metodi ottici danalisi analisi spettrale in assorbimento spettrofotometria uv- vis fotometria di...
Post on 01-May-2015
221 Views
Preview:
TRANSCRIPT
METODI OTTICI D’ANALISI
• ANALISI SPETTRALE IN ASSORBIMENTO
• SPETTROFOTOMETRIA UV- VIS
• FOTOMETRIA DI FIAMMA IN ASSORBIMENTO
ANALISI SPETTRALE IN ASSORBIMENTO
• ASSORBIMENTO DI ENERGIA RAGGIANTE
INTERAZIONE TRA MOLECOLE ED ENERGIA RAGGIANTE
INTERAZIONE TRA MOLECOLE ED ENERGIA RAGGIANTE
SPETTROSCOPIASPETTROSCOPIA
SEPARAZIONESEPARAZIONE
RIVELAZIONERIVELAZIONE
REGISTRAZIONEREGISTRAZIONE
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
STATI QUANTICI DELLA MATERIA
STATI QUANTICI DELLA MATERIA
INTERAZIONE
SPETTRI
PER UN ATOMO
PER UNA MOLECOLA
ENERGIA INTERNAENERGIA INTERNA Ea = E0 + Ee + EtEa = E0 + Ee + Et
ENERGIA INTERNAENERGIA INTERNA Em = E0 + Ee + Et + Er + EvEm = E0 + Ee + Et + Er + Ev
STATO ELETTRONICO ECCITATO
STATO ELETTRONICO FONDAMENTALE
V = 2
V = 1
V = 0
V = 2
V = 1
V = 0
J = 4
J = 3
J = 2
J = 1
J = 0
J = 4
J = 3
J = 2
J = 1
J = 0
λ
3
2
1
3
2
1
3
2
1
J
3
2
1
v
2
1
0
E2
E1
v
2
1
0
J
3
2
1
UV – VIS IR MO
TRANSIZIONI ELETTRONICHE – VIBRAZIONALI - ROTAZIONALITRANSIZIONI ELETTRONICHE – VIBRAZIONALI - ROTAZIONALI
SPETTROFOTOMETRIA UV - VIS
• DEFINIZIONI E LEGGI DELL’ASSORBIMENTO
• COMPONENTI STRUMENTALI
• TECNICHE DI ANALISI
LEGGE DI LAMBERT E BEERLEGGE DI LAMBERT E BEER
ASSORBIMENTOASSORBIMENTO
M*M
+ calorecaloreM* M
EMISSIONEEMISSIONE
+M* M
cammino ottico
I° I
dI
dN dN dN dN dN
I°
dI’
VARIAZIONE DI INTENSITA’VARIAZIONE DI INTENSITA’
-dI = K I dN
A = ε b c
LEGGE DI LAMBERT E BEER
A = - log T = - log I/I°A = - log T = - log I/I° T = I/I°T = I/I°
T = 10 - ε b cT = 10 - ε b c
ASSORBANZAASSORBANZA TRASMITTANZATRASMITTANZA
A
mol/lc1
A1
c2
A2
c3
A3
A = log I°/IA = log I°/I
A
nmλmax
c
1
c
2
c
2
A3
A2
A1
λmaxλmax
A = k cA = k c
c3
AA
c c
DEVIAZIONI LEGGE DI LAMBERT E BEERDEVIAZIONI LEGGE DI LAMBERT E BEER
POSITIVAPOSITIVA NEGATIVANEGATIVA
A
c
FATTORI STRUMENTALIFATTORI STRUMENTALI
FATTORI CHIMICIFATTORI CHIMICI
Sorgente di luce instabile
Risposta non lineare rivelatore-amplificatore
Radiazione policromatica
Ampiezza della fenditura
Luce diffusa
Concentrazioni troppo elevate
Formazione di polimeri, aggregati, complessi
Variazione del pH e dissociazione
Effetto solvente, effetto temperatura
Foto effetti (scattering, fluorescenza)
SORGENTI AD ENERGIA RAGGIANTESORGENTI AD ENERGIA RAGGIANTE
A TUNGSTENO A DEUTERIO
VIS UV
I = K VnI = K Vn
SISTEMI DISPERSIVISISTEMI DISPERSIVI
FILTRI MONOCROMATORI
COLORIMETRI SPETTROFOTOMETRI
COLORE INTERFERENZIALI PRISMI RETICOLI
AMPIEZZA DI BANDAAMPIEZZA DI BANDA
E
570 580 590 λ nm
E max/2
E max
ANALISI QUALITATIVAANALISI QUALITATIVA
A
280 220 nm
A
280 220 nm
