Samenvatting Spectrofotometrie & UV/VIS | Instrumentele Analyse 2

Spectrofotometrie
UV/VIS-spectrofotometrie:

 Licht als een golf:
o Bij veel chemische analyses: absorptie of emissie van elektromagnetische
straling
o Elektromagnetische golven bewegen in vacuüm met de lichtsnelheid, waarbij
geldt dat:




 λ = golflengte (m)
 c = lichtsnelheid = 3.108 m/s
 f = frequentie (s-1)

 Elektromagnetisch spectrum:




o Hoge frequentie -> korte golflengte = evenredig
o UV & VIS spelen een rol in het activeren van valentie-elektronen (bindende
elektronen) -> specifiek energie nodig hebben



 Licht als een deeltje:
o Lichtdeeltjes worden fotonen genoemd, waarbij geldt dat:


 E = energie (J)
 h = constante van Planck = 6,626.10-34 Js
 f = frequentie (s-1)
o Energie hangt af van de frequentie van het licht
o Kwantumfysica: als we over deeltjes spreken

, Absorptie van licht:
o Wanneer een foton een deeltje in grondtoestand nadert, kan
het worden geëxciteerd:


o Na 10-6 tot 10-9 s relaxeert het deeltje naar zijn originele
toestand waarbij de overtollige energie wordt overgedragen
op het medium als volgt:



o Als licht op deeltjes wordt gestuurd -> foton een molecule, atoom gaat
benaderen -> bevindt zich nog in de grondtoestand -> kan het atoom worden
geëxciteerd
o Molecule wordt geëxctieerd doordat de elektronen naar een hogere toestand
gaan
o Elektronen in pi-bindingen (zwakker) gaan sneller geëxciteerd worden
o Elektronen in sigma-binding (sterkere bindingen) gaan minder snel
geëxciteerd worden
o Hoe groter geconjugeerd systeem (hoe meer bewegingsmogelijkheden) -> hoe
minder energie dat nodig gaat zijn om de elektronen de exciteren

 Spectrofotometrie:
o Wanneer in oplossingen de absorptie van licht wordt gemeten of
gekwantificeerd, spreken we over spectrofotometrie.
o Relaxatie kan zich ook voordien als emissie van straling, al dan niet fluorescent
of fosforescent. Ook deze straling kan gemeten en gekwantificeerd worden.
Hier komen we in latere lessen op terug.
o Bv. golflengte 600 kunnen we zien want: zichtbaar licht
o Groot geconjugeerd systeem -> veel pi-bindingen -> veel elektronen die naar
een hoger systeem springen?
o Boven de 600: infrarood


 Transmissie:
o De transmissie T van licht wordt gedefinieerd als:


(0 – 1) (0 – 100%)

, o In het staal: deeltjes aanwezig (gevoelig voor een bepaalde golflengte -> gaan
de fotonen absorberen) -> worden geëxciteerd & het doorgelaten licht (I) is
dus vele minder



 Extinctie:
o Het verband tussen T en c is niet rechtlijnig. Daarom wordt er meestal
gewerkt met het negatieve logaritme –logT, hetwelke de extinctie (Engels:
absorbance) wordt genoemd:




 Extinctie = “uitdoving van het licht”
= Demensielose grootheid -> geen eenheid



 Wet van Lambert-Beer:
o Bij zeer lage concentraties (<0,01 M) geldt de wet van Lambert-Beer:



Met:
 ε = molaire extinctiecoëfficiënt (L.mol-1.cm-1),
 c = concentratie (mol/L) en
 l = lengte lichtweg in het monster (cm). -> weglengte
 In principe geldt deze wet enkel bij monochromatisch
licht.
 Molaire extinctiecoëfficiënt = is karakteristiek voor de stof die je gaat
meten
 Grafiek: Extinctie; concentratie: kan je vergelijking van maken (Y = bx +
a)
 Wet van Lambert-Beer werkt alleen bij zeer lage concentraties (<0,01
M)



 Extinctiecoëfficiënt:
o Wanneer de eenheid van de extinctiecoëfficiënt niet uitgedrukt wordt in L.mol-
1.
cm-1, maar in L.mg-1.cm-1 of ppm-1.cm-1 spreekt men over de specifieke
extinctiecoëfficiënt Ex
o In de farmaceutische wereld wordt ook gebruikt gemaakt van de extinctie bij
1% en 1 cm, afgekort als . Dit is de (theoretische) extinctie van een
oplossing met een concentratie van 1 mv% bij een weglengte van 1 cm.

, o Extincties van verschillende componenten mogen we bij elkaar optellen:
Egemeten = E1 + E2 + E3.
o E1% 1cm -> 10 g/L = 10000 ppm
o Extinctiecoëfficiënt:
 Extinctiecoëfficiënt = maximaal bij lambda-max
 1 component
 1 temperatuur (kan veranderen door temperatuur) -> rechtlijnig
verband kan verloren geraken



 Extinctiecurve:
o Een extinctiecurve toont aan bij welke golflengte (= 𝛌𝐦𝐚𝐱) de gevoeligheid van
de meting het grootst is. (zie dia 16)
o Gevoeligheid van de meting = signaal verandering (grootte) bij een zelfde
concentratie verandering
o Eerst: extinctiecurve opnemen (x-as: golflengte & y-as: extinctie)
o Absorptie: niet hetzelfde absorption/extinctie



 VIS-spectrofotometrie:
o Binnen de analytische chemie wordt voornamelijk gebruik gemaakt van het
golflengtegebied tussen 250 nm en 1000 nm, waarvan het gedeelte tussen
ruwweg 400 nm en 750 nm bestaat uit zichtbaar licht of VIS (van het Engelse
visible spectrum).
o Kleurencirkel:



 Kleur:
o Fotonen die niet worden geabsorbeerd door de molecule, worden
doorgelaten, verstrooid of gereflecteerd.
Absorptie, verstrooiing en reflectie vormen samen de kleur van een stof.
Kleurloze stoffen (vnl. gassen of vloeistoffen) laten alle golflengten door, witte
stoffen verstrooien golflengte van quasi alle zichtbare golflengten, en zwarte
stoffen absorberen al deze fotonen.
o Gekleurde stoffen absorberen sommige golflengten en verstrooien andere.
o Kleurloze stoffen: absorberen niks



 Colorimetrie:
o Algemeen geldt dat de VIS-straling die geabsorbeerd wordt een
complementaire kleur geeft aan het analyt in de oplossing.