Ультрафиолетово–видимая спектроскопия
-
Ультрафиолетовая спектроскопия
- Метод спектроскопии поглощения или отражения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра
- Используется для идентификации и количественного определения соединений
-
Принцип работы
- Спектрофотометр UV-vis измеряет количество поглощаемого света
- Количество поглощенного света пропорционально концентрации вещества
-
Оптические переходы
- Большинство молекул и ионов поглощают энергию в УФ-видимом диапазоне
- Поглощенный фотон выводит электрон на более высокие орбитали, приводя к возбужденному состоянию
-
Приложения
- Мониторинг структурных изменений в ДНК
- Количественное определение ионов переходных металлов, органических соединений и биологических макромолекул
- Анализ в растворах, твердых веществах и газах
-
Закон Бера-Ламберта
- Поглощающая способность раствора пропорциональна концентрации и длине пути
- Используется для определения концентрации поглощающих веществ
-
Влияние растворителя и рН
- Полярность растворителя и рН влияют на спектр поглощения
- Тирозин и другие органические соединения имеют разные максимумы поглощения при разных рН
-
Практические соображения
- Закон Бера-Ламберта требует подтверждения экспериментально
- Химическое и физическое состояние образца должно соответствовать эталонным измерениям
-
Спектральная полоса пропускания
- Определяет диапазон длин волн, пропускаемых через образец
- Узкая полоса пропускания обеспечивает высокое разрешение и точность, но требует больше времени и энергии
- Широкая полоса пропускания ускоряет сканирование, но снижает разрешение и точность
-
Погрешность длины волны
- Коэффициент поглощения анализируемого вещества изменяется с длиной волны
- Количественные измерения проводятся на длине волны, близкой к пику поглощения
-
Рассеянный свет
- Любой свет, достигающий детектора, кроме выбранного монохроматором
- Рассеянный свет может влиять на точность измерений
-
Рассеянный свет и его влияние
- Рассеянный свет может привести к ошибкам в измерениях оптической плотности.
- Рассеянный свет добавляется к сигналу, даже если он не является частью выбранной длины волны.
- Измеренная оптическая плотность будет ниже фактической.
-
Влияние монохроматора
- Уровень рассеянного света монохроматора важен для чистоты света.
- Детектор реагирует на весь свет, что может привести к неправильным измерениям.
- Концентрацию образца или длину оптического пути нужно регулировать для корректных измерений.
-
Отклонения от закона Бера–Ламберта
- При высоких концентрациях полосы поглощения насыщаются, что приводит к сглаживанию поглощения.
- Изменение длины пути измерения помогает определить, происходит ли сглаживание.
- В неоднородных растворах могут наблюдаться отклонения из-за выравнивания поглощения.
-
Источники неопределенности измерений
- Рассеянный свет, отклонения от закона Бера–Ламберта и природа соединений вносят вклад в неопределенность измерений.
- Спектральные помехи, потускнение цвета и несоответствие состава образца и калибровочного раствора также влияют на результаты.
-
Спектрофотометр UV/Vis
- Прибор измеряет интенсивность света после прохождения через образец и сравнивает его с интенсивностью до прохождения.
- Основные части: источник света, держатель для образца, монохроматор и детектор.
- Детекторы: фотоэлектронный умножитель, фотодиод, ПЗС-матрица.
- Монохроматоры: сканирующие и стационарные.
- Однолучевые и двухлучевые приборы.
-
Образцы и кюветы
- Образцы чаще всего жидкости, но можно измерять поглощение газов и твердых веществ.
- Кюветы обычно из кварцевого стекла, но также используются стеклянные и пластиковые.
- Специализированные инструменты включают подключение к телескопам и микроспектрофотометры.
-
УФ–видимая спектроскопия микроскопических образцов
- Объединяет оптический микроскоп с УФ–видимой оптикой, источниками белого света, монохроматором и чувствительным детектором
- Современные приборы измеряют УФ– и видимый спектры в микронных масштабах
-
Преимущества использования
- Измеряют микроскопические образцы и спектры более крупных образцов с высоким пространственным разрешением
- Используются в судебно-медицинской лаборатории, материаловедении, биологических исследованиях и для определения энергетического содержания угля и нефтеносных пород
-
Применение в полупроводниковой промышленности
- Контролируют толщину тонких пленок после их нанесения
- Толщина пленок рассчитывается по интерференционной картине спектров
- Спектрофотометрия используется для определения толщины, показателя преломления и коэффициента экстинкции тонких пленок
-
Дополнительные приложения
- UV/Vis применяется для характеристики скорости химической реакции
- Определяет химический состав топлива, температуру газов и соотношение воздух-топливо по спектру горящих газов
-
Другие спектроскопические методы
- Прикладная спектроскопия, метод Бенези–Гильдебранда, цветная спектроскопия человеческим глазом, спектроскопия зарядовой модуляции, спектрофотометр DU, спектроскопия с преобразованием Фурье
- Инфракрасная спектроскопия и рамановская спектроскопия используются для получения информации о структуре соединений или для идентификации соединений
- Изосбестическая точка важна при измерениях кинетики
- Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне, вращательная спектроскопия, наклонная спектроскопия, ультрафиолетово–видимая спектроскопия стереоизомеров, колебательная спектроскопия