Spettroscopia Ultravioletta/Visibile (UV/Vis)

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1 Spettroscopia Ultravioletta/Visibile (UV/Vis)
Vediamo in maniera molto sintetica in cosa consiste la spettroscopia UV-Visibile, questa tecnica ci permette di acquisire informazioni sui composti con legami doppi coniugati b-carotene

2 La normale configurazione elettronica di una molecola è nota come
(UV/Vis) La normale configurazione elettronica di una molecola è nota come stato fondamentale cioè tutti gli elettroni occupano gli orbitali molecolari a più bassa energia Quando una molecola assorbe una radiazione di opportuna l passa ad uno stato eccitato Pertanto una transizione elettronica consiste nella promozione di un elettrone in un orbitale molecolare a più alta energia

3 (UV/Vis) A seconda dell’energia utilizzata per la transizione elettronica una molecola assorbirà nella regione dell’UV oppure in quella del Visibile Se essa assorbe una radiazione ultravioletta, otterremo uno spettro UV se assorbe una radiazione visibile, otterremo uno spettro visibile L’energia delle radiazioni UV/Vis è sufficiente per indurre soltanto le due transizioni mostrate in figura

4 h = costante di Planck c = velocità della luce l = lunghezza d'onda
(UV/Vis) 180 h = costante di Planck c = velocità della luce l = lunghezza d'onda

5 (UV/Vis) Nella figura seguente è riportato lo spettro UV dell’acetone, che come sappiamo possiede sia elettroni di tipo p che elettroni di tipo n Nello spettro, infatti, ci sono due bande di assorbimento

6 La legge di Lambert-Beer
(UV/Vis) La legge di Lambert-Beer Wilhelm Beer ( ) e Johann Lambert ( ), indipendentemente l’uno dall’altro, proposero che, ad una data lunghezza d’onda (l), l’assorbanza di un campione dipende dalla quantità di sostanza che assorbe la radiazione interagendo con la luce quando questa passa attraverso una soluzione del campione contenuto in una cuvetta Per valutare la quantità di radiazione assorbita occorre confrontare l’intensità I della luce emergente con l’intensità I0 della luce incidente Si definisce Trasmittanza (T) della soluzione la grandezza così definita: T = I/Io

7 A = c l e Trasmittanza T = I/I0 0 < T < 1 Assorbanza A = logI0/I
(UV/Vis) Tale grandezza pertanto esprime la frazione di energia luminosa che riesce ad attraversare il corpo in esame Può assumere valori che vanno da 0 a 1 Spesso si preferisce esprimere la trasmittanza come trasmittanza percentuale T% che si ricava dalla semplice relazione T% = 100 ⋅ T T% va da 0 (completo assorbimento) a 100 (nessun assorbimento) Trasmittanza T = I/I0 0 < T < 1 In altre parole, l’assorbanza dipende sia dalla concentrazione del campione che dalla lunghezza del cammino ottico attraverso il campione La relazione tra l’assorbanza, la concentrazione e la lunghezza del cammino ottico è nota come legge di Lambert-Beer ed è data da A = c l e Assorbanza A = logI0/I 0 < A < ∞ o anche A = – log T

8 A = c l e e = assorbività molare (litro mole-1 cm-1) Dove:
(UV/Vis) A = c l e Dove: A = assorbanza del campione = logI0/I (I0 = intensità della radiazione incidente sul campione) (I = intensità della radiazione che emerge dal campione) c = concentrazione del campione espressa in moli/litro l = lunghezza del cammino ottico attraverso il campione espressa in cm e = assorbività molare (litro mole-1 cm-1) (nota anche come coefficiente di estinzione molare) di un composto è una costante che, ad una specifica lunghezza d’onda (l) è una caratteristica del composto essa è l’assorbanza registrata per una soluzione 1,00 M del composto in una cella con un cammino ottico pari a 1,00 cm

9 lmax 195 nm (emax 9000; esano) lmax 274 nm (emax 13,6; esano)
(UV/Vis) La lunghezza d’onda relativa al valore più alto della banda di assorbimento (il valore massimo dell’assorbanza) è lmax (lamda max) lmax 195 nm (emax 9000; esano) lmax 274 nm (emax 13,6; esano) Poiché l’assorbanza (A) è proporzionale alla concentrazione (c), è possibile determinare la concentrazione di una soluzione quando sono note l’assorbività molare (e) e l’assorbanza ad una data lunghezza d’onda (l)

