaném stavu a
proto jádra atomů zaujmou nejvýhodnější (rovnovážnou)
vzdálenost až dodatečně, po přechodu elektronu.

FRANK-CONDONŮV PRINCIP
a
b

Potenciálové jámy s vibračními podstavy.

Hodnota kvantového vibračního čísla určuje počet uzlů
vibrační vlnové funkce pro
daný stav molekuly.

Minimum křivky potenciální energie odpovídá
rovnovážné
vzdálenosti
mezi oběma atomy. Tato
vzdálenost může být stejná
pro základní a pro excitovaný E stav molekuly (a),
ale častěji je v excitovaném
stavu větší než ve stavu
základním (b).

Podobné dokumenty

MChV Luminiscence - Jan Preisler`s page

MChV Luminiscence - Jan Preisler`s page dochází postupně k přechodu na nižší vibrační hladiny téhož excitovaného stavu. Energie se rozptýlí v okolí (solvent).

Více

O 2

O 2 rozpadové řady (t1/2 = 138 dní)

Více

paschens zákon

paschens zákon  Minimální pološířka čáry je dána přirozenou šířkou čáry (P= 10-5 nm) je dána Heisenbergovým principem neurčitosti (není možné zcela přesně určit polohu e- a jeho rychlost; ekvivalentně pak E a ...

Více

Laboratorní příručka – Oddělení patologie Nemocnice Český

Laboratorní příručka – Oddělení patologie Nemocnice Český s cílem dosáhnout co nejpřesnějších závěrů v co možná nejkratším čase. Je určena především lékařům a sestrám klinických pracovišť jak naší nemocnice, tak ambulantním zdravotnickým zařízením mimo ne...

Více

NEJSTABILNEJSI IZOMERY ZIDLICKOVE KONFORMACE

NEJSTABILNEJSI IZOMERY ZIDLICKOVE KONFORMACE u trans-1,3-diterc-butylcyklohexanu nebo cis-1,4-diterc-butylcyklohexanu) H

Více

VÁPNÍK, HOŘČÍK, FOSFOR, ŽELEZO A STOPOVÉ PRVKY

VÁPNÍK, HOŘČÍK, FOSFOR, ŽELEZO A STOPOVÉ PRVKY Intoxikace magnéziem není častým zjevem, i když středně zvýšené hodnoty sérového magnesia jsou pozorovatelné u zhruba 12% hospitalizovaných pacientů. Symptomatická hypermagnesémie je téměř vždy způ...

Více

Vzdělávacím portálu Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně

Vzdělávacím portálu Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně struktury, se nazývají isomery. Látka, jejíţ molekuly se shodují jak sloţením, tak strukturou, je chemické individuum. Isomerie je typická pro organické sloučeniny. Příkladem isomerů jsou ethanol a...

Více

DTI pyridiny

DTI pyridiny Podle vylučovacího potenciálu a podle přepětí vodíku na povlaku kovu lze kationty rozdělit na třídy: I. Kationty s pozitivním redox-potenciálem se snadno vylučují z kyselého roztoku na Pt i Hg-elek...

Více