IA: spectrofotometrie
UV/VIS-spectrofotometrie:
Principe:
Veel chemische analyses maken gebruik van adsorptie of emissie van elektromagnetische straling.
Atomen en moleculen kunnen straling opnemen (absorptie) of uitzenden (emissie).
“Hoe groter de concentratie aan atomen of moleculen, des te meer straling er zal worden
geabsorbeerd of geëmitteerd”
Elektromagnetische straling kan worden voorgesteld als een van een elektrisch en een magnetisch
veld die zich verspreidt doorheen de ruimte. In vacuüm bewegen alle elektromagnetische golven
met de lichtsnelheid (dit is niet erg afwijkend van de snelheid in lucht).
Golflengte, frequentie en snelheid hangen als volgt samen: 𝜆 𝑋 𝑓 = 𝑐
Het elektromagnetisch spectrum = de rangschikking van golven met oplopende golflengte en
afnemende frequentie. Zichtbaar licht, maar ook ultraviolette straling, kunnen elektroden doen
promoveren naar hogere energie-orbitalen.
Elk foton bezit een bepaalde energie E die wordt bepaald door: 𝐸 = ℎ 𝑋 𝑓, met ℎ de constante van
Planck (6,626 10-34 Js). (basis van kwantumtheorie)
Absorptie van licht:
= het proces waarbij atomen of moleculen in een transparant medium selectief
bepaalde frequenties van het elektromagnetische spectrum gaan verminderen.
Elk deeltje (atoom, ion of molecule) bezit een bepaalde energetische
grondtoestand.
,Wanneer een foton een deeltje nadert, kan het geabsorbeerd worden op voorwaarde dat de energie
van het foton exact overeenkomt met het energieverschil tussen de grondtoestand van het deeltje
en één van zijn hogere energietoestanden. → Het deeltje bevindt zich dan in de geëxciteerde
toestand
Wordt voorgesteld als: 𝑀 + ℎ 𝑋 𝑓 → 𝑀∗
Hierna (10-6 tot 10-9 s) zal dit geëxciteerde deeltje relaxeren naar zijn originele toestand of de
grondtoestand waarbij de overtollige energie wordt overgedragen aan andere atomen of moleculen
in het medium als volgt: 𝑀∗ → 𝑀 + 𝑤𝑎𝑟𝑚𝑡𝑒
Spectrofotometrie = wanneer in oplossingen de absorptie van licht wordt gemeten of
gekwantificeerd.
Relaxatie kan zich ook voordoen als emissie van straling, al dan niet fluorescent of fosforescent; ook
deze straling kan gemeten en gekwantificeerd worden.
ANALYTISCHE BEGRIPPEN BINNEN DE SPECTROFOTOMETRIE: absorptie en emissie:
➢ Het absorptie- (en emissie)spectrum is karakteristiek voor een welbepaalde stof →
kwalitatieve analyse.
➢ De mate waarin straling geabsorbeerd (of geëmitteerd) wordt, is afhankelijk van het aantal
deeltjes dat zich in aangeslagen toestand bevindt. → kwantitatieve analyse.
Om de absorptie te bepalen, meet je eerst de intensiteit van het ongehinderde, invallende licht,𝐼0 .
(dit licht gaat door de monsteroplossing). Dan meet je de intensiteit van het niet-geabsorbeerde
licht,𝐼 .
𝐼
De verhouding tussen deze twee = de transmissie 𝑇: 𝑇 =
𝐼0
De transmissie is het doorgelaten, verzwakte deel van het invallende licht. De
absorptie is het geabsorbeerde deel van het licht.
Het verband tussen transmissie en concentratie is niet evenredig → negatieve
logaritme van de transmissie ( −log (𝑇) = Extinctie)
Het verband tussen extinctie en concentratie is wel recht evenredig:
𝐼
𝐸 = − log(𝑇) = −log (𝐼 ) (transmissie en extinctie zijn dimensie loze
0
grootheden)
Wet van Lambert-Beer:
Emissie wordt gemeten als stralingsintensiteit.
Voor extinctie geldt bij zeer lage concentraties: 𝐸 = 𝜀 𝑋 𝑐 𝑋 𝑙
- 𝜀 = molaire extinctiecoëfficiënt (L mol-1 cm-1)
- c = concentratie (mol/L)
- l = lengte lichtweg in het monster (cm)
De molaire extinctiecoëfficiënt 𝜀 kan worden bepaald mbv een kalibratielijn (of via
een éénpuntskalibratie). Wanneer de eenheid van de extinctiecoëfficiënt niet uitgedrukt wordt in
(L/mol.cm) maar in( mL/g.cm) (of in ppm-1.cm-1) →specifieke extinctiecoëfficiënt 𝐸𝑋 . De extinctie
1%
bij 1% en 1 cm, afgekort als 𝐸1𝑐𝑚 = de extinctie van een oplossing met een concentratie van 1 mv%
bij een weglengte van 1 cm.
