SPETTROSCOPIA UV/visibile

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CATANIA DIP SCIENZE DEL FARMACO CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN CHIMICA E TECNOLOGIA FARMACEUTICHE Laboratorio di Analisi dei Farmaci 1 LAF-1 8 CFU Corso M-Z SPETTROSCOPIA UV/visibile Prof.ssa Milena Rizzo A.A

2 Introduzione teorica Si definiscono METODI SPETTROSCOPICI tutti i metodi analitici, qualitativi e quantitativi, basati sulla misura di un segnale proveniente da un campione opportunamente trattato con radiazione elettromagnetica

3 Introduzione teorica I METODI SPETTROSCOPICI vengono classificati sulla base della regione dello spettro utilizzata o sulla base del meccanismo di interazione tra radiazione e campione analizzato. I fenomeni sfruttati sono: -emissione -assorbimento -fluorescenza

4 Introduzione teorica Spettro elettromagnetico

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6 SPETTRO ELETTROMAGNETICO L insieme di tutte le radiazioni elettromagnetiche costituisce lo spettro elettromagnetico che copre tutto l intervallo compreso fra i raggi gamma (λ ~ 1pm)e le onde lunghe (λ ~1 Km). Lunghezze d onda Zone dello spettro 1 pm Raggi gamma 1 nm Raggi X nm UTRAVIOLETTO nm VISIBILE 1 mcm Infrarosso 1 mm microonde 1 m onde corte, radio 1 km onde lunghe

7 Introduzione teorica La radiazione elettromagnetica si rappresenta come la combinazione di un campo elettrico alternato ed un campo magnetico che si propagano, con moto ondulatorio, su due piani perpendicolari tra loro. All onda è associata una energia QUANTIZZATA rappresentata dai FOTONI

8 MODELLO CORPUSCOLARE I fotoni sono dei quanti di energia e sono dei veri e propri corpuscoli in movimento. L energia di un fotone è proporzionale alla frequenza della radiazione ed è data dalla equazione di Einstein-Planck: E = hν poiché C=νλ E = hν = h c/λ h= 6.63x10-34 J-s Le radiazioni a maggiore energia, dunque, sono quelle a più alta frequenza (e minore lunghezza d onda). N.B. Quando un onda elettromagnetica passa dal vuoto ad un altro mezzo, la sua velocità diminuisce e, in proporzione, anche la sua lunghezza d onda

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11 Introduzione teorica Transizioni elettroniche Assorbimento di radiazione luminosa Preparazione dei campioni e registrazione degli spettri I cromofori Gruppi cromofori singoli e loro interazioni Applicazioni della spettroscopia UV/Vis

12 Introduzione teorica Transazioni elettroniche implicanti un fotone Caratterizzazione della radiazione elettromagnetica E = m c 2 E = h ν c = ν λ

13 Introduzione teorica Processi fotofisici nelle transizioni elettroniche Processi radiativi A assorbimento F fluorescenza Ph fosforescenza Processi non radiativi IC conversione interna ISC intercombinazione

14 Introduzione teorica Irradiazione della materia Stato elettronico fondamentale ψ 0 Stato elettronico eccitato ψ 1 Ritorno alla stato fondamentale emissione spontanea emissione stimolata E = E (ψ 1 ) -E (ψ 0 ) = h ν

15 Introduzione teorica Livelli energetici E tot = E el + E vibr + E rot Per una transizione E tot = E el + E vibr + E rot

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17 Introduzione teorica Orbitali interessati alla transizione elettronica, Questi due tipi di orbitali sono quelli coinvolti in una reazione chimica HOMO: Highest occupied molecular orbital, quindi è l'orbitale molecolare contenete elettroni a più alta energia. LUMO: Lowest Un-occupied molecular orbital cioè l'orbitale molecolare vuoto a più bassa energia.

