SPEKTROSKOPICK VLASTNOSTI LTEK(ZKLADY SPEKTROSKOPIE)

SVTLOElektromagnetick vlnn

Charakterizace zenVlnov dlka - () : jednotky: m (obvykle nm)Souvis s povahou fotonu

Charakterizace zenFrekvence () : jednotky: Hz

udv poet kmit elektromagnetick vlny za sekundu, bhem 1 sdolo ke 2 kmitm (1 kmit = 1 vlna) , a proto je frekvence 2 HzSouvis s povahou fotonu

Charakterizace zenVlnoet ( ) jednotky m-1 (obvykle cm-1) udv poet vln pipadajcch na drhu 1 cm, jednotka cm-1, vtomto ppad pipadaj na 1 cm 2 vlny, vlnoet je 2 cm-1 Souvis s povahou fotonu

Charakterizace zenZiv tok (intenzita)Energii penenou elektromagnetickm vlnnm posuzujeme dle fotometrickch veliin nap. dle zivho toku. Ten je definovn jako podl celkov energie zen (vlnn) prolho zvolenou plochou za jednotku asu. Vliteratue je nkdy tato veliina ztotoovna s intenzitou zen.Souvis s mnostvm (potem) foton

Co je to svtlo?bl svtlo meme rozloit pomoc hranolu na jednotliv spektrln barvy

400 nm760 nm

ROZDLEN OBLAST ZEN

SPEKTROSKOPIEje zaloena na vzjemnm psoben elektromagnetickho zen se zkoumanou ltkou, pi kterm dochz kvmn energie

CO SE ME DT? Zkouman ltka zen pohlcuje i vyzaujeemise obsazuj se ni energetick hladinyabsorpce obsazuj sevy energetick hladinyE0E1E2E0 zkladn energetick hladina; E1 a E2 vy energetick hladinyE2E1E02 121http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/atomphoton/index.html

ENERGIE JE KVANTOVNAABSORPCEEMISE

PKLADFeofytin (rostlinn barvivo) absorbuje fotony o vlnov dlce 409 nm a 665nm. Vypotejte, kter ztchto dvou foton odpovd absorpci o vy energii. Kvpotu lze vyut nsledujc dva vztahy.

E = h ; = c / h Planckova konstanta = 6,62 10-34 Js; c rychlost svtla ve vakuu = 3 108 m/sE energie (J) ; frekvence (s-1) ; - vlnov dlka (m)

pro 409 nm: pro 665 nm: = 3 . 108 / 409 . 10-9 = 3 . 108 / 665 . 10-9 = 7,33 . 1014 s-1 = 4,51 . 1014 s-1E = 6,62 . 10-34 . 7,33 1014 E = 6,62 . 10-34 . 4,51 . 1014 E = 4,86 . 10-19 J E = 2,99 . 10-19 J

CO JE TO SPEKTRUM?Zvislost intenzity (zivho toku) elektomagnetickho zen (nebo s n souvisejc veliiny) prolho vzorkem (pop. intenzity emitovanho elektromagnetickho zen) na vlnov dlce , frekvenci nebo vlnotu

K EMU NM TO BUDE?Jde v podstat o zvislost toho jak moc (intenzita) jsou absorbovny konkrtn fotony (dan vlnov dlky, frekvence, vlnotu)526 nm0,7

POLOHY A TVAR PS (CHARAKTER SPEKTRA)kaj (mohou kat) nco o elektronov struktue, struktue molekuly apod.Jsou charakteristick pro danou ltku a mohou bt vyuity ke kvalitativnmu stanovenERYTROSIN

INTENZITA ABSORPCEMe bt vyuita ke kvantitativnmu stanoven ltek (nap. v analytick chemii)Jak?

Veliiny, kter charakterizuj velikost absorpce zen:transmitance = propustnost (T) udv v %, o kolik se snila intenzita pvodnho zen po prchodu zkoumanou ltkou

T = (I / Io) . 100 (v %)I0 II0 intenzita pvodnho zen, I intenzita zen po prchodu vzorkem

Odvozen Lambert-Beerova zkona

Veliiny, kter charakterizuj velikost absorpce zen:absorbance (A) udv v logaritmick stupnici, kolikrt se snila intenzita pvodnho zen po prchodu vzorkem

A = log I0 / I = - log T

Absorbance nabv hodnot od 0 do , pokud je absorbance nulov,dn zen zkouman ltka nepohltila.

