1. Spectroscopia de absorbție moleculară în ultraviolet şi vizibil (fotometria) Absorbţia moleculară în ultraviolet şi vizibil

•Absorbţia unei cuante determină trecerea moleculei într-o stare excitată caracterizată de un nivel energetic crescut: M + hν → M* Moleculele excitate (M*) au o stabilitate scăzută, în medie 10-8 s, şi revin la starea fundamentală M prin emisie de energie neradiantă. M* → M + energie neradiantă Grupările funcţionale care absorb radiaţii din domeniul spectral se numesc cromofori.

2. Legea Lambert-Beer Dacă o radiaţie străbate un sistem absorbant, o cuvă de grosime d, o parte din intensitatea radiaţiei incidente (I0) este absorbită (Ia), iar cealaltă parte va trece prin sistem fiind transmisă (It) .Legea Lamber-Beer este valabilă numai pentru o radiaţie monocromatică, în soluţii diluate (<10-2mol/l). Creşterea concentraţiei particulelor absorbante peste o anumită limită conduce la abateri de la legea de directă proporţionalitate.

3. Aplicaţiile spectroscopiei moleculare în ultraviolet şi vizibil Analiza calitativă se bazează pe dependența precisă care există între gruparea funcțională sau moleculă și lungimi de undă specifice la care speciile menționate absorb o radiație electromagnetică. Parametrii monitorizaţi: –prezentarea unor maxime (peak-uri) şi minime;

–intensitatea reletivă a benzilor;

–lungimile de undă corespunzătoare maximelor. Pentru analiza calitativă pot fi folosite cataloage cu spectre etalon. Analiza cantitativă sau spectrometria Principii •fiecare substanţă prezintă o bandă de absorbţie caracteristică, iar determinarea absorbţiei se va face la lungime de undă λmax care corespunde absorbţiei maxime .

•absorbţia variază direct proporţional cu concentraţia substanţei într-un anumit interval.

Procedeul curbei etalon: constă în constituirea curbei de etalonare a dependenţei absorbanţei în funcţie de concentraţie.Procedeul cu o soluţie etalon = compararea absorbanței soluţiei etalon cu absorbanţa probei de analizat; Calculul concentraţiei din relaţia lui Beer: c = A/εd•Aparatură : Pentru determinarea absorbanţei se utiliează aparate numite spectrofotometre.

4. Spectroscopia de absorbţie atomică (AAS) •Este o metodă de determinare a concentraţiei unui element chimic, prin măsurarea absorbanței unei radiaţii luminoase caracteristice, de către atomii elementului aduşi în stare gazoasă.

•Atomii absorb o cuantă de lumină şi trec în stare excitată: A + hν A*

•Absorbţia radiaţiei respectă legea Beer: A = k ∙ N ∙ d unde, N – numărul de atomi din unitatea de volum; d – grosimea stratului de substanţă. k – constantă de proporţionalitate. În ASS se analizează Absorbanţa radiaţiei, care este proporţională cu concentraţia. Spectroscopia de absorbție atomică implică existența a trei etape: 1. atomizarea probei; 2. absorbția unei radiații specifice de la o sursă de lumină construită din elementul ce urmează a fi analizat, de către atomii aflați în stare gazoasă; 3. determinarea absorbanței și calcularea concentrației analitului.

Tehnici de atomizare în AAS

•AAS cu flacără: proba este aspirată într-un arzător cu o flacără generată de un gaz combustibil (acetilenă) şi un gaz oxidant (aer).

•AAS cu cuptor de grafit: foloseşte un tub de grafit in care se pipetează proba; tubul este încălzit la exteriror la temperaturi ridicate. Catodul – este constituit din elementul ce urmează a fi analizat Anodul – tungsten Există şi lampi multielement!Avantajele utilizării AAS •Permite determinarea a 68 de metale

•Decelează metale aflate în concentrţii de ppm

•Precizia determinărilor în flacără este mai mică de 1%

•Interferenţe sunt foarte mici şi deja studiate

•Proba se prepară foarte uşor prin dizolvare în acid

•Instrumentul este foarte usor de manipulat. 5. Spectroscopia de emisie atomică (AES) Absorbţia de energie termică de către un atom, determină trecerea atomului din

starea fundamentală (A) într-o stare excitată (A*). Această trecere se produce datorită tranziţiilor electronice de pe straturi cu energie joasă pe straturi cu energie înaltă. Atomii excitaţi revin la starea iniţială prin emisia unei cuante de lumină hν.

A + energie termică → A* → A + hν Principii: •atomii fiecărui element sunt caracterizaţi prin linii spectrale specifice;

•intensitatea fiecărei linii spectrale depinde de concentraţie, fiind direct proporţională cu concentraţia, şi de temperatură. Etape de realizare: •atomizarea probei şi excitarea atomilor în vederea emisiei de radiaţii;

•separarea spectrală a radiaţiilor emise şi determinarea intensităţii lor;

•compararea radiaţiilor emise cu liniile caracteristiceale unor probe standard în care elementele corespunzătoare se găsesc în concentraţii cunoscute.

