Molekulska spektroskopija

APSORPCIONA Vidljiva UV IR

EMISIONA Fluorimetrija

Spektroskopija u UV-Vis oblasti

Atom, molekul ili jon može da se pobudi dovođenjem energije čime se prevodi u više energetsko stanje. Ako je ovo stanje nestabilno, višak energije se oslobađa emisijom zračenja. Različite frekvencije (talasne dužine) ovakvog zračenja daju EMISIONI SPEKTAR. Ako je više energetsko stanje stabilno, određene frekvence (talasne dužine) biće apsorbovane i nastaje APSORPCIONI SPEKTAR.

U molekulima postoje tri tipa energetskih nivoa:

elektronski vibracioni rotacioni

i javljaju se u različitim spektralnim oblastima.

Spektroskopija u UV-Vis oblasti

Apsorpcija svetlosti u UV-Vis oblasti spektra je posledica interakcija fotona svetlosti iz izvora sa jonima (molekulima) uzorka. Kada molekul apsorbuje foton iz UV-Vis oblasti, odgovarajuća količina energije biva „zarobljena” od strane jednog ili više spoljašnjih elektrona ispitivane supstance.

Kao posledica, dolazi do promene energetskog stanja elektrona (Eelec), a takođe i do promene ukupne energije molekula: energije rotacije i energije vibracije: Erot i Evib (mehanička i kinetička energija).

Promena ΔEelec dovodi do promena i u ΔErot and ΔEvib, što daje veliki broj mogućnosti za posebne pojedinačne različite prelaze (skokove) elektrona.

ΔEtot =ΔErot +ΔEvib +ΔEelec

gde je ΔEelec >ΔEvib>ΔErot.

Spektroskopija u UV-Vis oblasti

E

N

E

R

G

Y

∆E = UV/Vis foton

∆E = IR foton

∆E = µtalasni foton

Apsorpcija – energetski nivoi

Primer: UV spektar SO2 gasa

Oštre linije su prelazi sa osnovnog elektronskog nivoa na različite vibracione nivoe višeg elektronskog nivoa

Molekulske orbitale

Kada dva atoma obrazuju hemijsku vezu, elektroni oba atoma učestvuju u toj vezi i formiraju novu - molekulsku orbitalu.

Obrazuje se jedna “vezujuća” molekulska orbitala sa niskim sadržajem energije i jedna “antivezujuća” sa visokim sadržajem energije.

Energetska stanja u atomskim i molekulskim orbitalama su kvantizirana. Broj mogućih energetskih nivoa 2n2

Molekulske orbitale

Kovalentna veza može biti: σ-veza i π-veza.

Valentni elektroni koji ne učestvuju u hemijskim vezama nazivaju se nevezujući – n-elektroni iz orbitala atoma kao što su: H, C, N, O.

Svakoj vezujućoj orbitali odgovara jedna antivezujuća orbitala.

Mogući prelazi elektrona

σ → σ* n → σ* n → π * π → π* d → d

Koji molekuli apsorbuju u UV/vidljivoj oblasti?

Neorganska jedinjenja Organo-metalna jedinjenja i Organski molekuli

Mogući prelazi elektrona

Prelazi p, s i n elektrona (organska jedinjenja) d i f elektrona (neorganska jedinjenja)

Mnoga neorganska jedinjenja poseduju elektrone u d orbitalama; oni su odgovorni za prelaze sa slabom apsorpcijom koja se ispoljava u Vis oblasti. Ovi prelazi su često odgovorni za boju jedinjenja.

Hemijske veze organskih molekula

Važni pojmovi i pojave

Hromoforne grupe (hromofori) Hromogeni Auskohromne grupe (auksohromi) Hipsohromni efekat Batohromni efekat Hipohromni efekat Hiperhromni efekat

Važni pojmovi i pojave

Hromofori - molekul ili deo molekula ili funkcionalne grupe organskih jedinjenja odgovorni za apsorpciju u UV-Vis delu spektra (npr. C=C, C=O, C=N...).

Hromogeni - Vrste koje nastaju tako što se za ugljenični niz koji je transparentan u bliskoj UV oblasti, veže jedna ili više hromofora.

Auksohromi - grupe sa nesparenim elektronima koje ne apsorbuju u UV oblasti, ali se vezuju za hromofore i pomeraju apsorpcione trake ka višim λ (npr. OH, Cl, NH2...).

Važni pojmovi i pojave

Izolovane hromofore - za seriju molekula koji imaju istu hromoforu, pozicija i intenzitet apsorpcione trake su konstantni. Kada molekul poseduje nekoliko izolovanih hromofora koje međusobno ne reaguju zato što su razdvojene sa najmanje 2 jednostruke C-C veze, tada se primećuje preklapanje traka koje potiču od izolovanih hromofora.

Sistem konjugovanih hromofora - kada hromofore međusobno reaguju, apsorpcioni spektar je pomeren ka višim talasnim dužinama (batohromni efekat), što je praćeno povećanjem intenziteta (hiperhromni efekat).

Važni pojmovi i pojave Pomeranje ka većim λ-

Batohromni efekat

Pomeranje ka kraćim λ-Hipsohromni efekat

Povećanje apsorpcije Hiperhromni efekat Smanjenje apsorpcije Hipohromni efekat

UV spektri organskih jedinjenja

Šta sve utiče na UV spektar?

Rastvarač Konjugacija Aromatična struktura Sterni efekti (izomerija)

Uticaj rastvarača

Veći broj konjugovanih veza pomera absorpciju iz UV ka vidljivom delu spektra – BATOHROMNO POMERANJE

Ultraljubičasta spektroskopija

100-380 nm

100-200 nm→daleka (vakuum) UV oblast 200-380 nm → bliska (kvarcna) oblast Kao i kod Vis, apsorpcija energije povezana je sa

prelaskom elektrona iz nižih u viša energetska stanja. Primenjuje se, uglavnom, na organska jedinjenja.

Ultraljubičasta spektroskopija 100-380 nm

σ → σ* prelaz dešava se u dalekoj UV oblasti, jer predstavlja prelaz iz vezujuće MO u antivezujuću MO, što zahteva visoku energiju. Ovo je objašnjenje zašto su zasićeni ugljovodonici, koji poseduju samo ovu vrstu veza, transparentni u bliskoj UV oblasti (npr. λmax heksana je 135nm);

⇒ zasićeni ugljovodonici mogu biti rastvarači za supstance koje apsorbuju u bliskoj UV oblasti.

Izvori svetlosti u UV-vidljivoj oblasti

Izvor treba da pokrije oblast od 200-800 nm, da ima dovoljnu snagu zračenja koja je nepromenljiva dovoljno dugo da se obavi analiza.

Koriste se: Vis: Volframova lampa (sijalica) (350-800 nm) UV: Deuterijumova (160-360 nm) ili vodonična

lampa ili Xe luk (200-1100 nm).

Izvor svetlosti u UV-vidljivoj oblasti

Kivete

Obično staklo (Vis)

Kvarcno staklo (UV)

Primena UV spektroskopije

Kvalitativna analiza

UV spektar karakterističan je za dato jedinjenje u datom rastvaraču. Poređenjem spektra nepoznatog jedinjenja sa spektrom standarda može se izvršiti identifikacija.

Položaj apsorpcionih traka ukazuje na prisustvo određenih hromofora u molekulu (aldehidi, ketoni, dieni, benzolovo jezgro...)

Primena UV spektroskopije

Ako je jedinjenje transparentno u UV oblasti, ne pokazuje ni jednu značajnu apsorpcionu traku, to jedinjenje ili ne sadrži nezasićene hemijske veze (npr. alkani) ili je u pitanju jedinjenje sa višestrukim konjugovanim vezama, odnosno aromatičnim strukturama, pa je apsorpcija pomerena u vidljivu oblast.

Primena UV spektroskopije

Razlikovanje cis- i trans- izomera; Proučavanje ravnoteže u rastvorima; Određivanje konstante brzine hemijskih

reakcija; Utvrđivanje konjugacije; Praćenje procesa polimerizacije...

Primena UV spektroskopije

Kvantitativna analiza

Zasniva se na Lambert-Berovom zakonu Mogu se analizirati jednokomponentni i

višekomponentni sistemi Može se određivati sadržaj nečistoća...