Jak souvis absorbance s koncentrac?pi kvantitativnm stanoven ltek vychzme z Lambert Beerova zkona, kter meme matematicky zapsat: A = . c . l,kde A je absorbance, je molrn absorpn koeficient (l mol-1 cm-1), kter je konstantn pro danou ltku pi konstantn vlnov dlce, c je molrn koncentrace (mol/l), l je dlka kyvety (cm)

Omezen platnosti zkona:monochromatick zen (o konstantn vlnov dlce)zedn, ir roztoky (koncentrace pod 10-2 mol/l)

Stanoven koncentrace:pi spektroskopickch stanoven koncentrace ltek vyuvme nejastji metodu kalibran pmky

Postup: - pprava zkladnho roztoku, jeho koncentrace je vt ne maj vzorkyednm zkladnho roztoku se zskaj kalibran roztoky o znm koncentracizjist se absorbance kalibranch roztok, kter obsahuj stejn inidla jako vzorkysestroj se graf zvislosti absorbance na koncentraci

Grafick postup:zsobn roztok5 mg/100 ml

na 100 ml 1 mg 2 mg 3 mg 4 mg 5 mg odeberu 1 ml 2 ml 3 ml 4 ml 5 ml a doplnm vodou na 5 ml kalibran roztoky

Vsledn graf:

z rovnice kalibran pmky vypotme hodnotu koncentrace (x) neznmho vzorku, kdy za y dosadme namenou absorbanciAc

Chart1

0.33

0.55

0.84

1.08

1.37

koncentrace [mg/100 ml]

absorbance

Koncentrace barviva E102

List1

10.33

20.55

30.84

41.08

51.37

List1

koncentrace [mg/100 ml]

absorbance

Koncentrace barviva E102

Zkladn prvky mcch pstroj:zdroj zen v UV oblasti deuteriov vbojka a ve VIS oblasti wolframov nebo halogenov rovkamonochromtor vymez vlnovou dku (hranol, mka nebo filtr)kyvety se vzorkem pro UV oblast kemenn a pro VIS oblast sklennidlo zen detektor pevd energii zen na jinou mitelnou formuzobrazovac zazen obrazovka potae

ZPSOBY MEN

ZPSOBY MEN

Pstroje k men absorbance:fotometry jako monochromtor maj barevn filtryspektrofotometry jako monochromtor maj hranol nebo mkuV chemick laboratoi se meme setkat se starmi typy spektrofotometr.

Spekol 10 - jednopaprskov vchylkovspektrofotometrSpekol 11 - jednoparskov digitln spektrofotometr

Spektrofotometr USB2000:tato mal krabika v sob obsahujemonochromtor a detektorzobrazovac zazen

ATOMOV SPEKTRArov spektra sloen z ostrch od sebe oddlench ar

PRO JSOU ROV? Dvodem je, e elektrony v atomovm orbitalu mohou nabvat jen uritch vrazn rozdlnch energi a pechod elektronu z jednoho orbitalu do druhho pijetm nebo odevzdnm foton o energii, kter prv odpovd E1- E0 Hladiny energie jsou dny hlavnm (n) a vedlejm (l) kvantovm slem V atomu se v dsledku absorpce a nebo emise me mnit jen rozloen elektron na pslunch atomovch orbitalech (nikoliv nap, rotan a vibran stavy (viz. dle)

ATOMOV SPEKTRAABSORPNEMISN

EMISN ATOMOV SPEKTRANejprve se elektrony excituj na vy energetick hladiny- Zahtm (Teplota)- Psobenm zen o vhodn energii (h)Elektrony se poslze vrac na pvodn energetick hladiny a dochz k emisi zen

RY SE DL DO SRIEmisn spektrum vodku

DLE EHO JE DLME?Do dan srie pat ry odpovdajc peskokm ze vech energeticky vych hladin na jedinou pro danou srii charakteristickou hladinu

DLEN AR DO SRIPibliovn arHrana srieHrana srie

E0E1E22 1Atom v zkladnm stavu absorbuje energii fotonu a elektrony pechz z nich energetickch hladin na vyABSORPN ATOMOV SPEKTRA

ABSORPN ATOMOV SPEKTRASchma experimentu a vsledku

OPT SPEKTRLN SRIETentokrt je rozliujeme podle peskok z danho n (hl. kv. sla) na vechny mon stavy vyHrana srie- odpovd fotonu o energii potebn prv na odtren elektronu na periferii atomu

ABSORPN ATOMOV SPEKTRAAbsorpn kontinuum elektron me absorbovat i vce energie ne je teba na odtren, pebytek se projev jako kinetick energie, ta nen kvantovna a nastv jako spojit absorpce, kter se projev jako pozad lini

ABSORPN ATOMOV SPEKTRA

RENTGENOV SPEKTRAOPT ATOMOV SPEKTRA vznikaj analzou rentgenovho zen rentgenov lampy, kter m antikatodu zhotovenou z kovu, kter zkoumme

RENTGENOV SPEKTRASpojit rentgenov zen pemna kinetick energie elektron z katody pi prudkm zabrzdn na antikatodCharakteristick (rov) spektrum elektrony z katody vyraz z antikatody elektrony z vnitn energetick sfry. Do uvolnnho msta peskakuj elektrony z vych hladin a emituj pitom rentgenov zen

RENTGENOV SPEKTRUM WOLFRAMU

MOLEKULOV SPEKTRAJak se mohou mnit stavy u molekul?