1.Emisia în flacără Principala aplicaţie a emisiei în flacără este determinarea cantitativă a elementelor alcaline şi alcalinopământoase la concentraţii având limita inferioară la 0,1 μg/ml.2.Emisia în plasmă –Plasmă cuplată inductiv (the inductively coupled plasma – ICP) (AES – ICP)

–Plasmă în curent direct (the direct current plasma – DCP) (AES – DCP)

–Plasmă indusă de microunde (the microwave induced plasma – MIP) )AES-MIP). Tehnica plasmei in curent direct. Tehnica este utilizata pentru probe lichide si solide. Curentul de plasma este realizat de doi electrozi; In tehnica lichida proba este plasata pe electrod. In tehnica solida proba este plasata intre electrozi.

6. Spectroscopia de masă (Mass spec sau MS) Spectrometria de masă este o tehnică analitică utilizată pentru: •Cuantificarea materialelor cunoscute dintr-o probă;

•Identificarea componeneţilor necunoscuţi dintr-o probă;

•Elucidarea structurii şi proprietăţilor chimice ale diferitelor molecule.

Spectrometria de masă utilizează electroni de energie înaltă pentru a rupe moleculele în fragmente. Separarea si analiza fragmentelor oferă informaţii referitoare la: masa moleculară

structura moleculelor dintr-o probă. În MS sunt detectaţi numai cationii; radicalii nu sunt detectaţi.

•Numărul de ioni deflexaţi în câmp magnetic este dependent de raportul m/Z. Majoritatea ionilor au sarcina +1, din acest motiv, factorul determinanat este masa ionului.

•Spectrul de masă este reprezentarea grafică a masei în funcţie de abundenţa ionilor;

•Abundenţa peak-urilor este exprimată în procente din peak-ul de bază (cel mai intens peak din spectru).

•Peak-ul de bază nu este întotdeauna un peak parental.

MS permite determinarea structurii substanţelor Principii: - Curentul de electroni de energie înaltă rupe molecula în fragmente, cel mai adese într-un cation şi un radical.

- Ruperea legăturilor se face în aşa fel încât să se genereze cel mai stabil cation. - Stabilitatea radicalului nu este importantă.

7. Refractometria •Ca şi punctul de topire, indicele de refracţie poate fi utilizat pentru a confirma identitatea unui compus, sau pentru a aprecia puritatea prin compararea valorilor obţinute cu valorile din literatura de specialitate.

•Fenomenul de refracţie are loc la trecerea unei raze de lumină dintr-un mediu omogen şi transparent în alt mediu omogen şi transparent. Aparatură. Aparatele utilizate pentru determinarea indicelui de refracţie se numesc refractometre.Refractometria este utilizată în controlul calităţii alimentelor pentru:

•determinarea conţinutului în zahăr, sare, grăsimi al produselor alimentare;

•depistarea produselor alimentare falsificate. 8. Polarimetria – este o metodă de analiză care se bazează pe măsurarea unghiului de rotaţie a planului luminii polarizate. La

trecerea luminii naturale printr-o prismă Nicol are loc polarizarea luminii, vectorul E→ va oscila într-un singur plan.În funcţie de comportarea lor faţă de lumina polarizată, substanţele şi soluţiile pot fi împărţite în două categorii: –substanţe optic active – rotesc planul luminii polarizate;

–substanţe optic inactive – nu rotesc planul luminii polarizate. La trecerea luminii polarizate prin soluţia unei substanţe optic active, planul de polarizare al razei imergente este rotit cu un anumit unghi, numit unghiul de rotaţie al planului de polarizare. Aparatură. Aparatul utilizat în polarimetrie se numeşte polarimetru. Determinările se efectuează la 200C, cu lumina galbenă a sodiului corespunzătoare liniei D din spectru şi se utilizează relaţia: [α]D20 = 100/(L ∙ c) •L – grosimea stratului de substanţă; c– concentraţia procentuală. •Polarimetrele sunt utilizate pentru determinarea conţinutului în zahăr al produselor alimentare.

9. Analiza potenţiometrică (potenţiometria) •Oxidarea = cedare de electroni; substanţa care cedează electroni este numită reducător şi se notează cu red. O reacţie de oxidare se scrie astfel: p red1 – m p e‾ → p ox1 •Reducerea = acceptare de electroni; substanţa care acceptă electroni este numită oxidant şi se notează cu ox. Un proces de reducere se scrie în general astfel: m ox2 + m p e‾ → m red2 •Oxidarea şi reducerea sunt procese care decurg simultan, alcătuind un cuplu de reacţii denumit reacţie de oxido-reducere sau reacţie redox. Expresia generală a unei reacţii de oxidoreducere este: p red1 + m ox2 → p ox1 + m red2

Celule electrochimice •Celule electrolitice→sub acţiunea curentului electric extern se produc reacţii chimice care nu au loc în mod spontan

•Celulele electrochimice (pile electrice sau elemente galvanice) →generează energie electrică în urma unor reacţii chimce care au loc în mod spontan.

