Spettrofotometria UV-vis
Radiazione elettromagnetica: è una forma di trasmissione di energia in cui un campo elettrico e un campo magnetico si propagano attraverso onde nello spazio e nel tempo Interazione della materia con una radiazione elettromagnetica richiede energia, frequenza o lunghezza d onda di un particolare intervallo. Al variare di queste si hanno varie spettroscopie.
Spettro elettromagnetico Spettrofotometria UV-vis
Modello classico dell onda: l= c/n dove l è la lunghezza d onda, c è la velocità di propagazione della radiazione nel vuoto (3,00 x 10 8 ms -1 ) e n è la frequenza. Modello quantomeccanico: una radiazione elettromagnetica è un raggio di fotoni, particelle di massa pressoché trascurabile ma che trasportano una specifica energia. E= hn where E is the energy, h is Planck constant (6.63 x 10-34 Js) and n is the frequency. l n = c E = hn =hc / l
Parti di uno SPETTROFOTOMETRO I 0 I 0 I 0 I <I 0 Il raggio incidente di intensità I 0 è suddiviso dallo specchio divisore Il riferimento NON contiene la specie che assorbe e il raggio emergente avrà ancora intensità I 0 Il campione contiene la specie che assorbe il raggio incidente e di conseguenza il raggio emergente avrà intensità I < I 0
Il rivelatore elabora I e I 0 per ogni lunghezza d onda e definisce il valore di assorbanza come: A = log 10 (I 0 / I) No assorbimento: I=I 0 A= 0 Assorbimento completo (99%): I 0 = I, 100/1=10 2 A= 2 Assorbanze maggiori di questo valore NON hanno significato
Misurare l assorbanza ad ogni lunghezza d onda della radiazione incidente significa registrare lo SPETTRO DI ASSORBIMENTO Quello riportato è lo spettro di assorbimento delle due forme di clorofilla presenti nelle foglie. Il colore della foglia che il nostro occhio vede è il verde. Perché? Rosso: clorofilla rossa ; Blu: clorofilla blu Scomposizione della luce bianca Vediamo il colore complementare NON assorbito
Assorbanza Determinazione della costante di proporzionalità (e) tra Assorbanza e Concentrazione A = f (C) A a C A = e l * l * C -5 C = 8*10 M -5 C = 4*10 M -5 C = 2*10 M chopper Campione I -5 C = 1*10 M Bianco I 0 350 400 450 500 550 600 650 700 lunghezza d'onda, nm
L assorbanza (A) e la concentrazione molare (c) della specie che assorbe sono correlate tra loro dalla legge di Lambert Beer: A = e l l c Dove l è il cammino ottico della cuvetta che contiene il campione (di solito 1 cm) e e l è il coefficiente di estinzione molare. Le sue unità di misura sono cm -1 M -1. e l = A/lc 1/ cm M
Come si determina e? Sperimentalmente attraverso la costruzione della retta di taratura: 1. misura della assorbanza di una serie di soluzioni a concentrazione nota. (A 1, A 2, A 3.. per soluzioni di concentrazione c 1, c 2, c 3.) 2. Si mettono in grafico i valori di Assorbanza misurati in funzione della concentrazione. Si ottiene una retta: e è la pendenza della retta. Intercetta è nell origine degli assi perché se c=0 non c è nulla che assorbe e A=0 A = e l l c y = mx (m = pendenza) m= e l l
Significato di e l Il suo valore può andare da: Poche unità => transizioni «proibite» dalle regole di selezione 10 5 e oltre => transizioni elettroniche completamente permesse Pertanto il valore di e l dà indicazioni sul tipo di transizione responsabile dell assorbimento
Intensità delle bande Ci sono regole di selezione che governano le transizioni elettroniche Una transizione si dice «proibita» o vietata se viola la regola di selezione Una transizione si dice «permessa» se è consentita dalla regola di selezione Alcune transizioni proibite, non lo sono del tutto, ma avvengono ugualmente
Regola di selezione di Laporte Occorre individuare il centro di inversione Orbitale s è simmetrico rispetto al centro di inversione perché non cambia segno È gerade o pari Orbitale p è NON simmetrico rispetto al centro di inversione perché cambia segno È ungerade o dispari
t 2g non cambiano segno rispetto al centro di inversione Sono gerade, cioè pari e g non cambiano segno rispetto al centro di inversione Sono gerade, cioè pari Transizione tra queste famiglie di orbitali è una transizione d-d ed avviene tra orbitali di uguale parità
Regola di selezione di Laporte: le sole transizioni permesse sono quelle che comportano un cambio di parità: cioè g->u e viceversa ma non g->g o u-> u Tutte le transizioni d-d nei complessi ottaedrici (t 2g e g ) sono proibite per la regola di selezione di Laporte: perché avvengono lo stesso? Vibrazioni non simmetriche rimuovono temporaneamente il centro di inversione e di transizioni proibite per la regola di Laporte sono bassi e mai superiori ai 1000 M -1 cm -1
Perché gli spettri di assorbimento presentano bande e non righe? Principio di Franck-Condon Gli assorbimenti sono molto più veloci (femtosecondi) degli spostamenti dei nuclei. => questi sono considerati fermi e la transizione è verticale. Ad ogni stato elettronico sono sovrapposti vari livelli vibrazionali (che hanno energia minore). La transizione verticale va a popolare più stati vibrazionali dello stesso stato elettronico eccitato. Transizioni vibroniche Gli spettri elettronici tra uno stato e l altro sono spettri a banda, poiché le transizioni sono generalmente accompagnate a transizioni sia vibrazionali che rotazionali, per cui gli assorbimenti sono costituiti da moltissime righe molto vicine tra loro, tanto da apparire un continuo, (cioè una banda). Assorbimento viene integrato su tante molecole ciascuna con struttura molecolare leggermente diversa