Chimica Analitica e Laboratorio 2

Modulo di Spettroscopia Analitica

Spettroscopia UV-visibile

2  

Trasmittanza - assorbanza

La trasmittanza di un mezzo è la frazione di radiazione incidente trasmessa

T = P/P0

%T =P/P0x100

L’assorbanza è definita come

A = -log P/P0

3  

Legge di Lambert-Beer

La legge di Lambert-Beer mette in relazione l’assorbanza con la concentrazione della specie assorbente in particolare

Simboli

Lambert-Beer

Un sistema composto da n specie assorbenti ad una lunghezza d’onda λ ha un assorbanza

Spettri UV-vis

200 400 600 800Lunghezza d'onda (nm)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Ass

orba

nza

Spettro A + B

Spettri UV-vis

200 400 600 800Lunghezza d'onda (nm)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Ass

orba

nza

Sostanza A

200 400 600 800Lunghezza d'onda (nm)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Ass

orba

nza

Sostanza B

Spettro somma

200 400 600 800Lunghezza d'onda (nm)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Ass

orba

nza Spettro A + B

Deviazioni dalla legge

•  Deviazioni chimiche –  interazioni col solvente –  autoassociazioni

•  Deviazioni strumentali –  radiazione policromatica –  radiazioni parassite

Strumenti •  A singolo raggio

•  A doppio raggio

Analisi quantitative UV-vis

•  ampia applicabilità –  sostanze organiche –  sostanze inorganiche

•  buona sensibilità –  10-3 ÷ 10-5 M

•  accuratezza –  1 ÷ 3 %

•  praticità –  veloce –  poche manipolazioni del campione

Spettroscopia UV-vis

Applicazioni

Analisi quantitative

Metodo per confronto

•  Preparazione standard –  std 1 –  std 2 –  …. –  std n

•  Lettura soluzioni standard alla lunghezza d’onda λ

•  Curva di calibrazione

Curva di calibrazione

Minimi quadrati – linea di tendenza

Parametri retta

Polinomiale

Polinomiale

Metodo per confronto

•  Lettura campione

•  proiezione Acampione sulla curva di calibrazione

•  proiezione sull’asse delle concentrazioni

Polinomiale

Metodo delle variazioni continue (Job plot)

Metodo delle variazioni continue

Si consideri la formazione di un complesso metallo-legante, dotato di assorbimento nell’UV-vis:

•  mM + lL D MmLl

Si può dimostrare che l’assorbanza del complesso, riportata rispetto alla frazione molare del metallo, è una curva continua con un massimo per

•  x = m/(m+l) perché questa condizione sia verificata occorre che la somma delle concentrazioni [M] e [L] sia costante.

Metodo delle variazioni continue

Si preparino due soluzioni di legante e di metallo aventi la stessa concentrazione

•  [M] = [L] = a

La concentrazione a deve essere scelta in modo tale che il valore dell’assorbanza massima del complesso sia tra 1 ed 1.5 Partendo da queste due soluzioni si preparino 11 soluzioni secondo lo schema

mL Metallo mL Legante XMetallo 0 10 0 1 9 0.1 2 8 0.2 3 7 0.3 4 6 0.4

…. …. …. .… …. …. 7 3 0.7 8 2 0.8 9 1 0.9 10 0 1

Metodo delle variazioni continue

Qualunque sia il valore di a, la frazione molare è sempre data dalla relazione

Sostituendo [M] ed [L] nella prima equazione

Metodo delle variazioni continue

I valori delle frazioni molari corrispondenti ai massimi di assorbanza per i complessi più comuni sono

Stechiometria m/(m+l) XMax ML (1:1) 1/(1+1) 0.5 ML2 (1:2) 1/(1+2) 0.33 ML3 (1:3) 1/(1+3) 0.25 M2L3 (2:3) 2/(2+3) 0.4

…. …. ….

Metodo delle variazioni continue

Condizione perché si abbia un massimo ben definito è che si f o r m i u n s o l o t i p o d i complesso.

Metodo delle variazioni continue

La curvatura delle linee sperimentali è dovuto alla forza con cui si forma il complesso La costante di formazione può essere va lu t a t a da l l a m i su ra de l l e deviazioni dalle rette teoriche che rappresentano la curva per un complesso formato completamente

Stechiometria 1:1

XMe = 0.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Assorbanza

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Assorbanza

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Stechiometria 1:1 complesso debole

XMe = 0.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Assorbanza

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Assorbanza

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Stechiometria 1:2

XMe=0.33

Stechiometria 1:2 complesso debole

XMe=0.33

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Assorbanza

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Assorbanza

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Stechiometria 1:3 complesso debole

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Assorbanza

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

XMe=0.25

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Assorbanza

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

REAGENTI ASSORBENTI

•  Prendiamo il caso che uno o entrambi i reagenti non siano trasparenti, cioè assorbano.

•  Nel caso di un solo reagente assorbente il grafico di Job si presenta con un braccio che non passa per lo zero.

REAGENTI ASSORBENTI

Ricordando che l’assorbanza è una proprietà additiva, nel caso più generale, alla lunghezza d’onda λ e con un cammino ottico b cm:

( )λλ

εεεnn MeLMeLMeMeLL

CCCbA ++⋅=

Me nL MeL+ n

[1]

•  Ricordando che

CMe= CTotMe – CMeLn e CL= CTotL – nCMeLn

•  Sostituendo questi valori nella equazione [1]

( )λλ

εεεnn MeLMeLMeMeLL

CCCbA ++⋅=

( ) ( )[ ]λλ

εεεnnnMen MeLMeLMeL

TotMeMeL

TotLL CCCnCCbA +−⋅+−⋅⋅=

REAGENTI ASSORBENTI

( ) ( )[ ]λλ

εεεnnnMen MeLMeLMeL

TotMeMeL

TotLL CCCnCCbA +−⋅+−⋅⋅=

Nel caso dei reagenti assorbenti, si deve calcolare un’assorbanza corretta

sottraendo all’assorbanza misurata quella che sarebbe stata l’assorbanza

relativa ai reattivi puri tenendo conto della diluizione.

REAGENTI ASSORBENTI

( ) ( )[ ]λλ

εεεnnnMen MeLMeLMeL

TotMeMeL

TotLL CCCnCCbA +−⋅+−⋅⋅=

( ) ( )MeLMeLMeLTotMeTotLLcorretta nCCCbAA nnMe εεεεελλ −−=⋅+⋅⋅−=

CORREZIONE

•  Prendiamo il caso in cui il solo metallo assorba.

•  L’assorbanza corretta sarà data dalla relazione:

L Me XMe A AC 10 0 0 A0 A0-0 A10 9 1 0.1 A1 A1-0.1 A10

8 2 0.2 A2 A2-0.2 A10 7 3 0.3 . .

6 4 0.4 . .

5 5 0.5 . .

4 6 0.6 . .

3 7 0.7 . .

2 8 0.8 . .

1 9 0.9 A9 A9-0.9 A10 0 10 1 A10 0

leSperimentaMe

leSperimentai

Correttai AXAA 10⋅−=

CORREZIONE

Job plot dopo la correzione del reagente assorbente.