Spettroscopia UV-visibile

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1 Spettroscopia UV-visibile Cosa si misura: Trasmittanza ed Assorbanza Molti composti assorbono la radiazione elettromagnetica nelle regioni del visibile (vis) e dell ultravioletto (UV). Nel diagramma sottostante (wikipedico) si mostra come, avendo un fascio di intensità I 0 incidente sul campione, troviamo una intensità I 1 dopo l attraversamento del campione.questo processo può essere rappresentato da diverse grandezze: Transmittanza, T = I 1 / I 0 Transmittanza percentuale, %T = 100 T Absorbanza, A = log 10 I 0 / I 1 A = log 10 1 / T A = log / %T A = 2 - log 10 %T In particolare l ultima relazione ci consente di trasformare la trasmittanza in assorbanza. La relazione tra queste quantità è illustrata anche nel diagramma sottostante: E evidente che le due grandezze sono utili in contesti diversi: se stiamo trattando il caso in cui gran parte della luce è assorbita, converrà parlare di assorbanza, se viceversa gran parte della luce è trasmessa, parliamo di trasmittanza. ATTENZIONE: La luce incidente sul campione può essere invece riflessa, o in certi casi diffusa. In tutti questi casi è errato interpretare come assorbanza la misura di I 1 / I 0. Bisogna porre attenzione a cosa accade nel nostro campione, e non fidarsi ciecamente di quello che può dire lo strumento!!!

2 La legge di Lambert-Beer. Con questo nome si indica una legge empirica che esprime l assorbanza A di una soluzione in funzione del coefficiente d estinzione molare ε (unità di L/mole/cm), la lunghezza della cammino ottico l (in cm), e la concentrazione c della soluzione (in mole/l) A=εlc Questa è un caso particolare della più generale legge che descrive l assorbimento di parte della radiazione incidente su uno strato di spessore l di un mezzo. Il rapporto tra le intensità della luce incidente (I 0 ) e trasmessa (I 1 ) è espresso dalla seguente relazione dove k λ è detto coefficiente di estinzione ed è una costante tipica del mezzo attraversato per la lunghezza d'onda λ. In questo caso l assorbanza A è per definizione: A = log 10 k l e λ A = log ( e) k l Cioè l assorbanza dipende linearmente da l ed a k λ. Ecco perché si è definita l assorbanza come logaritmo. 10 Il coefficiente d estinzione molare ε, per un colorante come il β-carotene vale all incirca L/mol/cm, per il colorante azobenzene è circa L/mol/cm, mentre per lo ione Cu 2+ del CuSO4 è solo [Appl. Spectr 45, 723, 1991]: la soluzione infatti appare molto colorata a causa dell elevata solubilità del sale. λ ATTENZIONE: La legge di Lambert-Beer di per sé può essere estrapolata a regimi di assorbanza molto elevata, a cui l intensità di luce dopo il campione può non essere più misurabile...

3 Come funziona lo spettrofotometro Jasco V-550 Sorgente luminosa: per coprire l intero range di misura, da 190nm a 900nm, ci sono due lampade, una a filamento di tungsteno (W) per il visibile, una a Deuterio per l UV. Il sistema decide quale usare a seconda della lunghezza d onda a cui si lavora. La lunghezza d onda a cui avviene il cambio è 350nm (selezionabile via software). La selezione avviene tramite uno specchio mobile a due posizioni, che convoglia la luce verso la fenditura di uscita (a sinistra nella foto). Deuterio W specchio Monocromatore: La luce viene poi monocromatizzata tramite un reticolo di diffrazione ed una fenditura, di larghezza selezionabile: più la fenditura è stretta e maggiore è la selettività in λ, ma minore sarà la quantità di luce utilizzabile nella misura. Reticolo di diffrazione Ruota che seleziona la fenditura

4 Chopper: Il chopper ha tre settori: uno specchio riflette la luce, uno nero l assorbe,ed uno forato la trasmette. Mantenendo in rotazione il chopper, la luce viene inviata alternativamente attraverso il vano porta campioni, attraverso il riferimento, o viene soppressa per misurare la corrente di buio del fototubo usato come detector. Vano porta campioni e riferimento. Possono ospitare ciascuno una couvette di 1 cm di lato.la temperatura del campione è controllabile usando un bagno termostatato esterno.

5 Detector: è il fotomoltiplicatore (Hamamatsu, R928) illustrato nella foto a fianco. La parte fotosensibile è un catodo la cui superficie è ricoperta da una lega contenente diversi metalli alcalini, per ottenere un range di sensibilità esteso da 185 a 900nm. La curva di risposta è illustrata qui sotto. Inoltre, per estendere il range dinamico, lo spettrofotometro implementa un meccanismo di feedback che regola la tensione dei dinodi in funzione dell intensità di illuminazione.