MOLEKULOVÁ ABSORPČNÍ SPEKTROFOTOMETRIE v UV a viditelné oblasti spektra ENERGIE MOLEKULY [• ]E[M] = E[T] + E[R] + E[V] + E[E] [• ] E[E] > E[V] > E[R] > E[T] Kvantovaná energie Þ energetické hladiny: – Rotační Þ přechody mezi rotačními stavy  rotační spektra (MW) – Vibrační Þ přechody mezi vibračními stavy  vibrační spektra (IR) ΔE[V] » X.10^4 . ΔE[R] – Elektronové Þ přechody mezi elektronovými stavy  [– ]elektronická spektra (UV-Vis) ΔE[E] » X.10^2 . ΔE[V][] ENERGETICKÉ PŘECHODY V MOLEKULE A MOLEKULOVÁ SPEKTRA ELEKTRONICKÉ PŘECHODY VE FORMALDEHYDU ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ SPEKTRUM ELEKTROMAGNETICKÉHO ZÁŘENÍ ZÁŘENÍ UV - Vis E = hν = hc/λ VIDITELNÉ SVĚTLO Záření o vlnových délkách 400 - 800 nm je viditelné světlo, které je absorbováno a emitováno elektrony v atomech a molekulách, když přecházejí mezi energetickými hladinami. INTERAKCE ZÁŘENÍ S LÁTKOU • Absorpce 1 • Emise 2 • Luminiscence 3 PROPUSTNOST A BARVA ABSORPCE A KOMPLEMENTÁRNÍ BARVY UV-Vis spektroskopie Fotometrie [• ]Signál: zářivý tok Φ (W), dopadající Φ[0][] – Emisní – Absorpční – Luminiscenční (fluorescenční, fosforescenční) • Transmitance T = (Φ/Φ[0]); (Φ/Φ[0])´100 (%) • Absorbance A = log(Φ[0]/[ ]Φ)= -log T; 0£A  Transmitance a délka absorbujícího prostředí: zákon Bouguer-Lambert Transmitance a koncentrace zákon Beerův UV-Vis spektroskopie Bouguert-Lambert-Beerův zákon UV-Vis spektroskopie Bouguert-Lambert-Beerův zákon Bouguert-Lambert-Beerův zákon Charakteristika absorpčního píku Charakteristika absorpčního píku Charakteristika absorpčního píku Výběrová pravidla Charakteristika absorpčního píku Výběrová pravidla Charakteristika absorpčního píku Výběrová pravidla • Molekulové orbitaly MO • Lineární kombinace atomových orbitalů MO-LCAO Výběrová pravidla Symbolika a členění molekulových orbitalů • Osové kvantové číslo λ je analogií vedlejšího (orbitálního) kvantového čísla l u atomů. • λ kvantuje úhlový (orbitální) moment hybnosti elektronu na dané energetické hladině molekuly; nabývá celočíselných hodnot λ = 0, 1, 2, 3, 4, … • Pro jednoelektronové orbitaly odpovídající jednotlivým hodnotám λ = 0, 1, 2, 3, 4, … se užívá značení σ, π, δ, φ, γ podobně jako značení s, p, d, f, g pro atomové orbitaly. • Protivazebné orbitaly se značí σ*, π* … • Celkové orbitální kvantové číslo Λ je analogií celkového vedlejšího kvantového čísla L u atomů. [• ]Λ respektuje přítomnost více než 1 elektronu na dané hladině a platí Λ = Σ λ[i][] Výběrová pravidla Symbolika a členění molekulových orbitalů • Značení orbitalů pro Λ = 0, 1, 2, 3, 4, … se provádí velkými písmeny Σ, Π, Δ, Φ, Γ analogicky ke znační atomových orbitalů S, P, D, F, G. [• ]Celkové spinové kvantové číslo S = Σ s[i] • Multiplicita termu (hladiny) je 2S + 1 • Energetická hladina se zapisuje jako ^2S+1^ Λ, tedy konkrétně ^2Σ, ^3Σ, ^2Π, ^2Δ. • Molekulové orbitaly se rozdělují podle symetrie vůči počátku souřadnic umístěnému uprostřed mezi oběma atomy (sudé a liché funkce). • Sudé molekulové orbitaly se označují dolním indexem g (gerade), liché orbitaly u (ungerade). Výběrová pravidla Symbolika a členění molekulových orbitalů • Kombinace atomových orbitalů Výběrová pravidla