SOLUZIONE ACQUOSASOLUZIONE ACQUOSA FASE VAPOREFASE VAPORE
SCELTA DELLA LUNGHEZZA D’ONDASCELTA DELLA LUNGHEZZA D’ONDA
dλ1 dλ2
λ1
λ2
A A
dc1dc2
dA
S = dA/dcS = dA/dc
dA
dA
dA
dλ
FLESSO
1° max
2° max
ERRORE FOTOMETRICOERRORE FOTOMETRICO
T = 10-εbcT = 10-εbc
T%
cdc dc
dT
dT
E
R
R
O
R
E
T%20 60
ADDITIVITA’ DELLE ASSORBANZEADDITIVITA’ DELLE ASSORBANZE
A1
A1’A2
A2’
A’
A
λ λ’
A = ε1bc1 + ε2bc2
A’ = ε1’bc1 + ε2’bc2
A = ε1bc1 + ε2bc2
A’ = ε1’bc1 + ε2’bc2
A = A1 + A2
A’ = A1’ + A2’
A = A1 + A2
A’ = A1’ + A2’
RETTA DI TARATURARETTA DI TARATURA
BIANCO ST 1 ST 2 ST 3 ST 4
A
concentrazione
CAMPIONE
Cx
Ax Ax = ε b Cx
CURVE DI TITOLAZIONE
SOSTANZA + TITOLANTE PRODOTTO
A
0
0
mL titolante
εS= εP = 0 εT > 0 εS= εT = 0 εP > 0 εP= εT = 0 εS > 0
εS>εT >0 εP = 0 εT>εP >0 εS = 0 εP>εT>0 εS = 0
DETERMINAZIONE Ka
A
590 500 λ
A
HA H+ + A-
2 3 4 5 6 7 pH
[H+]= Ka [HA]/[A-] quando [HA] = [A-]
pH= pKa
pH
STUDIO DI COMPLESSI metodo rapporto molare
xM + yL MxLy
moli M moli L
2 0
2 2
2 4
2 6
2 8
A
0 2 4 6 8 moliL/moliM
1
2
Assorbanza alla λMAX del complesso MxLy
Curva 1 – ML2 assorbe solo il complesso alla λMAX
Curva 2 – ML2 assorbe il complesso ed il legante alla λMAX
STUDIO DI COMPLESSI metodo variazione continua
xM + yL MxLy Assorbanza alla λMAX del complesso MxLy
moli M moli L
0 10
2 8
4 6
6 4
8 2
10 0
A
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 χM
χM = 0,6 χL = 0,4 RAPPORTO 3 A 2
M3L2
METODO AGGIUNTE CON DILUIZIONE
ESEMPIO: 20 mL(V(L)) di campione in quattro palloncini da 100 mL
1 ml 2 mL 3 mL 4 mL soluzione STANDARD 100 ppm = CST
Aggiungere eventuali reattivi e portare a volume fino a 100 mL Misurare l’assorbanza alla λMAX
0 1 2 3 4 mL aggiunta
A
Calcoli:
Vx
ppm = (Vx CST)/V(L) CAMPIONE PRELEVATO
METODO AGGIUNTE SENZA DILUIZIONEESEMPIO: Versare 100 mL di campione in quattro palloncini da 100 mL = Vx
VST1 = 1 ml V ST2 = 2 mL VST3 = 3 mL VST4 = 4 mL soluzione STANDARD 100 ppm = CST
Misurare l’assorbanza alla λMAX
CSTVST/Vx
Ad
Cx
Cx = CONCENTRAZIONE CAMPIONE
Aggiungere:
VTOT = Vx + VST1 VTOT = Vx+VST2 VTOT= Vx+VST3 VTOT=Vx+VST4
STx
STST
STx
xxVV
VC
VV
VCKA
x
STSTx
x
STx
V
VCCK
V
VVA
x
STSTx V
VCKKCAd Equazione di una retta:
xaby
FOTOMETRIA DI FIAMMA
• LA FIAMMA
• ASSORBIMENTO ATOMICO
• MICROFORNO DI GRAFITE
LA FIAMMALA FIAMMA
cm
A
l
t
e
z
z
a
CONO ESTERNOCONO ESTERNO
ZONA INTERCONICAZONA INTERCONICA
CONO INTERNO CONO INTERNO
TIPI DI FIAMMA
ARIA - ACETILENE 2300°C
ARIA - IDROGENO 2045 °C
PROTOSSIDO DI AZOTO - ACETILENE 2800 °C
ARIA/ARGO - IDROGENO 300/800 °C
ARIA - PROPANO 1930 °C
ARIA - ACETILENE 2300°C
ARIA - IDROGENO 2045 °C
PROTOSSIDO DI AZOTO - ACETILENE 2800 °C
ARIA/ARGO - IDROGENO 300/800 °C
ARIA - PROPANO 1930 °C
SCHEMA A BLOCCHI SPETTROFOTOMETRO AD A.A.SCHEMA A BLOCCHI SPETTROFOTOMETRO AD A.A.