, KALIBRATIECURVE OPSTELLEN:
1. maak een verdunningsreeks van verschillende standaardoplossingen (minstens 4
meetoplossingen), alsook een blanco staal. (De blanco bevat alle reagentia maar niet de te
bepalen component)
2. Van elke oplossing wordt de extinctie gemeten
3. Met de verkregen reeks meetgegevens kan de kalibratiecurve worden opgesteld door de
meest waarschijnlijke rechte doorheen de meetpunten te trekken = lineaire regressie.
Een exctinctiecoëfficiënt geldt als een constante voor 1 component bij slechts 1 golflengte bij
dezelfde temperatuur. Extincties van verschillende componenten mogen we optellen. Wanneer er
bv. drie verschillende absorberende oplossingen in één oplossing zitten, geldt:
𝐸𝑔𝑒𝑚𝑒𝑡𝑒𝑛 = 𝐸1 + 𝐸2 + 𝐸3
Extinctiecurve:
Om precies te meten welke golflengte het beste meetresultaat geeft (𝜆𝑚𝑎𝑥 ),
moeten we een extinctiecurve opstellen door bij verschillende golflengten de
extinctie te bepalen en te kijken waar het meetsignaal maximaal is. Bij
𝜆𝑚𝑎𝑥 geldt dat de gevoeligheid van de meting het grootst is.
ZICHTBAAR LICHT:
Zichtbaar licht: 400 nm tot 750 nm (het visuele spectrum, VIS)
Golflengten korter dan 400 nm noemen we ultraviolet licht (UV) en
golflengten groter dan 750 nm noemen we infrarood licht (IR).
UV-VIS-spectrofotometrie = het meten van de absorptie van UV- en
zichtbaar licht in oplossingen (meest gebruikte vorm van
spectrofotometrie)
Algemeen geldt dat de VIS-straling die geabsorbeerd wordt een complementaire kleur geeft aan het
analyt in de oplossing.
Complementaire kleuren vinden we tegenover elkaar in de kleurencirkel . Deze cirkel heeft geen
enkele natuurkundige betekenis, maar is wel een hulpmiddel dat samenhangt met de gevoeligheid
voor kleuren van het menselijke oog.
UV/VIS-spectrofotometrie:
Principe:
Veel chemische analyses maken gebruik van adsorptie of emissie van elektromagnetische straling.
Atomen en moleculen kunnen straling opnemen (absorptie) of uitzenden (emissie).
“Hoe groter de concentratie aan atomen of moleculen, des te meer straling er zal worden
geabsorbeerd of geëmitteerd”
Elektromagnetische straling kan worden voorgesteld als een van een elektrisch en een magnetisch
veld die zich verspreidt doorheen de ruimte. In vacuüm bewegen alle elektromagnetische golven
met de lichtsnelheid (dit is niet erg afwijkend van de snelheid in lucht).
Golflengte, frequentie en snelheid hangen als volgt samen: 𝜆 𝑋 𝑓 = 𝑐
Het elektromagnetisch spectrum = de rangschikking van golven met oplopende golflengte en
afnemende frequentie. Zichtbaar licht, maar ook ultraviolette straling, kunnen elektroden doen
promoveren naar hogere energie-orbitalen.
Elk foton bezit een bepaalde energie E die wordt bepaald door: 𝐸 = ℎ 𝑋 𝑓, met ℎ de constante van
Planck (6,626 10-34 Js). (basis van kwantumtheorie)
Absorptie van licht:
= het proces waarbij atomen of moleculen in een transparant medium selectief
bepaalde frequenties van het elektromagnetische spectrum gaan verminderen.
Elk deeltje (atoom, ion of molecule) bezit een bepaalde energetische
grondtoestand.
,Wanneer een foton een deeltje nadert, kan het geabsorbeerd worden op voorwaarde dat de energie
van het foton exact overeenkomt met het energieverschil tussen de grondtoestand van het deeltje
en één van zijn hogere energietoestanden. → Het deeltje bevindt zich dan in de geëxciteerde
toestand
Wordt voorgesteld als: 𝑀 + ℎ 𝑋 𝑓 → 𝑀∗
Hierna (10-6 tot 10-9 s) zal dit geëxciteerde deeltje relaxeren naar zijn originele toestand of de
grondtoestand waarbij de overtollige energie wordt overgedragen aan andere atomen of moleculen
in het medium als volgt: 𝑀∗ → 𝑀 + 𝑤𝑎𝑟𝑚𝑡𝑒
Spectrofotometrie = wanneer in oplossingen de absorptie van licht wordt gemeten of
gekwantificeerd.