Mohou se mnit elektronov stavy peskoky elektron v molekulovch orbitalechMohou se pohybovat atomov jdra v rmci jedn molekuly mn se rotan a vibran stavyMO MOMOhttp://www.lsbu.ac.uk/water/vibrat.html rotace (pohyb cel molekuly okolo osy)vibrace (zmny dlek a hl vazeb)

MOLEKULOV SPEKTRACelkov energie molekuly (nachzejc se v uritm stavu)E celkov energie molekulyEe energie elektron (kvantovna)Ev energie vibran (kvantovna)ER energie vibran (kvantovna)

MOLEKULOV SPEKTRA

ROTAN SPEKTRAER2B4B6B8B10B

ROTAN SPEKTRA- Obsahuj ry odpovdajc pouze pechodm mezi sousednmi rotanmi stavy (je patrn z vbrovch pravidel) Poskytuj pouze molekuly s pernamentnm diplem (HCl, HBr, HNO3, nikoliv N2, H2) k excitaci dochz v mikrovlnn oblasti (nzk energie a vysok vlnov dlky zen) nejjednodu z molekulovch spekterLinie jsou od sebe vzdleny o konstantn rozdl rotan sp.

VIBRAN SPEKTRA- Zdnliv jednodu, ve skutenosti sloitj (existuje znan mnostv vibrac) jednodu? opt mon jen pechody mezi sousednmi stavy sloitj? pi zmnch vibranch stav dochz tak ke zmnm stav rotanchVIBRAN SPEKTRA jsou psov

VIBRAN SPEKTRAvibran sp.Infraerven I;Infrared IRspektra

K EMU NM TO JE?- Identifikace energetickch stav molekuly Identifikace charakteristickch skupin (-OH; -C=O apod. viz. tabulka)

K EMU NM TO JE? Identifikace ltek urit st spektra je pro danou ltku charakteristick (fingerprint otisk prstu) kvantitativn stanoven ltek pomoc Lambert-Beerova zkona

ELEKTRONOV SPEKTRAelektr. sp.UV-VIS(Ultra-violet, visible)spektra Dochz k pechodm mezi elektronovmi stavy, tedy k peskokm elektron(obvykle mezi vazebnmi a nevazebnmi molekulovmi orbitaly(MO) a antivazebnmi MO (nap. b * ; b *; n *; n * )

V podstat nejsloitj a zrove nejjednodu Nejsloitj zahrnuj pechody mezi rotanmi, vibranmi a elektronovmi stavy Nejjednodu jednoduch spektra s pr psy

Souvis s barevnost ltek

NEJSLOITJ? NEJJEDNODU?Nejsloitj zahrnuj pechody mezi rotanmi, vibranmi a elektronovmi stavySpektrofotometr s nzkm rozlienm

K EMU NM JSOU?- Identifikace energetickch stav molekuly barevnost Identifikace ltek urit st spektra je pro danou ltku do urit mry charakteristick (ale nen to zcela jako u vibranch spekter) kvantitativn stanoven ltek pomoc Lambert-Beerova zkona

Barevnost ltek:bezbarv ltky neabsorbuj zen ve viditeln oblastibarevn ltky absorbuj st viditelnho zenbarva pozorovan okem je barvou doplkovou k barv pohlcenho zenbarva doplkov je zbytek neabsorbovanho zen

Absorbovan zen a doplkov barva:

Absorbovan zen[nm]Barva absorbovanho zenBarva doplkov (barva roztoku)400 435435 480480 500500 560560 580580 595595 - 760

Pokus se vyeit nsledujc kol:Na nsledujcch obrzcch jsou v kyvet zaifrovan barevn roztoky ltek. Vam kolem je odhadnout barvu roztoku a absorpn maximum tto ltky.a) b)

Chromofory:charakteristick funkn seskupen zodpovdn za barevnost sloueniny asto se jedn o konjugovan systm nsobnch vazeb

Na nsledujcm obrzku je vzorec ervenho potravinskho barviva. Pokuste se urit, kter funkn skupina bude zodpovdn za barevnost sloueniny.

Charakteristika ltek pomoc absorpnho spektra:Kad ltka m sv charakteristick absorpn spektrum, kter me mt jedno i vce absorpnch maxim. Barevnost ltky posujeme dle jej absorpce ve viditeln oblasti. Na nsledujcch obrzcch jsou uvedeny spektra dvou stejn barevnch potravinskch barviv. Odhadnte jejich barvu a porovnejte jejich spektra.

Nsledujc obrzky zobrazuj dv spektra roztok, jejich vsledn barva jestejn. Zkuste tuto barvu odhalit. Prvn spektrum charakterizuje jednu ltku zodpovdnou za dan zbarven. V druhm ppad se jedn o sms dvou rznch barviv. Z pomoc tohoto spektra zjistte, jak barvy byly smchny.

LUMINISCENN SPEKTRA Deexcitace vyzaovnm svtla - emise U molekul navc - neziv pechody snen energie- fluorescence t = 10-5 - 10-10- fosforescence t = 10-2 nkolik dnJak se molekuly z excitovanho stavu dostanou do stavu zkladnho?

ABSORPN ATOMOV SPEKTRA