10. Electrozi de referinţă Electrodul de referinţă reprezintă o semicelulă cu potenţial cunoscut; celaltă semicelulă va indica concentraţia analitului. Prin convenţie, electrodul de referinţă este anodul; astfel, cea mai simplă notaţie pentru o celulă potenţiometric electrochimică este: Ecelulă = EInd – Eref + Ejl Electrodul de referinţă ideal are potenţialul stabil şi deci, orice modificare pentru Ecelulă este atribuită electrodului indicator, şi

impicit, modificării concentraţiei analitului. Electrodul standard de hidrogen (ESH) -Este utilizat pentru satbilirea potenţialului standard pentru alte semicelule;

-Cele două semicelule se conectează printr-o punte de sare;

11. Electrozi indicatori Într-o celulă electrochimică potenţiometrică, potenţialul electrodului indicator este proporţional cu concentraţia analitului. Există două tipuri de electrozi indicatori: 1.Electrozi metalici

2.Electrozi cu memebrană ion selectivă Electrozi metalici1.Electrozi de specia I Sunt formaţi dintr-un fir metalic aflat cufundat într-o soluţie de electrolit care conţine cationii săi. Ecuaţia reacţiei redox produsă este: Mn+ + ne‾→ M Ecell = K- (0.059/n) log (1/[Mn+] ) = K +(0.059/n) log[Mn+] K = o constantă care include potenţialul standard al cuplului redox Mn+/M •Aceşti electrozi se limitează pentru determinarea ionilor de Ag, Bi, Cd, Cu, Hg, Pb, Sr, TI, and Zn.

•Electrozii metalici nu pot fi utilizaţi în soluţii acide deoarece se oxidează foarte uşor. 2.Electrozi de specia II Electrodul metalic poate da un răspuns la concentraţia unui anion dacă anionul formează un precipitat sau un complex stabil. De exemplu, argintul formează un electrod de specia a IIa pentru halogeni şi anioni de halogen:

AgCl (s) → Ag (s) + Cl‾ AgI (s) → Ag (s) + I‾ Electrozii de specia II sunt construiţi dintr-un metal care vine în contact cu o sare a sa greu solubilă, care la rândul său este în contact cu o soluţie cu anion comun cu sarea greu solubilă.

12. Electrozi cu memebrană ion selectivă (EMIS) EMIS, cum este electrodul de sticlă pentru pH, conţin o membrană care reacţionează selectiv cu un singur ion:

Ref (probă) || [A] probă | Membrană | [A] intern || Ref intern Ecell = E Ref (intern) – E Ref (sample) + E membrane + Ejl Potenţialul joncţiunii lichidului (Ejl) şi potenţialul electrodului de referinţă sunt constante, astfel că orice modificare de potenţial în celulă este atribuită potenţialului de membrană. Curentul care traversează membrana apare datorită mişcării fie a analitului fie a altui ion prezent în matricea memebranei.EMIS este construit din: -Memebrană care participă selectiv la schimbul de ioni cu soluţia de analizat, pe faţa cu care vine în contact cu soluţia: A+soluţie + M+membrană ↔ A+memebrană + M+soluţie Selectivitatea schimbului ionic depinde de compoziţia şi structura memebranei. Numai ionii cu un anumit volum şi o anumită sarcină electrică pot participa la schimbul ionic. Schimbul ionic are loc şi pe faţa care vine în contact cu soluţia de referinţă internă. La echilibru există o concentraţie supeficială de ioni pe cele două feţe ale memebranei. O faţă a memebranei va fi încărcată pozitiv iar o faţă negativ. Potenţialul memebranei (Em) depinde de concentraţia ionilor care au participat la schimbul ionic.

13. Electrodul cu membrană de sticlă •Memebrana de sticlă este permeabilă pentru ionii H+.

•Construcţie: –Balonaş de sticlă în care se află o soluţie de referinţă internă de HCl 0,1M (pH = 0), saturată cu AgCl;

–Electrod de referinţă internă Ag/AgCl, cufundat în soluţia de HCl 0,1M; In funcţie de pH, ionii de hidrogen migrează spre electrod sau în afara electrodului.Determinarea pH-lui cu electrodul de stică Electrodul de sticlă şi electrodul de referinţă se introduc în soluţia de analizat, realizând o celulă potenţiometrică Electrodul de sticlă combinat Acest electrod conţine într-un singur cilindru electrodul de referinţă şi electrodul cu memebrană de

sticlă Electrozi ion selectivi cu membrană cristalină Electrodul este bazat pe un cristal insolubil de Ag2S sau un amestec de Ag2S şi o altă sare de argint sau o altă sulfură metalică Electrozi ion selectivi cu membrană lichidă Conţine o memebrană hidrofobică care conţine un agent organic de complexare lichid, selectiv. Se utilizează trei tipuri de lichide organice: schimbători de cationi, schimbători de anioni, şi ionofori neutri.

