Fotometrie

 

Princip absorpční elektronové spektroskopie

 

a)      Absorbovaná energie

Chemické látky se liší strukturou molekuly, tedy uspořádáním elektronů a atomových jader. Chemická látka je stabilní při uspořádání s nejnižší energií.

 

·         dodáním energie (zářením, nárazem elektronu, prudkým zvýšením teploty apod.) přejde molekula ze základního do tzv. excitovaného stavu, tedy na vyšší energetickou hladinu. Vzdálenosti energetických hladin odpovídají určitému energetickému stavu (stavy valenčních elektronů, vibrační, rotační stavy).

·         elektronovým přechodům, které vyžadují energii 300 - 1200 kJ/mol odpovídá ultrafialové záření, vibrační přechody vyžadují desítky kJ/mol, což odpovídá infračervenému záření, rotační přechody spotřebují desetiny kJ/mol (mikrovlnná oblast záření) - viz optická spektra.

 

b)      Absorpční elektronová spektra

Podmínkou, aby sledovaná látka absorbovala v ultrafialové nebo viditelné oblasti záření, je přítomnost vazebných p elektronů ve vazebných molekulových orbitalech a nepárových elektronů v nevazebných molekulových orbitalech.

 

Životnost excitované molekuly je velmi krátká (10-8 s), pohlcená energie se často změní v tepelnou, která se absorbuje přítomným rozpouštědlem - nezářivý přechod do základního stavu.

Pokud molekula odevzdá získanou energii vyzářením fotonu, vzniká rozptýlené záření.

 

Chromofory jsou atomy, nebo skupiny atomů silně absorbující v UV oblasti, zpravidla obsahují násobné (hlavně dvojné) vazby.

 

c)       Barevnost látek

Absorpce látek v oblasti viditelného záření, tj. v rozsahu vlnových délek 400 - 750 nm, vede k barevnosti látek.

 

Průhledná látka má barvu odpovídající záření, které sama neabsorbuje, barevný roztok absorbuje záření doplňkové barvy (roztok, který se okem jeví jako červený, absorbuje z viditelného světla především barvu modrozelenou, neabsorbuje barvu červenou).

 

Charakteristika ultrafialových (UV), viditelných (VIS) a blízkých infračervených (IČ) spekter

 

Lambda (nm)

oblast

barva absorbovaného světla

<380

ultrafialová

neviditelná

380 – 440

viditelná

fialová

440 – 500

viditelná

modrá

500 – 580

viditelná

zelená

580 – 600

viditelná

žlutá

600 – 620

viditelná

oranžová

620 – 750

viditelná

červená

750 – 2000

blízká IČ

neviditelná UV - blízká

220 - 380 nm

daleká

< 220 nm

 

 

Lambert-Beerův zákon

 

Při průchodu světla prostředím a za předpokladu, že nedochází ke ztrátám světelného záření (na rozhraní se nic neodráží, žádný rozptyl uvnitř):

 

F0 – tok monochromatického záření vstupující do kyvety

Fa – absorbovaná část světelného toku

F  - neabsorbovaná část světelného toku (vystupuje z kyvety)

 

 

 

Transmitance (propustnost)

 

T = F/ F0 

 

 

Absorptance – část záření, která byla prostředím absorbovaná

 

a = 1 – T   nebo v % … 100 – T

 

častější je vyjádření ABSORBANCE

 

 

Tento jev byl v roce 1729 poprvé formulován P. Bouguerem a později ještě jednou objeven Lambertem.

 

A = - log T  = log 1/T = log F0/ F 

 

 

Spojením Lambertova vztahu a Beerových poznatků je popsán základní vztah pro spektrofotometrické metody chemické analýzy, Lambert-Beerův zákon platný pro monochromatické světlo:

 

            A = ε  ´ c ´ d = -log T

kde:

A - absorbance

c - koncentrace rozpuštěné látky

d - tloušťka absorbující vrstvy

ε  - molární absorpční koeficient

 

Spektrofotometrická nomenklatura

 

Název

Symbol

Definice

Absorbance

A

-log T = log I0/I

Absorpční koeficient

a

A/d ´ c (c v g/l)

(absorptivita)

Molární absorpční koeficient

ε

A/d ´ c (c v mol/l)

(molární absorptivita)

Délka dráhy paprsku

d

tloušťka vrstvy (kyvety)

Transmitance

T

I / I0

Jednotka vlnové délky

nm

10-9 m

Absorpční maximum

λmax

vlnová délka při maximální absorpci světla

 

 

A = S (ei . ci ) . d

 

prochází-li přímka počátkem, roztok obsahuje jen jednu absorbující složku

 

A = A0 + e . c  . d

 

A0 – absorbance pozadí

 

 

 

Absorpční spektra

Na absorpčních křivkách se vyhodnocuje přítomnost maxim, jejich intenzita, počet minim, inflexních a izobestických bodů.

 

Změny v absorpčních spektrech

Vlivem chemických změn např. zavedením další charakteristické skupiny do molekuly nebo změnou použitého rozpouštědla nastává posun absorpčního maxima

 

 

Další informace:

 

Jaroslava Vávrová