Relaxatie kan zich ook voordoen als emissie van straling, al dan niet fluorescent of fosforescent; ook
deze straling kan gemeten en gekwantificeerd worden.
ANALYTISCHE BEGRIPPEN BINNEN DE SPECTROFOTOMETRIE: absorptie en emissie:
➢ Het absorptie- (en emissie)spectrum is karakteristiek voor een welbepaalde stof →
kwalitatieve analyse.
➢ De mate waarin straling geabsorbeerd (of geëmitteerd) wordt, is afhankelijk van het aantal
deeltjes dat zich in aangeslagen toestand bevindt. → kwantitatieve analyse.
Om de absorptie te bepalen, meet je eerst de intensiteit van het ongehinderde, invallende licht,𝐼0 .
(dit licht gaat door de monsteroplossing). Dan meet je de intensiteit van het niet-geabsorbeerde
licht,𝐼 .
𝐼
De verhouding tussen deze twee = de transmissie 𝑇: 𝑇 =
𝐼0
De transmissie is het doorgelaten, verzwakte deel van het invallende licht. De
absorptie is het geabsorbeerde deel van het licht.
Het verband tussen transmissie en concentratie is niet evenredig → negatieve
logaritme van de transmissie ( −log (𝑇) = Extinctie)
Het verband tussen extinctie en concentratie is wel recht evenredig:
𝐼
𝐸 = − log(𝑇) = −log (𝐼 ) (transmissie en extinctie zijn dimensie loze
0
grootheden)
Wet van Lambert-Beer:
Emissie wordt gemeten als stralingsintensiteit.
Voor extinctie geldt bij zeer lage concentraties: 𝐸 = 𝜀 𝑋 𝑐 𝑋 𝑙
- 𝜀 = molaire extinctiecoëfficiënt (L mol-1 cm-1)
- c = concentratie (mol/L)
- l = lengte lichtweg in het monster (cm)
De molaire extinctiecoëfficiënt 𝜀 kan worden bepaald mbv een kalibratielijn (of via
een éénpuntskalibratie). Wanneer de eenheid van de extinctiecoëfficiënt niet uitgedrukt wordt in
(L/mol.cm) maar in( mL/g.cm) (of in ppm-1.cm-1) →specifieke extinctiecoëfficiënt 𝐸𝑋 . De extinctie
1%
bij 1% en 1 cm, afgekort als 𝐸1𝑐𝑚 = de extinctie van een oplossing met een concentratie van 1 mv%
bij een weglengte van 1 cm.
, KALIBRATIECURVE OPSTELLEN:
1. maak een verdunningsreeks van verschillende standaardoplossingen (minstens 4
meetoplossingen), alsook een blanco staal. (De blanco bevat alle reagentia maar niet de te
bepalen component)
2. Van elke oplossing wordt de extinctie gemeten
3. Met de verkregen reeks meetgegevens kan de kalibratiecurve worden opgesteld door de
meest waarschijnlijke rechte doorheen de meetpunten te trekken = lineaire regressie.
Een exctinctiecoëfficiënt geldt als een constante voor 1 component bij slechts 1 golflengte bij
dezelfde temperatuur. Extincties van verschillende componenten mogen we optellen. Wanneer er
bv. drie verschillende absorberende oplossingen in één oplossing zitten, geldt:
𝐸𝑔𝑒𝑚𝑒𝑡𝑒𝑛 = 𝐸1 + 𝐸2 + 𝐸3
Extinctiecurve:
Om precies te meten welke golflengte het beste meetresultaat geeft (𝜆𝑚𝑎𝑥 ),
moeten we een extinctiecurve opstellen door bij verschillende golflengten de
extinctie te bepalen en te kijken waar het meetsignaal maximaal is. Bij
𝜆𝑚𝑎𝑥 geldt dat de gevoeligheid van de meting het grootst is.
ZICHTBAAR LICHT:
Zichtbaar licht: 400 nm tot 750 nm (het visuele spectrum, VIS)
Golflengten korter dan 400 nm noemen we ultraviolet licht (UV) en
golflengten groter dan 750 nm noemen we infrarood licht (IR).
UV-VIS-spectrofotometrie = het meten van de absorptie van UV- en
zichtbaar licht in oplossingen (meest gebruikte vorm van
spectrofotometrie)
Algemeen geldt dat de VIS-straling die geabsorbeerd wordt een complementaire kleur geeft aan het
analyt in de oplossing.
Complementaire kleuren vinden we tegenover elkaar in de kleurencirkel . Deze cirkel heeft geen
enkele natuurkundige betekenis, maar is wel een hulpmiddel dat samenhangt met de gevoeligheid
voor kleuren van het menselijke oog.
