Instrumentele analyse
Inleiding
1. Metingen vroeger en nu
Vroeger = de klassieke methoden
Gravimetrie: meten van massa
Volumetrie: meten van volume
Nu: de instrumentele analytische chemie
Spectrochemie
MS/NMR
Elektrochemie
Radiochemie
Juistheid: hoe dicht de waarden bij de ‘ware waarde’ liggen
Precisie: hoe dicht de verschillende meetresultaten bij elkaar liggen
Klassieke methode Instrumentele
Hoge accuraatheid Accuraatheid gelijk of lager
Hoge precisie Precisie gelijk of lager
Duurt lang Duurt minder lang = de reden
voor het overschakelen naar
instrumentele
2. Het meten van fysische eigenschappen
2.1 Spectrochemie
Absorptie: verschil in intensiteit meten
UV-vis = kwantitatieve bepaling, hoeveel is er aanwezig
van de stof
Infrarood = kwalitatieve bepaling, over welke stof gaat het
AAS = atomaire absorptie spectrometrie (= specifieke tak
van de spectrochemie)
Verstrooiing
Emissie: de uitgestraalde energie meten
2.2 Massa
Hierbij worden moleculen beschoten waardoor ze breken en er
brokstukken ontstaan
Hierbij wordt er water vrijgesteld, a.d.h.v. het water kunnen we
de massa van de moleculen bepalen
2.3 Kernspin
NMR = nucleaire magnetische resonantie
2.4 Elektrochemie
Conductometrie = de geleidbaarheid meten
Potentiometrie = de potentiaal meten
2.5 Radiochemie
3. Het visualiseren van een fysische eigenschap
, Een fysische eigenschap is van zichzelf niet zichtbaar, moet omgezet
worden in een ander signaal
Stap 1: vorming van signaal
Stap 2: omvormen van signaal: meestal een omvorming van licht
naar elektrisch signaal
Stap 3: het signaal versterken
Stap 4: het signaal visualiseren
3.1 Hoe kan een signaal ontstaan?
Het monster verandert het oorspronkelijk signaal, het
verschil wordt waargenomen
Het monster stuurt zelf een signaal
4. Spectrochemie
= het gebruik maken van elektromagnetische straling voor het
analyseren van een monster, berust op golflengten
Wet van Planck
E = (h*C)/ λ,
met h = constante van Planck
c = lichtsnelheid = 3,00 *10^8 m/s
λ = golflengte
Afleiding formule uit:
E = h*v en λ = c/v
En kleine golflengte = een grote energie een grote golflengte =
een lage energie
4.1 Absorptiespectrometrie
= een methode waarbij gekeken wordt naar de hoeveelheid
straling die opgenomen wordt
Wordt gedaan met: UV-Vis, IR en AAS
4.2 Emissiespectrometrie
= een methode waarbij gekeken wordt naar de uitgezonden
straling van de stof
Wordt gedaan met: vlamemissiefotometrie en fluorimetrie
5. Elektrochemie
= het meten van een elektrische stroom als methode voor analyses
,Hoofdstuk 1: UV-Vis spectrofotometrie
1. Kwantitatieve aspecten absorptiemetingen
= een methode waarbij de atomen in aangeslagen toestand gaan en
nadien terugvallen
Het absorptieproces Mogelijkheden voor
terugvallen
M* -> M + energie = vrijkomen
M + hv -> M* warmte
M* -> A = fotochemie
M* -> M + hv = fluorescentie
Met hv = elektromagnetische straling => zorgt voor excitatie van
moleculen
En M* = excitatie van de valentielektronen
2. De wet van Lambert-beer
De afname van intensiteit van monochromatisch licht door het
invallen op een absorberend milieu is recht evenredig met de
intensiteit van de opvallende straal
De intensiteit van monochromatisch licht is recht evenredig met de
hoeveelheid materiaal in de lichtweg
Bewijs: zie cursus pagina 7
A = εbC met A = absorbantie, ε = molaire absorptiviteit, b =
optische lengte in cm en C = concentratie van de stof in mol/l
2.1 Enkele afleidingen van de wet
Als b constant blijft hebben we:
A = εC => we verkrijgen een lineair verband tussen A en C
Als b en C constant blijven hebben we:
A = ε => A in functie van de golflengte want ε is afh van de
golflengte
2.2 Grenzen van de absorptie
A = log I0/I
Geen absorptie => I = I0 => A = 0
Volledige absorptie => I = 0 => A = oneindig
2.3 De grenzen van T%
Zie pagina 9 en 10 voor het bewijs
2.4 Meten van de absorptie in de praktijk
, I en I0 kan je niet zomaar berekenen omdat je altijd
neveneffecten hebt die ervoor zorgen dat je een afgeweken
resultaat krijgt:
- Terugkaatsing
- Absorptie
- Verstrooiing
- ….