BB PR
BRUCIATOREBRUCIATORE PRISMAPRISMA RIVELATORERIVELATORE
Aspirazione
PROCESSO DI ATOMIZZAZIONE
PROCESSO DI ATOMIZZAZIONE
NEBULIZZAZIONENEBULIZZAZIONE
FUSIONEFUSIONE
VAPORIZZAZIONEVAPORIZZAZIONE
ATOMIZZAZIONEATOMIZZAZIONE
ECCITAZIONEECCITAZIONE
IONIZZAZIONEIONIZZAZIONE
DESOLVATAZIONEDESOLVATAZIONEMA (SOLIDO)MA (SOLIDO)
MA (LIQUIDO)MA (LIQUIDO)
MA (GAS)MA (GAS)
M°A° (GAS)M°A° (GAS)
M* (GAS)M* (GAS)
M+ (GAS)M+ (GAS)
Soluzione
STOP A
SSORBIM
ENTO
STOP EMISSIONE
LAMPADA A CATODO CAVOLAMPADA A CATODO CAVO
Anodo
Catodo cavo
Ar+Ar+
Ar+
CONFRONTO SORGENTE A RIGHE E CONTINUACONFRONTO SORGENTE A RIGHE E CONTINUA
I
λ
II
I
λλ
λ
Riga di assorbimento
Sorgente
a righeSegnale risultante
Sorgente
continuaSegnale risultante
ALLARGAMENTO RIGHE SPETTRALIALLARGAMENTO RIGHE SPETTRALI
1. EFFETTO LORENTZ le collisioni tra atomi fanno variare, anche se di poco, i livelli energetici
2. ALLARGAMENTO NATURALE dualismo onda-corpuscolo ΔE x ∆t = h/2π
3. PRESSIONE aumento probabilità collisioni
4. EFFETTO DOPPLER variazione della frequenza della radiazione registrata se la sorgente è in movimento
1. EFFETTO LORENTZ le collisioni tra atomi fanno variare, anche se di poco, i livelli energetici
2. ALLARGAMENTO NATURALE dualismo onda-corpuscolo ΔE x ∆t = h/2π
3. PRESSIONE aumento probabilità collisioni
4. EFFETTO DOPPLER variazione della frequenza della radiazione registrata se la sorgente è in movimento
Svv
v '
ν’=frequenza percepita
ν =frequenza emessa dalla sorgente
v = velocità della radiazione
vS = velocità sorgente
TUTTI QUESTI EFFETTI PORTANO AD UNA DISTRIBUZIONE DI TIPO GAUSSIANO DELLE RIGHE DI ASSORBIMENTO E DI EMISSIONE
I
ν
Dipendono dalle caratteristiche della matrice in cui si trova l’elemento da analizzare.
Se la soluzione è più o meno viscosa degli standard, il comportamento nella fase di nebulizzazione sarà diverso. Di conseguenza non sarà possibile stabilire una correlazione tra il numero di atomi che raggiungono la fiamma provenendo dal campione o dagli standard.
Il problema si risolve preparando le soluzioni standard con una matrice il più possibile simile al campione, oppure impiegando il metodo dell’aggiunta.
INTERFERENZE FISICHEINTERFERENZE FISICHE
INTERFERENZE CHIMICHEINTERFERENZE CHIMICHE
Si verificano quando nel campione sono presenti specie chimiche che possono dare composti molto stabili con l’elemento da analizzare.
Ad esempio, la presenza di fosfati nella determinazione dal calcio abbassa notevolmente l’assorbanza a causa della formazione del pirofosfato.
Il problema si risolve trattando il campione con un reagente che dia un composto più stabile con i fosfati che il calcio stesso.
Oppure si può aggiungere dell’EDTA che complessa il calcio impedendone la combinazione con il fosfato. Il complesso calcio-EDTA viene rapidamente decomposto nella fiamma.
INTERFERENZE DA IONIZZAZIONEINTERFERENZE DA IONIZZAZIONE
Una fiamma calda può causare fenomeni da ionizzazione degli atomi di elementi alcalini e alcalini terrosi.
Poiché gli ioni assorbono a λ diverse degli atomi (in quanto i livelli energetici si sono modificati), l’assorbimento risultante sarà complessivamente ridotto.
Per ovviare a questa interferenza si usa aggiungere al campione ed agli standard un diverso metallo alcalino in concentrazione massiccia (1000 ÷ 2000 ppm).
Ad esempio, nell’analisi dello stronzio è opportuno aggiungere una certa quantità di potassio.
Si noti l’effetto dell’aggiunta sulla sensibilità dell’analisi.
con K 25000 μg/mL
con K 1000 μg/mL
μg/mL Sr 2 4 6
A
In tal modo sarà quest’ultimo ad ionizzarsi, creando nel contempo, a causa del grande eccesso di elettroni sulla fiamma, un’atmosfera riducente che inibirà la ionizzazione dell’elemento che interessa.
Nella determinazione del bario in presenza di calcio (matrice) si possono verificare errori sensibili.
Infatti il radicale CaOH assorbe a 554 nm molto vicina alla riga di risonanza del Ba (553,6 nm).
A
560 553,6 548 nm
Assorbimento del radicale CaOH
Si può minimizzare questa interferenza molecolare lavorando con fiamme più calde che migliorano l’efficienza dell’atomizzazione.
Però non sempre si può ricorrere a questo rimedio perché viene contemporaneamente accentuato il fenomeno della ionizzazione.
INTERFERENZE SPETTRALI DA EMISSIONEINTERFERENZE SPETTRALI DA EMISSIONE
Si distinguono in:
1) Radiazioni emesse non corrispondenti alla riga di risonanza.
Vengono eliminate dal monocromatore.
2) Radiazioni emesse corrispondenti alla riga di risonanza.
Vengono eliminate dall’inserimento di un chopper.
3) Fluttuazioni nell’emissione della lampada o variazioni di risposta del
rivelatore.
Vengono eliminate col sistema a doppio raggio.
INTERFERENZE DA SCATTERINGINTERFERENZE DA SCATTERING
Si verificano quando sulla fiamma si trovano particelle solide o gocce di soluzione non ben vaporizzate. Poiché:
I diffusa = k ν4I diffusa = k ν4
ciò significa che l’effetto è più evidente a λ minori.
Di fatto questo problema può sorgere al di sotto dei 250 nm.
Qualche miglioramento si può ottenere variando il rapporto combustibile /comburente, per ottenere una migliore distruzione dalla matrice.Non è conveniente aumentare la temperatura della fiamma, perché molti metalli sono volatili.
CORREZIONE ASSORBIMENTO DI FONDOCORREZIONE ASSORBIMENTO DI FONDO
Le interferenze derivanti da specie molecolari indissociate e da problemi di diffusione hanno in comune il fatto che l’assorbimento che ne deriva è a banda larga e perciò può essere considerato continuo (background).
La correzione viene effettuata con l’accoppiamento di una lampada a deuterio (spettro continuo) e con un equalizzatore.
EQUA
IC
ID
FORNETTO A GRAFITEFORNETTO A GRAFITE
3000
1000
100
T °C
secondi30 60
grafite
Introduzione campione
Atomizzazione
Incenerimento
Essiccamento
N2
top related