14. Cromatografia •Cromatografia este o metodă de analiză care se bazează pe separarea în zone spaţiale distincte a componenţilor unui amestec, la trecerea amestecului printr-un mediu prin care componenţii se deplasează cu viteze diferite.

•În cromatografie există două faze nemiscibile: –Faza staţionară = materialul prin care circulă proba şi care asigură separarea;

–Faza mobilă (eluentul) = amestecul lichid sau gazul care transportă proba prin faza staţionară. Clasificarea metodelor cromatografice 1. După starea de agregare a celor două faze: faza stationara si faza mobile.2. După mecanismul de separare metodele cromatografice pot fi clasificate astfel: •cromatografie de adsorbţie;

•cromatografie de partiţie;

•cromatografie de schimb ionic;

•cromatografie de excludere moleculară;

•cromatografie de afinitate. Cromatografia de adsorbţie - se bazează pe adsorbţia diferenţiată a componenţilor unui amestec pe un suport adsorbant solid (faza staţionară). Cromatografia de partiţie - se bazează pe coeficienţii de partiţie diferiţi ai componentelor unui amestec în două faze nemiscibile sau parţial miscibile. Cromatografia de schimb ionic - utilizează o răşină schimbătoare de ioni (faza staţionară solidă) care conţine grupări ionizabile legate covalent.

•Răşinile schimbătoare de ioni (schimbătorii de ioni) sunt substanţe care au proprietatea de a schimba un ion propriu cu un alt ion din mediul lichid cu care aceste substanţe se găsesc în contact.

•Clasificare:

• 1. cationiţi (schimbători de cationi)

• 2.anioniţi (schimbători de anioni). Cromatografia de excludere moleculară , numită şi gel-filtrare, utilizează ca fază staţionară anumite substanţe polimerice (dextran, poliacrilamidă) care în contact cu apa sau cu soluţii saline se îmbiba formând geluri de diferite porozităţi.

•Sub acţiunea fazei mobile (eluentul) moleculele cu dimensiuni mai mari decât cele ale porilor vor fi excluse de structura gelului şi se vor deplasa concomitent cu eluentul. Moleculele cu dimensiuni mici vor penetra gelul pătrunzând în lichidul din interiorul porilor gelului şi astfel eluţia lor prin coloană va fi încetinită. În acest mod, eluţia componenţilor se va face în ordinea descrescândă a masei moleculare Cromatografia de afinitate - reprezintă o tehnică de separare a proteinelor, acizilor nucleici, celulelor, pe baza proprietăţilor lor de legare specifică, prin forţe necovalente, de molecule complementare numite ligand.

15. Electroforeza = metodă fizico-chimică de analiză bazată pe procesul migrării particulelor coloidale încărcate electric, într-un mediu solid sau lichid, sub acţiunea unui câmp electric extern.

•Bazele fizice ale electroforezei

•La introducerea unei particule coloidale în câmp electric particula coloidală se va deplasa spre electrodul de semn contrar cu o forţă electrostatică F direct proporţională cu sarcina sa (e) şi cu intensitatea curentului electric (E). Acestei forţe de deplasare i se opune o forţă de frecare internă (F’) proporţională cu viteza particulei (v), vâscozitatea mediului (η) şi raza particulei (r):

• F’ = 6 π r η v

• Egalând cele două forţe se obţine:

• eE = 6 π r η v

•=>viteza de migrare a particulei în câmp electric:

•v = eE / 6 π r η Analiza calitativă

•Numărul spoturilor obţinute în urma separării electroforetice şi poziţia lor conferă informaţii referitoare la numărul şi tipul componenţilor din proba de analizat.

Analiza cantitativă

•Analiza cantitativă a electroforegramei se bazează pe principiul legii Lambert – Beer.

•Se utilizează un aparat numit densitometru care cuantifică grafic poziţia şi concentraţia componenţilor separaţi sub forma unor curbe gaussiene.

•Gelurile se plasează în aparat şi apoi acestea se deplasează lent de-a lungul unui fascicul luminos. Semnalul obţinut de un detector fotoelectric este înregistrat sub forma unor curbe gaussiene. Numărul peak-urilor înregistrate corespunde cu numărul componenţilor separaţi, iar aria fiecărui peak este proporţională cu concentraţia.