18 Tipologie di elettroni Gli elettroni possono essere: -di tipo sigma σ,costituiti da una nube elettronica addensata lungo l'asse congiungente i nuclei dei due atomi legati (i legami semplici sono di questo tipo) -di tipo pi-greco π,costituiti da nubi elettroniche che presentano la maggior densità al di fuori dell'asse che congiunge i nuclei (come avviene nei legami doppi o tripli) -elettroni di non legame (n), sono elettroni non impegnati in alcun legame, come per esempio i doppietti elettroni presenti sull'ossigeno o sull'azoto. Gli elettroni meno legati risultano più facilmente eccitabili Per gli elettroni noccorrerà un'energia ancora minore e quindi una radiazione con lunghezza d'onda maggiore.

19 Tipologie di elettroni Se in una molecola sono presenti doppi legami coniugati, si verifica una delocalizzazione elettronica con conseguente diminuzione energetica tra un livello e l'altro; per effettuare transizioni occorreranno quindi radiazioni di minor energia, quali ad esempio quelle nel campo del visibile. Normalmente, saranno perciò gli elettroni delocalizzati ad entrare in gioco, ad esempio quelli che partecipano al legame del doppio legame carbonio-carbonio e quelli di un doppietto elettronico libero dell'azoto o dell'ossigeno. In definitiva una molecola può essere colorata nel caso in cui siano possibili le transizioni viste, quindi la molecola deve essere insatura e avere elettroni di non legame. E necessario comunque che i gruppi siano numerosi.

20 transizioni nell aldeide formica Esempi di transizioni elettroniche

21 SPETTROSCOPIA UV/VIS dall UV al Visibile

22 rivelatore a diodi

23 Introduzione teorica Legge di Lambert e Beer A = -log T = log I 0 / I L Assorbanza dipende - dallo spessore b della sostanza attraversata dal raggio - dalla concentrazione c della stessa quindi A =k b c dovekè una costante che dipende dalla sostanza esaminata, dal solvente, dalla lunghezza d onda. Ha valori numerici e sigla (a od ε) a seconda dell unità di misura utilizzata per esprimere la concentrazione.

24 dipendenza dalla concentrazione Legge di Lambert e Beer Cioé A = -log T = log I 0 / I A =a b c ovvero A = εb c dove asi definisce assorbivitàed esprime l assorbanza di una soluzione a concentrazione 1g/litro εsi definisce coeff. di estinzione molareed esprime l assorbanza di una soluzione a concentrazione 1M

25 dipendenza dallo spessore Assorbimento della radiazione I = I 0 -I ass Dipendenza funzionale dell intensità dallo spessore E = log I 0 / I = ε b c I = I abc

26 Introduzione teorica La posizione di assorbimento è influenzata da Effetti sterici Effetti induttivi Effetti mesomerici Spostamenti di transizioni Effetto batocromico Effetto ipsocromico Effetto ipercromico Effetto ipocromico

27 analisi dello spettro Massimi di assorbimento

28 Introduzione teorica Assorbimento influenzato dal ph Solubilizzazione Scelta del solvente

29 I cromofori isolati C-H C-C C=C C=O C=S C=N C=N σ σ σ σ π π π π n π n π π π n π n π

30 CROMOFORI Cromofori coniugati La transizione a più bassa energia π π si sposta a λ maggiori ed è più intensa Importante i contributo dei gruppi auxocromici

31 AUXOCROMI Gli auxocromi sono sostituenti in grado di aumentare il valore della lunghezza d onda della radiazione assorbita (effetto batocromo) in modo da portare nel campo del visibile una molecola che prima assorbiva nel campo dell UV, e per questo non appariva colorata, oppure di aumentare l intensità di colore. I principali auxocromi sono il gruppo ossidrilico -OH e i suoi derivati come -OR il gruppo amminico -NH e suoi derivati come -NHR, -NR -NHCH, -NHOH, -NH-NHil gruppo solfonico -SOH il gruppo carbossilico -COOH

32 Applicazioni Analisi qualitativa Determinazione strutturale Determinazione della reattività chimica degli stati eccitati Determinazione di equilibri e di costanti di dissociazione Studi sulla cinetica di reazione Analisi quantitativa Colorimetria Fotometria

33 Applicazioni Determinazioni spettrofotometriche in FU X Metodo di rivelazione associato a tecniche cromatografiche

34 Applicazioni Determinazioni spettrofotometriche in FU X

35 analisi di impurezze