10 A = c l e c = A/e l Come esempio immaginiamo di voler determinare
(UV/Vis) Come esempio immaginiamo di voler determinare la concentrazione di vitamina A in un campione Se la vitamina A pura ha un lmax = 325 nm (e = ) qual è la concentrazione di vitamina A in un campione la cui assorbanza a 325 nm è A = 0.735 in una cella spessa 1 cm? A = c l e c = A/e l

11 la concentrazione e l'assorbanza a una determinata l
(UV/Vis) L'analisi quantitativa UV-Vis si basa come abbiamo detto sulla legge di Lambert-Beer che esprime una relazione di proporzionalità tra la concentrazione e l'assorbanza a una determinata l Perche tale legge sia applicata in analisi quantitativa devono essere rispettate due condizioni: L'analita deve assorbire in modo rilevabile nell'intervallo spettrale nm, questo si verifica con una analisi spettrale dell'analita Si identifica quindi la lunghezza d'onda (solitamente lmax) per l'analisi quantitativa La relazione assorbanza/concentrazione deve essere lineare questo si verifica allestendo una curva di calibrazione (o retta di taratura)

12 Tra cui fattori fisici/chimici, fattori strumentali e operativi
Esistono diversi fattori che possono provocare deviazioni dalla linearità Tra cui fattori fisici/chimici, fattori strumentali e operativi

13 a più alta energia occupato a più bassa energia non occupato
(UV/Vis) HOMO  Highest Occupied Molecular Orbital orbitale molecolare a più alta energia occupato LUMO  Lowest Unoccupied Molecular Orbital orbitale molecolare a più bassa energia non occupato

14 Quanto maggiore è il numero di legami doppi coniugati presenti in una molecola, tanto minore è l’energia necessaria per la transizione elettronica che, quindi, avviene ad un valore di una lunghezza d’onda più grande Quindi, la lmax di un composto può essere usata per prevedere il numero dei legami doppi coniugati presenti in una molecola (UV/Vis)

15 l’oggetto non ha assorbito
Luce e Colore (UV/Vis) Gli oggetti colorati assorbono alcuni colori della luce (bianca) e ne riflettono altri Il colore che vediamo è solo quello che l’oggetto non ha assorbito

16 (UV/Vis) Un oggetto colpito da un raggio di luce bianca può assorbirlo completamente (nero), diffonderlo completamente (bianco) oppure parzialmente In questo caso un oggetto ci può apparire rosso perché assorbe tutti i colori della luce tranne il rosso Il colore dei corpi trasparenti dipende dal colore del raggio luminoso che essi lasciano passare Se ad esempio vediamo un vetro di colore blu vuol dire che solamente il raggio luminoso di colore blu è riuscito a passare Se il vetro ci appare incolore vuol dire che esso è trasparente a tutti i tipi di raggi luminosi

17 Questi composti altamente coniugati non assorbono la luce verde
(UV/Vis) Il pigmenti responsabili del colore verde delle piante sono la clorofilla a e b Questi composti altamente coniugati non assorbono la luce verde Quindi, le piante riflettono questa radiazione e ci appaiono verdi Il licopene, il b-carotene e le antocianidine sono stati rinvenuti nelle foglie degli alberi, ma i loro caratteristici colori rimangono oscurati dal colore verde della clorofilla In autunno, quando la clorofilla si degrada è possibile apprezzare anche questi colori

18 b-carotene lmax = 455 nm licopene lmax = 474 nm (UV/Vis)

19 Spettro acetone scannerizzare
(UV/Vis) I colori dello spettro di luce visibile colore intervallo di lunghezza d'onda intervallo di frequenza rosso ~ 700–630 nm ~ 430–480 THz arancione ~ 630–590 nm ~ 480–510 THz giallo ~ 590–560 nm ~ 510–540 THz verde ~ 560–490 nm ~ 540–610 THz blu ~ 490–450 nm ~ 610–670 THz viola ~ 450–400 nm ~ 670–750 THz Spettro acetone scannerizzare Hz = 1/s oppure Hz = s-1 1 terahertz (simbolo THz) = 1012 Hz = 1 000 000 000 000 Hz