Symbolika a členění molekulových orbitalů • Přechody jsou možné: Ø gerade ® ungerade (g ® u) Ø ungerade ® gerade (u ® g) Derivační spektrofotometrie 1. derivace Derivační spektrofotometrie 2. derivace Derivační spektrofotometrie • S rostoucím n sudé derivace klesá šířka centrálního Gaussova píku • Sudé derivace mají vždy centrální pík s alternujícím znaménkem, který koinciduje s původním píkem(λ[max]) Derivační spektrofotometrie Derivační spektrofotometrie • Derivace Lambert-Beer-Bouguer zákona = zvýšení citlivosti: A = ε·l·c Derivační spektrofotometrie • Velikost derivace v inflexních bodech profilu píku je nezávislá na velikosti pozadí, pokud je v rozsahu Δλ šířky absorpčního pásu přibližně konstantní. • Derivováním spekter superponovaných na zvýšeném pozadí korigujeme pozadí a zvyšujeme poměr S/B, podstatný pro určení meze detekce • Derivace absorpčních pásů na šikmém pozadí (rozptyl záření) umožňuje určit přesnou vlnovou délku λ[max]. Derivační spektrofotometrie Derivační spektrofotometrie Derivační spektrofotometrie Derivační spektrofotometrie • Zlepšení rozlišení překrývajících se absorpčních pásů ] – Odhalení pásů příslušejících nečistotám – Přesné určení λ[max ]širokých absorpčních pásů • Zvýšení citlivosti měření • Eliminace pozadí – Rayleighova rozptylu – Konstantního pozadí (v závislosti na λ) – Neselektivní absorpce matrice • Zlepšení poměru signál/pozadí Derivační spektrofotometrie Tvorba derivačních spekter 1) Elektronicky: výstupní napětí proporcionální absorbanci je diferencováno vzhledem k času – vhodné pro skenující monochromátory: – Analogové derivační obvody: •Zesilovač •Derivační členy RC •Pásové filtry pro redukci šumů určitých frekvencí •Kombinace derivačních členů pro vyšší derivace Analogová derivační spektrofotometrie – zvýšení citlivosti ve srovnání s „klasickou fotometrií“ 5^n – násobné, kde n = řád derivace x každý RC-člen snižuje poměr S/N faktorem 2. Derivační spektrofotometrie Elektronická tvorba derivačních spekter – diferencování vzhledem k času: Derivační spektrofotometrie Tvorba derivačních spekter 2) Opticky: rychlá modulace λ záření ] do kyvety; Modulace λ = rychlé změny λ, periodické skenování ±λ v malém intervalu Δλ; Δλ<< FWHM absorpčního pásu. Derivační spektrum – jako funkce času (konstatní rychlost skenu dλ/dt ) Derivační spektrofotometrie Tvorba derivačních spekter – opticky • Modulace λ: provedení modulace vlnové délky: • rychlým periodickým skenem monochromátoru ±λ • kmitající planparalelní destičkou (posun paprsku) • oscilací vstupní nebo výstupní štěrbiny (změna úhlu dopadu paprsku na mřížku) střídavý fotoproud ~ změně Φ v úzkém intervalu Δλ: 1.derivace spektra ~ 1. harmonická fotoproudu (AC) 2.derivace spektra ~ 2. harmonická fotoproudu (AC) Derivační spektrofotometrie Tvorba derivačních spekter – opticky b) Dvouvlnová spektrofotometrie: spektrometr se dvěma monochromátory, které skenují simultánně s rozdílem Δλ= 1 až 5 nm. Dva monochromatické paprsky procházejí střídavě kyvetou (rotující sektor, zrcadlo). Derivační spektrofotometrie Tvorba derivačních spekter 3) Matematicky: v současné době nejvíce používáno Aproximace 1. derivace: polynom, Savitzky-Golay