Om dit op te lossen doen we eerst een meting met alleen het
oplosmiddel = een referentiemeting = blanco
2.5 Afwijkingen van Lambert-Beer
Lineair verband tussen A en b is ok
Lineair verband tussen A en C kan voor afwijkingen zorgen
Fysische of fundamentele afwijkingen
= werkelijke beperking van de wetmatigheid
Concentraties >0,01 M kunnen voor problemen zorgen
Wijzigingen in brekingsindex door verandering van concentratie;
doordat afstand tussen deeltjes klein is.
Chemische afwijkingen
= afwijkingen als gevolg van de manier waarop de absorbantie
gemeten wordt
Meestal als gevolg van associatie, dissociatie of reactie van
absorberende deeltje met solvent (pagina 12)
Instrumentele afwijkingen
- Niet volledig monochromatisch licht, bij polychromatisch gaat
de wet van Lambert beer niet meer op
- Strooilicht
Zie bewijzen en pagina 14 cursus
3. Onderdelen apparatuur absorptiemetingen
We hebben een:
Stralingsbron
Golflengteselector
Cuvet
Detector
Recorder
Zichtbaar licht: 400-800 nm
UV: 200-400 nm
>800 nm: infrarood
3.1 Stralingsbron
Ofwel gebruiken we een UV en een zichtbaar licht lamp ofwel een
lamp die beide kan
Stralingsbron voor zichtbaar licht (Vis)
= wolfraam-halogeen lamp:
Inleiding
1. Metingen vroeger en nu
Vroeger = de klassieke methoden
Gravimetrie: meten van massa
Volumetrie: meten van volume
Nu: de instrumentele analytische chemie
Spectrochemie
MS/NMR
Elektrochemie
Radiochemie
Juistheid: hoe dicht de waarden bij de ‘ware waarde’ liggen
Precisie: hoe dicht de verschillende meetresultaten bij elkaar liggen
Klassieke methode Instrumentele
Hoge accuraatheid Accuraatheid gelijk of lager
Hoge precisie Precisie gelijk of lager
Duurt lang Duurt minder lang = de reden
voor het overschakelen naar
instrumentele
2. Het meten van fysische eigenschappen
2.1 Spectrochemie
Absorptie: verschil in intensiteit meten
UV-vis = kwantitatieve bepaling, hoeveel is er aanwezig
van de stof
Infrarood = kwalitatieve bepaling, over welke stof gaat het
AAS = atomaire absorptie spectrometrie (= specifieke tak
van de spectrochemie)
