Misura delle proprietà di trasmissione e assorbimento della luce da parte dei materiali mediante spettrofotometro
Apparato sperimentale: Spettrofotometro digitale SPID HR (U21830) con software di acquisizione, fibra ottica e modulo di assorbimento contente al suo interno un faretto alogeno ed un supporto per cuvette. Cuvette con diverse sostanze, filtri colorati e vetri colorati
Spettrofotometro digitale SPID HR (U21830) Modulo di assorbimento con faretto alogeno e supporto per cuvette. Spettrofotometro digitale U17310
La radiazione elettromagnetica comprende un ampio spettro di frequenze, che si estende dall infrarosso (e oltre) ai raggi X e gamma. Lo spettro della luce visibile copre una piccola porzione, da circa 400 nm a circa 750 nm.
Le sorgenti luminose (sia naturali che artificiali) possono emettere spettri continui o a righe: Esempi di spettri continui: lo spettro della luce solare lampade a incandescenza Esempi di spettri a righe: spettro dei gas rarefatti
Spettri di assorbimento Se una radiazione attraversa una sostanza che assorbe preferenzialmente certe lunghezze d onda, nello spettro della radiazione trasmessa si avranno delle righe nere (spettro di assorbimento). Lo spettro di assorbimento può anche essere continuo, anziché con righe, se la sostanza assorbe preferenzialmente in certe regioni dello spettro.
Principio di uno spettrofotometro digitale Fotosensore a CCD segmentato ad esempio in 2048 celle Risoluzione: circa 0.5 nm Misura dell intensità su tutto il range esplorabile
Attività possibili in laboratorio Misure di spettri di emissione continui: Lampada a incandescenza (faretto alogeno, led, etc..) con correzione che tenga conto della curva di risposta dello strumento. Spettri di assorbimento in soluzione Composti chimici Olio Vino
Spettro di una lampada ad incandescenza (spettrofotometro digitale SPID-HR senza correzione)
Spettro della lampada ad incandescenza (con correzione che tiene conto della curva di risposta dello strumento)
Il rivelatore si comporta come l occhio umano: Sottoponendo l occhio umano a due radiazioni luminose monocromatiche di uguale intensità luminosa ma di differente lunghezza d onda si avrà una diversa sensazione visiva; ovvero l occhio presenta un massimo di risposta spettrale in una determinata regione dello spettro intorno ai 555 nm (colore giallo-verde). R(λ) Curva di risposta spettrale dell occhio umano λ(nm) Anche nei sensori artificiali, sorgenti di uguale intensità luminosa di diverse lunghezze d'onda danno segnali di risposta di ampiezza diversa. Nota dunque la curva di risposta spettrale del rivelatore è possibile ricavare l intensità luminosa vera emessa dalla sorgente, ad una determinata lunghezza d onda, dalla seguente relazione: I misurata (λ) = I vera (λ) R(λ)
Misura delle curve di assorbanza di sostanze in soluzione: Misurare il rapporto tra lo spettro di riferimento (acqua distillata) e quello relativo ad una soluzione in funzione della lunghezza d onda T = I/I 0 A = log (I 0 / I) Trasmittanza: indica quale frazione della luce incidente ha attraversato il campione senza essere assorbita Assorbanza: indica quale frazione della luce incidente è stata assorbita dal campione
Spettro di riferimento (acqua distillata)
Spettro in trasmissione di una sostanza in soluzione (arancio di metile ph acido) Spettro di assorbanza della sostanza in soluzione (arancio di metile ph acido)
Spettro in trasmissione dell arancio di metile ph basico Spettro di assorbanza dell arancio di metile ph basico
Arancio di metile ph basico Arancio di metile ph acido Variazione dello spettro di assorbanza dell arancio di metile nel passaggio da una soluzione a ph basico ad una a ph acido. MA + H + MAH +
Spettro in trasmissione dell olio d oliva Spettro di assorbanza dell olio d oliva
Analisi quantitativa: Per il calcolo dello spettro di assorbanza, estrarre dai files acquisiti i valori di intensità misurata con la cuvette piena di acqua distillata e di intensità con la soluzione in questione, e da questi dati (opportunamente normalizzati) ricavare i valori di Assorbanza al variare della lunghezza d onda. Confrontare gli spettri così ottenuti con quelli ricavati qualitativamente con lo spettrofotometro.
Misure di trasmissione possono essere fatte anche su materiali solidi, ad esempio per valutare la monocromaticità di un filtro colorato. Curva di trasmissione di un filtro verde
Alcune applicazioni Parametri spettrofotometrici: intensità e tonalità di colore di un vino Le caratteristiche cromatiche di un vino sono definite da due parametri analitici: la tonalità e l intensità, elementi che subiscono variazioni con l evoluzione del vino e ne rivelano la qualità e lo stato di salute. Modo di operare: Si determinano i valori di assorbanza a 420 nm, 520 nm e 620 nm La tonalità di colore si calcola con la formula Abs 420 nm/abs 520 nm che assume valori compresi tra: 0,5 e 0,7 nei vini giovani 1,2 e 1,3 nel corso dell invecchiamento L intensità colorante I.C. si calcola secondo la formula: Abs 420 nm + Abs 520 nm +Abs 620 nm. Varia largamente secondo i vini rossi e la varietà di origine (è compresa mediamente tra 0,3 e 1,8)