Méréstechnika 1/15. ML osztály részére 2017. Molekula-spektroszkópia A szóbeli vizsga 3. tételéhez http://tp1957.atw.hu/mt_03.ppt

A tétel tartalma Kulcsszavak, fogalmak: Elektromágneses sugárzás Spektrum, monokromatikus fény Vizuális, ultraibolya és infravörös tartomány Fényabszorpció, abszorbancia Lambert – Beer törvény, érvényességének feltételei híg oldat, homogén, izotróp közeg, párhuzamos lapokkal határolt küvettára merőleges fényút, monokromatikus fény használata Ismertesse a molekula-spektro-szkópiai módszereket (optikai alap-fogalmak, Lambert – Beer törvény, a törvény érvényességének feltételei)! Magyarázza el a fotométerek és spektrofotométerek felépítését! Ismertesse, hogy az abszorpciós spektrum felvétele után milyen szempontok szerint választ hullámhosszat a méréshez! Ismertesse a minta összetételének meghatározását kalibrációs görbe és standard addíciós módszer segítségével! Mutassa be a minőségi és mennyi-ségi meghatározási lehetőségeket egy konkrét, környezeti analitikai példán keresztül!

Az elektromágneses sugárzások minőségi jellemzői Frekvencia: a másodpercenkénti rezgések száma jele f vagy  , mértékegysége 1/s = s–1 = Hz. Terjedési sebesség jele c, mértékegysége m/s. Az elektromágneses sugárzások terjedési sebessége vákuumban a fénysebesség: kb. 3 · 108 m/s. Más közegben (pl. víz, üveg) a sebesség kisebb ennél. Hullámhossz jele , mértékegysége m. Ez is függ a közegtől. A minőségi jellemzők összefüggése: c =  · A fény helye az elektromágneses sugárzások népes családjában: IR VIS UV rádióhullámok mikrohullám fény röntgen-sugárzás -sugárzás f (), E 

Az anyag és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatásai A fényintenzitás (I0) másik homogén közeg határához érve két részre oszlik: IR I0 1. közeg egyik része visszaverődik a felszínről (IR)  ’ felszín másik része behatol az anyagba IA + IT  2. közeg IT A közegbe bejutó fényintenzitás is két részre oszlik: – egy része elnyelődik a közegben (IA), – másik része átjut az anyagon (IT). A fényintenzitások összefüggése: I0 = IR + IA + IT

Optikai mérési módszerek Az előbbi ábrán látható mennyiségek közül mérhetjük a fénytörést (törésmutató),  refraktometria a fényvisszaverést (IR), fényáteresztést (IT), a két utóbbi esetben mérni kell a megvilágító fény intenzitását (I0) is. A fotometria a fényintenzitás mérésén alapuló analitikai módszerek gyűjtőneve. Spektrofotometria: a méréshez felbontott (monokromatikus = egyszínű) fényt használ. A fényáteresztést mérő spektrofotométer elvi vázlata: I0 I fény-felbontó minta detektor jelfeldolgozókijelző

A fotometria, spektrofotometria felosztása Többféle csoportosítás: I. Az alkalmazott fény szerint: diszperzív (felbontott) és nem diszperzív („fehér”). II. A tartomány szerint: infravörös (IR), látható (VIS) és ultraibolya (UV) III. A vizsgált közeg szerint: atom- és molekula- spektroszkópia. IV. Az alkalmazott technika szerint mérhetjük: 1. a kibocsátott fényt; 2. az áteresztett fényt: a) abszorpciós módszerek, b) turbidimetria (zavaros anyagok); 3. a visszavert fényt: reflektometria (egyes mérőbőröndök) 4. a szórt fényt: nefelometria (zavaros anyagok).

A fotometria alapfogalmai A fény megoszlása: I0 = IR + IA + IT I0 = az anyagra bocsátott fény intenzitása, IR = a visszavert fény intenzitása, IA = az elnyelt fény intenzitása (nem mérhető), IT = az áteresztett fény intenzitása; a továbbiakban I. Transzmittancia – az áteresztés mértéke: 0 ≤ T < 1, illetve 0 ≤ T% < 100 Az abszorbancia (A) – az elnyelés mértékét jelző mennyiség.

Az abszorpciós spektrum Az abszorpciós spektrumban az abszorbanciát ábrázoljuk a hullámhossz, (IR-ben a hullámszám) függvényében: Minőségi jellemző az elnyelési maximumok („csúcsok”) és minimumok („völgyek”) hullámhossza. Mennyiségi jellemző: az elnyelési maximumok és minimu-mok abszorbanciája. A magas (nagy A) csúcson nagyobb érzékenységgel mér-hetünk, de a keskeny csúcs bizonytalan mérést eredményez. abszorbancia hullámhossz

A Lambert – Beer törvény és korlátai A fényelnyelés alaptörvénye (a fotometria alapegyenlete): A = ε·c·ℓ ,ahol ε a fajlagos abszorbancia, c a koncentráció (többféle), ℓ a fény úthossza az anyagban. A törvény csak híg oldatokban érvényes, ha nincs asszociáció, disszociáció, reakció az oldószerrel és a fény monokromatikus (egyszínű), a küvettát párhuzamos lapok határolják és rájuk merőleges a fényút. Széleskörűen használják koncentráció mérésére látható tartományban = színes anyagok, illetve = reagensekkel színessé alakított anyagok esetében, valamint IR és UV tartományban színtelen anyagokhoz is.

Spektrofotometriás mérések kiértékelése Alap: Lambert – Beer törvény (A = ·B·ℓ) Ismert fajlagos/moláris abszorbancia esetén közvetlenül számolhatunk a Lambert – Beer törvénnyel. Egypontos = két oldatos módszer Egy ismert koncentrációjú oldatot mérünk nullázás után, az ismeretlen(eke)t ehhez hasonlítjuk. Valójában két pontunk van: a másik a vakpróba A = 0 értékkel. A Lambert – Beer törvény alapján: Többpontos kalibráció = oldatsorozatos módszer ismert összetételű oldatok, egyenes illesztése (ld. következő dia).

Többpontos kalibráció Ismert összetételű oldatokat készítünk, mérjük az abszorbanciákat, ábrázoljuk a koncentráció függvényében, egyenest illesztünk. A(minta) = 0,400 1. leolvasás grafikusan: 0,17 2. számolás az egyenletből: 0,4=2,2352x+0,0295 0,166

Standard addíció Ha a mintában lévő idegen anyagok nagy mennyiségűek, zavarnak, akkor alkalmazzuk. A vizsgálandó mintából azonos mennyiséget mérünk egyforma lombikokba, hozzáteszünk a mérendő anyag ismert összetételű oldatából növekvő térfogato- kat, pl. 0, 1, 2, 3, 4 cm3; jelre töltjük, mérjük. Az adatokhoz egyenest illesztünk. Leolvasás: az x (+c) tengely metszéspontja. A valóság: y = a*x + b y = 0 x = b/a jel x +1 +2 +3 +4 +c