Verstrooiing
Emissie: de uitgestraalde energie meten
2.2 Massa
Hierbij worden moleculen beschoten waardoor ze breken en er
brokstukken ontstaan
Hierbij wordt er water vrijgesteld, a.d.h.v. het water kunnen we
de massa van de moleculen bepalen
2.3 Kernspin
NMR = nucleaire magnetische resonantie
2.4 Elektrochemie
Conductometrie = de geleidbaarheid meten
Potentiometrie = de potentiaal meten
2.5 Radiochemie
3. Het visualiseren van een fysische eigenschap
, Een fysische eigenschap is van zichzelf niet zichtbaar, moet omgezet
worden in een ander signaal
Stap 1: vorming van signaal
Stap 2: omvormen van signaal: meestal een omvorming van licht
naar elektrisch signaal
Stap 3: het signaal versterken
Stap 4: het signaal visualiseren
3.1 Hoe kan een signaal ontstaan?
Het monster verandert het oorspronkelijk signaal, het
verschil wordt waargenomen
Het monster stuurt zelf een signaal
4. Spectrochemie
= het gebruik maken van elektromagnetische straling voor het
analyseren van een monster, berust op golflengten
Wet van Planck
E = (h*C)/ λ,
met h = constante van Planck
c = lichtsnelheid = 3,00 *10^8 m/s
λ = golflengte
Afleiding formule uit:
E = h*v en λ = c/v
En kleine golflengte = een grote energie een grote golflengte =
een lage energie
4.1 Absorptiespectrometrie
= een methode waarbij gekeken wordt naar de hoeveelheid
straling die opgenomen wordt
Wordt gedaan met: UV-Vis, IR en AAS
4.2 Emissiespectrometrie
= een methode waarbij gekeken wordt naar de uitgezonden
straling van de stof
Wordt gedaan met: vlamemissiefotometrie en fluorimetrie
5. Elektrochemie
= het meten van een elektrische stroom als methode voor analyses
,Hoofdstuk 1: UV-Vis spectrofotometrie
1. Kwantitatieve aspecten absorptiemetingen
= een methode waarbij de atomen in aangeslagen toestand gaan en
nadien terugvallen
Het absorptieproces Mogelijkheden voor
terugvallen
M* -> M + energie = vrijkomen
M + hv -> M* warmte
M* -> A = fotochemie
M* -> M + hv = fluorescentie
Met hv = elektromagnetische straling => zorgt voor excitatie van
moleculen
En M* = excitatie van de valentielektronen
2. De wet van Lambert-beer
De afname van intensiteit van monochromatisch licht door het
invallen op een absorberend milieu is recht evenredig met de
intensiteit van de opvallende straal
De intensiteit van monochromatisch licht is recht evenredig met de
hoeveelheid materiaal in de lichtweg
Bewijs: zie cursus pagina 7
A = εbC met A = absorbantie, ε = molaire absorptiviteit, b =
optische lengte in cm en C = concentratie van de stof in mol/l
2.1 Enkele afleidingen van de wet
Als b constant blijft hebben we:
A = εC => we verkrijgen een lineair verband tussen A en C
Als b en C constant blijven hebben we:
A = ε => A in functie van de golflengte want ε is afh van de
golflengte
2.2 Grenzen van de absorptie
A = log I0/I
Geen absorptie => I = I0 => A = 0
Volledige absorptie => I = 0 => A = oneindig
2.3 De grenzen van T%
Zie pagina 9 en 10 voor het bewijs
2.4 Meten van de absorptie in de praktijk
, I en I0 kan je niet zomaar berekenen omdat je altijd
neveneffecten hebt die ervoor zorgen dat je een afgeweken
resultaat krijgt:
- Terugkaatsing
- Absorptie
- Verstrooiing
- ….
Om dit op te lossen doen we eerst een meting met alleen het
oplosmiddel = een referentiemeting = blanco
2.5 Afwijkingen van Lambert-Beer
Lineair verband tussen A en b is ok
Lineair verband tussen A en C kan voor afwijkingen zorgen
Fysische of fundamentele afwijkingen
= werkelijke beperking van de wetmatigheid
Concentraties >0,01 M kunnen voor problemen zorgen
Wijzigingen in brekingsindex door verandering van concentratie;
doordat afstand tussen deeltjes klein is.
Chemische afwijkingen
= afwijkingen als gevolg van de manier waarop de absorbantie
gemeten wordt
Meestal als gevolg van associatie, dissociatie of reactie van
absorberende deeltje met solvent (pagina 12)
Instrumentele afwijkingen
- Niet volledig monochromatisch licht, bij polychromatisch gaat
de wet van Lambert beer niet meer op
- Strooilicht
Zie bewijzen en pagina 14 cursus
3. Onderdelen apparatuur absorptiemetingen
We hebben een:
Stralingsbron
Golflengteselector
Cuvet
Detector
Recorder
Zichtbaar licht: 400-800 nm
UV: 200-400 nm
>800 nm: infrarood
3.1 Stralingsbron
Ofwel gebruiken we een UV en een zichtbaar licht lamp ofwel een
lamp die beide kan
Stralingsbron voor zichtbaar licht (Vis)
= wolfraam-halogeen lamp:
