1

Con il termine radiazione s’intende normalmente ogni forma di energia che si propaga mediante onde o particelle in moto (luce, suono, raggi cosmici, radioattività, ecc.). Le radiazioni utilizzate in spettroscopia per perturbare la materia, e quindi ottenere informazioni sull'analita di interesse, sono prevalentemente onde elettromagnetiche.

◊ La radiazione elettromagnetica è una forma di energia trasmessa attraverso lo spazio ad enorme velocità.

◊ La radiazione elettromagnetica è rappresentata da un campo elettrico (E) e un campo magnetico (H) perpendicolari tra loro.

Le radiazioni Le radiazioni elettromagneticheelettromagnetiche

Parametri di un’onda

• Lunghezza d’onda (l) distanza lineare tra due massimi successivi di un’onda

• Ampiezza distanza verticale tra un massimo e l’asse delle x

• Frequenza (v) numero di oscillazioni del campo in 1 secondo (Hz = 1 ciclo/s)

CARATTERISTICHE di una CARATTERISTICHE di una RADIAZIONE ELETTROMAGNETICARADIAZIONE ELETTROMAGNETICA

= lunghezza d’onda

= frequenza = c/E=Energia E=hh=costante di Plank 6.63.10-34 Js-1

Relazione tra onda e particella

Riassumendo le relazioni viste fino ad ora:

Quanto maggiore è la lunghezza d’onda di una radiazione, tanto minore èl’energia ad essa associata

hchc

hE

Lo SPETTRO della LUCELo SPETTRO della LUCE

crescente

crescente

Spettro di luce visibile Spettro di luce visibile all’occhio umanoall’occhio umano

6

Proprio come la luce rossa ha una sua frequenza distinta, lo stesso vale per gli altri colori. Mentre possiamo percepire queste onde elettromagnetiche nei rispettivi colori, non possiamo vedere il resto dello spettro elettromagnetico. Buona parte dello spettro elettromagnetico è infatti invisibile ed ha frequenze che spaziano in tutta la sua larghezza.

Il colore degli oggettiIl colore degli oggetti

In effetti un oggetto ci appare del colore associato alla mescolanza delle radiazioni che esso non assorbe, e quindi riflette.

Le differenti lunghezze d'onda vengono interpretate dal cervello come colori, che vanno dal rosso delle lunghezze d'onda più ampie (minore frequenza), al violetto delle lunghezze d'onda più brevi (maggiore frequenza). Le frequenze comprese tra questi due estremi vengono percepite come arancio, giallo, verde, blu e indaco. Le frequenze immediatamente al di fuori di questo spettro percettibile dall'occhio umano vengono chiamate ultravioletto (UV), per le alte frequenze, e infrarosso (IR) per le basse.

Infatti se si conosce la struttura di una molecola, applicando la meccanica quantistica, si può risalire al suo diagramma energetico, e conoscere così le distanze di energia che intercorrono tra uno stato ed un altro. A ciascun salto energetico corrisponderà una particolare frequenza della radiazione assorbita, e indirettamente ogni salto energetico che coinvolga la radiazione visibile, determinerà il colore che noi osserveremo per una data sostanza.

A questo punto ci si può chiedere perché una sostanza assorba proprio in corrispondenza di certe lunghezze d’onda piuttosto che di altre. La risposta a questa domanda prevede che si conosca la struttura delle molecole che costituiscono tale sostanza, ed in pratica la natura dei legami da cui sono tenute assieme.

Indigotina (blu) Tartrazina (gialla)

E

Interazione radiazione - Interazione radiazione - materiamateria

Radiazione, E = h EE

Energia ceduta

Un atomo o una molecola possono assumere radiazione solo in maniera “discreta”: ad es. un atomo, per fare un salto energetico e passare ad uno “stato eccitato”, può assumere solo un preciso E a cui corrisponde una radiazione con una precisa frequenza (E = h). Si parla di “quantizzazione dell’energia”.

Un atomo di idrogeno secondo Bohr (questo modello è stato superato, ma può ancora essere utile didatticamente)

S1

S0

h

S1

S0

hS1

S0

h

(a) (b) (c)

ASSORBIMENTO ed EMISSIONEASSORBIMENTO ed EMISSIONE

Nell’interazione con la radiazione elettromagneticaSi può avere:a) Assorbimentob) Emissione spontaneac) Emissione stimolata

In ogni caso la E fra S1 e S0 deve essere esattamente:

E=h

Quando la radiazione elettromagnetica ad una ben precisa Quando la radiazione elettromagnetica ad una ben precisa

lunghezza d’onda (monocromatica) colpisce una molecola, una lunghezza d’onda (monocromatica) colpisce una molecola, una

parte della luce può dunque essere assorbita.parte della luce può dunque essere assorbita.

L’intensità della luce assorbita si può esprimere in termini di L’intensità della luce assorbita si può esprimere in termini di

trasmittanza (T),trasmittanza (T), ossia come rapporto tra l’intensità della luce in ossia come rapporto tra l’intensità della luce in

uscita ed intensità della luce incidente:uscita ed intensità della luce incidente:

La trasmittanza (T)La trasmittanza (T)

In alternativa, l’assorbimento di luce si può esprimere In alternativa, l’assorbimento di luce si può esprimere

come come assorbanza (A),assorbanza (A), legata alla trasmittanza dalla legata alla trasmittanza dalla

relazione:relazione:

L’assorbanza (A)L’assorbanza (A)

L’assorbanza è la grandezza utilizzata nella L’assorbanza è la grandezza utilizzata nella legge di legge di

Lambert-BeerLambert-Beer per esprimere la dipendenza per esprimere la dipendenza

dell’assorbimento dalla concentrazione:dell’assorbimento dalla concentrazione:

Il Il coefficiente di estinzione molare (coefficiente di estinzione molare (εε)) è una costante è una costante

caratteristica di ogni composto ed è un indice della bontà delle caratteristica di ogni composto ed è un indice della bontà delle

molecole nell’assorbire la radiazione elettromagnetica ad una molecole nell’assorbire la radiazione elettromagnetica ad una

certa lunghezza d’onda.certa lunghezza d’onda.

La legge di Lambert-BeerLa legge di Lambert-Beer

Trasmittanza e assorbanza

La La trasmittanzatrasmittanza è: è:T = I/IT = I/I00, 0 < T < 1, 0 < T < 1

L’L’assorbanzaassorbanza è: è:A = log IA = log I00/I 0 < A < /I 0 < A <

o anche:o anche:A = – log TA = – log T

La assorbanza, ma non la trasmittanza, è La assorbanza, ma non la trasmittanza, è proporzionale alla concentrazione del campione proporzionale alla concentrazione del campione ((legge di Lambert-Beerlegge di Lambert-Beer):):

A = A = εεbcbcεε è detto è detto assorbanza specifica molare o assorbanza specifica molare o coefficiente di estinzione molarecoefficiente di estinzione molare

Tecniche spettroscopiche

Interazione tra radiazione elettromagnetica e materia

• Informazione qualitativa (elementi, composti)

• Informazione quantitativa (concentrazione)

Classificazione delle tecniche spettroscopiche

•In base al MECCANISMO–assorbimento–emissione–fluorescenza

• In base alla REGIONE SPETTRALE impiegata– raggi g (0.01 Å)– raggi X (0.01 Å – 100 Å)– UV-Visibile (10 nm – 800 nm)– IR (800 nm – 0.4 mm)– microonde (0.4 mm – 0.25 m)– radiofrequenze (> 0.25 m)

•In base alla SPECIA INTERESSATA

–atomica–molecolare

Meccanismo di interazione•Se una sostanza è irradiata con una radiazione elettromagnetica, le particelle di cui essa è costituita possono interagire con i fotoni della radiazione. •Se una particella ha livelli di energia potenziale (elettronica, vibrazionale o rotazionale) E0, E1, E2 ecc., ed i fotoni hanno una frequenza h, oppure h = E2 – E0, ecc., un elettrone della particella può essere eccitato dal livello fondamentale E0 al livello eccitato E1 o E2, rispettivamente. •Il processo in cui il fotone promuove l'eccitazione dell'elettrone si chiama assorbimento.

Assorbimento Fluorescenza Emissione Emissione spontanea stimolata

E2

E1

E0

h

h hh h

h

h

h

La particella eccitata si diseccita normalmente per decadimento termico, trasferendo l'eccesso di energia attraverso collisioni con altre particelle: in tal caso il decadimento è un processo non radiativo.

Spettroscopia atomica e molecolare

• Spettroscopia atomica: il campione è trasformato in atomi somministrandogli energia si determinano elementi

• Spettroscopia molecolare: il campione è analizzato tal quale si determinano composti

Spettroscopia atomica e molecolare

• Spettroscopia atomica: il campione è trasformato in atomi somministrandogli energia si determinano elementi

• Spettroscopia molecolare: il campione è analizzato tal quale si determinano composti

I livelli energetici coinvolti nei processi radiativi hanno natura diversa a seconda che l’assorbitore/emettitore sia una molecola o un atomo.

Nel primo caso ad ogni livello elettronico possono essere associati più livelli vibrazionali e ad ognuno di questi più livelli rotazionali.

Nel secondo caso sono ovviamente assenti i livelli vibrazionali e rotazionali.

E0

E1

E2

v0

v1

v2

r0r1r2

UV-VIS

IR

E

SCHEMA DEI LIVELLI ELETTRONICI, VIBRAZIONALI E ROTAZIONALI DI UNA MOLECOLA

E0

E1

E2

UV-VIS

E

E0

E1

E2

v0

v1

v2

r0r1r2

UV-VIS

IR

E

In spettroscopia atomica l’analita è presente sotto forma di In spettroscopia atomica l’analita è presente sotto forma di nube atomica. Essendo impossibili vibrazioni e rotazioni, lo nube atomica. Essendo impossibili vibrazioni e rotazioni, lo spettro atomico è a righe, non a bande (una banda è l’inviluppo spettro atomico è a righe, non a bande (una banda è l’inviluppo di numerosissime righe).di numerosissime righe).

Livelli energetici possibili per Livelli energetici possibili per un atomo.un atomo.

Livelli energetici possibili per Livelli energetici possibili per una molecolauna molecola

Assorbimento Molecolare

• Più complesso dell’assorbimento atomico perchè in una molecola bisogna considerare:– Transizioni elettroniche– Transizioni vibrazionali– Transizioni rotazionali

• Emolecola = Eelettronica + Evibrazionale + Erotazionale

– Eelectronica > Evibrazionale > Erotazionale

• Risultato: spettri complessi

Ricordiamo che uno spettro è un grafico che riporta l’assorbanza di una specie, in funzione della lunghezza d’onda della radiazione incidente. Nel caso di un atomo, lo spettro di assorbimento è costituito da righe, mentre per una molecola (sistema più complesso), è costituito da bande.

Spettri atomici – a righe, e spettri molecolari - a bande

Spettro di assorbimento del permanganato nell’intervallo 450 – 650 nm.

Spettro di assorbimento di atomi di silicio nell’intervallo 250 – 253 nm.

Regioni spettrali utilizzate

Irraggiando la materia con la radiazione luminosa si creano effetti diversi a seconda dell’energia della radiazione utilizzata:

•raggi γ e raggi X provocano transizioni elettroniche nei gusci interni e reazioni nel nucleo

•raggi UV e visibile causano transizioni elettroniche nei gusci esterni

•raggi infrarossi causano transizioni vibrazionali e rotazionali

•microonde e onde radio interessano l’orientazione degli spin elettronici e nucleari

Tipi di Spettroscopia di Tipi di Spettroscopia di AssorbimentoAssorbimento

SPETTROFOTOMETRO UV-VIS

Per misurare la quantità di luce assorbita a ciascuna lunghezza d’onda si usano gli spettrofotometri nel visibile e nell’ultravioletto

Gli spettrofotometri UV-visibile sono molto diffusi per la loro semplicità di utilizzo e versatilità e per il basso costo; quasi tutte le sostanze organiche presentano assorbimenti nel range strumentale (180-800 nm)

L’assorbimento di radiazione elettromagnetica da parte di una soluzione può essere sfruttato grazie alla legge di Lambert-Beer, definita per una data lunghezza d’onda:

A = bc

concentrazione

cammino otticocoefficiente di assorbimento molare

L’assorbanza di una soluzione è direttamente proporzionale alla concentrazione della specie assorbente

Se si conosce la costante , caratteristica della specie assorbente in esame, posso conoscere c, misurando A (per una opportuna b)

La spettrofotometria analitica molecolare nel La spettrofotometria analitica molecolare nel visibile (VIS) e nell'ultravioletto (UV) è visibile (VIS) e nell'ultravioletto (UV) è utilizzata soprattutto per misurazioni utilizzata soprattutto per misurazioni quantitativequantitative

Componenti dello Componenti dello SPETTROMETROSPETTROMETRO

SORGENTE: serve ad assicurare un flusso costante di radiazione elettromagnetica alla desiderata. Le lampade alogene di quarzo possono arrivare all'UV, ma negli spettrometri UV è di solito usata una lampada a deuterio, in cui una scarica di corrente elettrica è fatta passare in una bassa pressione di deuterio.Nella spettroscopia VIS si utilizzano lampade al tungsteno. Altri tipi di radiazione elettromagnetica hanno sorgenti completamente diverse.

MONOCROMATORE: Il monocromatore serve a selezionare la radiazione elettromagnetica di una particolare lunghezza d'onda tra tutte quelle prodotte dalla sorgente.

RIVELATORE: è un dispositivo capace di generare un segnale elettrico quando è colpito da una radiazione elettromagnetica.

ELABORATORE del SEGNALE: Il segnale in uscita dal rivelatore può essere utilizzato direttamente per tracciare uno spettro usando un registratore.

Spettrofotometro Varian Cary 100Intervallo spettrale: 200/1100 nm;Risoluzione: 0,2 nm;Assorbanza: –0,1/3,0 AVel. Scans.: 200/2400 nm/min.

La sostanza da analizzare è in soluzione !!! E’ sciolta cioè in un “mezzo” che di solito è l’acqua o un tampone.Sia il “mezzo” che il “contenitore” non devono assorbire e devonoessere scelti a seconda della lunghezza d’onda del raggio incidente in modo da essere trasparenti.

Il campione da analizzareIl campione da analizzare

Possono essere acquistate anche celle a diverso cammino ottico (da 0,1 cm a 10 cm).

La qualità dei dati spettroscopici dipende criticamente dal modo in cui le cellette accoppiate sono usate e conservate. Impronte digitali, grasso, o altri depositi sulle pareti alterano marcatamente le caratteristiche di trasmissione di una celletta.

Si deve anche porre attenzione ad evitare la presenza di bolle d’aria (centri di dispersione delle radiazioni).

Le cellette calibrate non devono essere mai asciugate per riscaldamento in un forno o su una fiamma perché questo potrebbe causare un danno fisico o un cambiamento nella lunghezza del cammino ottico.

Alloggiamento del campione:le Alloggiamento del campione:le cellecelle

Scelta del solventeScelta del solvente

I più usati sono acqua, acetonitrile e etanoloI più usati sono acqua, acetonitrile e etanolo

P0 P

T=P/P0

A=log(Po/P)

Quando l'assorbanza è misurata sperimentalmente, una frazione sostanziale di P0 viene persa per riflessione della radiazione da parte del contenitore dell'assorbente e un'altra parte viene persa per dispersione o assorbimento da parte della soluzione.

Per compensare queste perdite si usa valutare l'assorbanza mediante confronto della potenza emergente dalla cuvetta (celletta) contenente la soluzione con quella emergente da una cuvetta contenente la sola matrice (o bianco).

bianco

soluzione0

P

P

P

PlogA

Misure sperimentali di assorbanzaMisure sperimentali di assorbanza

La legge di L&B inoltre è una legge limite. Vale nel caso di soluzioni diluite:bisogna scegliere la concentrazione in modo tale che l’assorbanza non superi il valore di 2-3

Spettroscopia elettronica

Solo le transizioni di elettroni n e hanno energie nel range 200-800 nm

La spettroscopia UV-visibile è detta anche spettroscopia elettronica perchè è basata su transizioni di elettroni tra livelli energetici diversi

Il campione è irraggiato con un intervallo più o meno ampio di ; le assorbite, aventi energia sufficiente a promuovere transizioni elettroniche, corrispondono ai gruppi funzionali delle molecole.

Le transizioni elettroniche possono essere classificate sulla Le transizioni elettroniche possono essere classificate sulla base delle caratteristiche degli orbitali coinvolti in:base delle caratteristiche degli orbitali coinvolti in:

** :: sono transizioni intense che avvengono tra sono transizioni intense che avvengono tra orbitali con energia molto diversa e quindi possono orbitali con energia molto diversa e quindi possono essere indotte da radiazioni ad energia molto essere indotte da radiazioni ad energia molto elevata. Le transizioni s-s*elevata. Le transizioni s-s* cadono in una zona di cadono in una zona di frequenze non accessibile ai normali frequenze non accessibile ai normali spettrofotometri.spettrofotometri.

p-p*p-p* :: sono transizioni molto intense osservabili sono transizioni molto intense osservabili nella zona dell’ UV. Molecole contenenti due o più nella zona dell’ UV. Molecole contenenti due o più doppi legami coniugati mostrano assorbimenti doppi legami coniugati mostrano assorbimenti sopra i 200 nm fino a raggiungere, per sistemi sopra i 200 nm fino a raggiungere, per sistemi insaturi molto estesi, la zona del visibile.insaturi molto estesi, la zona del visibile.

n-s*n-s* : sono transizioni abbastanza intense associate sono transizioni abbastanza intense associate agli elettroni di non legame che perciò possono agli elettroni di non legame che perciò possono essere osservate soltanto per molecole con essere osservate soltanto per molecole con eternatomi: CHeternatomi: CH33OH assorbe a 185 nm e lo CHOH assorbe a 185 nm e lo CH33I a I a 250 nm250 nm

n-p*n-p* : sono transizioni molto deboli ma facilmente sono transizioni molto deboli ma facilmente osservabili perché cadono perché cadano a osservabili perché cadono perché cadano a lunghezza d’onda più alta di qualsiasi altra lunghezza d’onda più alta di qualsiasi altra transizione e in zone dello spettro abbastanza transizione e in zone dello spettro abbastanza sgombre. sgombre.

RELAZIONI GENERALI fra RELAZIONI GENERALI fra STRUTTURA e PROPRIETA’ UVSTRUTTURA e PROPRIETA’ UV

I composti saturi non danno assorbimento UV

Gruppi funzionali contenenti legami possono dare assorbimento nella regione 200-800 nm. Tali gruppi funzionali insaturi sono detti cromofori

Le transizioni n sono quelle che richiedono meno energia ma sono proibite e le corrispondenti bande sono caratterizzate da basso coefficiente di estinzione molare (<100).

n

λmax e ε

L’aspetto di uno spettro UV, ossia la posizione e le intensità delle bande sono correlate ai valori di λmax ed ε

λmax dà informazioni sulla posizione della banda nello spettro, ed è correlata all’energia assorbita per una transizione elettronica: maggiore è l’energia associata alla transizione, minore è il valore di λmax

ε è legato alle caratteristiche strutturali della molecola e alla probabilità che una certa transizione elettronica possa avvenire. Quanto più probabile è la transizione, maggiore è il suo valore e più intensa sarà la banda

Gli auxocromi contengono gruppi funzionali che possiedono elettroni di valenza non legati e non presentano alcun assorbimento a lunghezze d'onda superiori a 220 nm. Tuttavia, essi assorbono fortemente nella regione dell'ultravioletto lontano (n‑*).

Se un cromoforo e un auxocromo vengono a essere combinati nella stessa molecola, l'assorbimento del cromoforo si sposterà, in generale, verso lunghezze d'onda superiori e mostrerà un aumento di intensità.

Gli spostamenti verso lunghezze d'onda superiori vengono chiamati batocromici, gli spostamenti verso lunghezze d'onda più corte, ipsocromici.

Gli aumenti di intensità di una banda di assorbimento sono chiamati effetti ipercromici, mentre una diminuzione di intensità viene chiamata effetto ipocromico.

Le sostanze organiche colorate devono il loro colore all'assorbimento della luce da parte di uno o più legami insaturi. Questi legami, o gruppi, sono stati chiamati cromofori da Witt nel 1876.

I gruppi auxocromi non conferiscono, di per sé, un colore alla molecola di cui fanno parte, ma che sono capaci di aumentare il potere colorante di un cromoforo.

Spettroscopia UV: Spettroscopia UV: definizionidefinizioni

Riepilogando…..Riepilogando…..

Cromoforo:Cromoforo:la parte della molecola responsabile la parte della molecola responsabile dell'assorbimento UV (per esempio, un dell'assorbimento UV (per esempio, un carbonilecarbonile a,ba,b insaturo)insaturo)

Gruppo auxocromo:Gruppo auxocromo:Un gruppo che non è di per sé un cromoforo, Un gruppo che non è di per sé un cromoforo, ma può modificare l'intensità e la lunghezza ma può modificare l'intensità e la lunghezza d'onda dell'assorbimento di un cromoforod'onda dell'assorbimento di un cromoforo

Shift batocromico:Shift batocromico:spostamento di un assorbimento UV verso spostamento di un assorbimento UV verso lunghezze d'onda maggiori (anche: lunghezze d'onda maggiori (anche: spostamento verso il rosso) spostamento verso il rosso)

Shift ipsocromico:Shift ipsocromico:spostamento di un assorbimento UV verso spostamento di un assorbimento UV verso lunghezze d'onda minori (anche: spostamento lunghezze d'onda minori (anche: spostamento verso il blu)verso il blu)

Effetto ipercromico:Effetto ipercromico:aumento dell' aumento dell' εε dovuto ad un sostituente del dovuto ad un sostituente del cromoforo.cromoforo.

Effetto ipocromico:Effetto ipocromico:diminuzione dell' diminuzione dell' εε dovuto ad un sostituente dovuto ad un sostituente del cromoforo.del cromoforo.

Spettroscopia UV: Spettroscopia UV: definizionidefinizioni

Cromoforo:la parte della molecola responsabile dell'assorbimento UV

(per esempio, un carbonile , insaturo)

Gruppo auxocromo: Un gruppo che non è di per sé un cromoforo, ma può modificare l'intensità e la lunghezza d'onda dell'assorbimento di un cromoforo

Shift batocromico:spostamento di un assorbimento UV verso lunghezze d'onda

maggiori (anche: spostamento verso il rosso)

Shift ipsocromico:spostamento di un assorbimento UV verso lunghezze d'onda

minori (anche: spostamento verso il blu; non sempre è letterale!!!)

Effetto ipercromico:aumento dell' dovuto ad un sostituente del cromoforo.

Effetto ipocromico:diminuzione dell' dovuto ad un sostituente del cromoforo.

Gruppi cromoforiGruppi cromofori

Alcuni esempi di gruppi cromofori con i relativi coefficienti di estinzione molare o assorbività molare ()

Cromoforo

EsempioTransizio

nemax, nm

Solvente

C=C Etene * 17115,00

0esano

CC 1-Esino * 18010,00

0esano

C=O Etanalen * *

290180

1510,00

0esano

N=ONitrometan

on * *

275200

175,000

etanolo

C-X   X=Br

      X=I

Metil bromuro o

ioduro

n  *n  *

205255

200360

esano

In generale, le molecole contenenti due o più cromofori mostrano un assorbimento uguale alla somma dei contributi di tutti i cromofori presenti, purché siano separati tra loro da due o più legami singoli.

Se due cromofori sono coniugati essi producono un assorbimento molto più intenso, accompagnato da un aumento sia di max che di max; quando i cromofori coniugati sono tre, l'aumento di max e di max è ancora maggiore. Questi spostamenti batocromici sono attribuiti alla formazione di un nuovo cromoforo da parte del sistema coniugato; gli elettroni associati con ciascun cromoforo del sistema coniugato possono muoversi più liberamente attraverso la nuova struttura.

I cromofori sono, nella maggior parte dei casi, gruppi covalenti insaturi: essi sono gruppi funzionali che possono assorbire anche nella regione del vicino ultravioletto o del visibile quando contengono, per esempio, doppi legami coniugati.

B-carotene

CH3

CH3

CH3 CH3 CH3

CH3 CH3 CH3

H3C

CH3

-carotene

Quanto più la coniugazione è estesa, tanto più Quanto più la coniugazione è estesa, tanto più

aumenta la lunghezza d’onda massima di aumenta la lunghezza d’onda massima di

assorbimento.assorbimento.

Carotene: Carotene: λλmaxmax = 452 nm (esano), = 452 nm (esano), εε =152000 =152000

Licopene: Licopene: λλmaxmax = 474 nm (esano), = 474 nm (esano), εε =191000 =191000

SPETTROSCOPIA UVSPETTROSCOPIA UV

PERCHE’ SI OSSERVA UNA BANDA LARGA?

TRASMITTANZA ed ASSORBANZATRASMITTANZA ed ASSORBANZA

I0 I

TRASMITTANZA T = I /I0, 0 < T < 1

ASSORBANZA: A = log I0 /I 0 < A < o anche:

A = – log T

LEGGE di LAMBERT-BEER

A = bccoefficiente di estinzione molare b= lunghezza del cammino ottico (in cm)c= concentrazione molare

Lo SPETTROMETROLo SPETTROMETRO

SORGENTE: serve ad assicurare un flusso costante di radiazione elettromagnetica alla desiderata

MONOCROMATORE: Il monocromatore serve a selezionare la radiazione elettromagnetica di una particolare lunghezza d'onda tra tutte quelle prodotte dalla sorgente.

RIVELATORE rivelatore è un dispositivo capace di generare un segnale elettrico quando è colpito da una radiazione elettromagnetica.

ELABORATORE del SEGNALE: Il segnale in uscita dal rivelatore può essere utilizzato direttamente per tracciare uno spettro usando un registratore.

MONOCROMATORIMONOCROMATORI

A prisma

A reticolo

STRUMENTAZIONESTRUMENTAZIONE

SORGENTE: lampada di tungsteno (visibile) o lampada a scarica di deuterio (UV)CAMPIONE: si alloggia in celle al quarzo (UV) o in vetro o policarbonato (visibile)CONCENTRAZIONE: bisogna sceglierla in modo tale che l’assorbanza non superi il valore di 2-3

CUVETTE

SCELTA del SOLVENTESCELTA del SOLVENTE

I più usati sono acqua, acetonitrile e etanolo

Spettroscopia UV: Spettroscopia UV: definizionidefinizioni

Cromoforo:la parte della molecola responsabile dell'assorbimento UV

(per esempio, un carbonile , insaturo)

Gruppo auxocromo: Un gruppo che non è di per sé un cromoforo, ma può modificare l'intensità e la lunghezza d'onda dell'assorbimento di un cromoforo

Shift batocromico:spostamento di un assorbimento UV verso lunghezze d'onda

maggiori (anche: spostamento verso il rosso)

Shift ipsocromico:spostamento di un assorbimento UV verso lunghezze d'onda

minori (anche: spostamento verso il blu; non sempre è letterale!!!)

Effetto ipercromico:aumento dell' dovuto ad un sostituente del cromoforo.

Effetto ipocromico:diminuzione dell' dovuto ad un sostituente del cromoforo.

RELAZIONI GENERALI fra RELAZIONI GENERALI fra STRUTTURA e PROPRIETA’ UVSTRUTTURA e PROPRIETA’ UV

n

I composti saturi non danno assorbimento UV

Gruppi funzionali contenenti legami possono dare assorbimento nella regione 200-800 nm. Tali gruppi funzionali insaturi sono detti cromofori

Le transizioni n sono quelle che richiedono meno energia ma sono proibite e le corrispondenti bande sono caratterizzate da basso coefficiente di estinzione molare (<100). Caratteristica di tali transizioni è il fatto che si osserva uno shift ipsocromico con l’aumento della polarità del solvente

TRANSIZIONI TRANSIZIONI **Danno luogo alle cosidette bande KHanno coefficienti di estinzione molare alti ( ~104)La max dipende da

numero di doppi legamisostituenti sul sistema coniugatopresenza di cicli

TRANSIZIONI TRANSIZIONI **(n di doppi legami)

4*

1

2

3*

*

etilene 1,3-butadiene

TRANSIZIONI TRANSIZIONI **(sistemi ciclici)

Un diene può esistere in due conformazioni:

In un diene ciclico i due doppi legami possono essere omoannulari o eteroannulari

Per ragioni non chiare un diene omoannulare assorbe a max moltopiù lunghe di un diene eteroannulare o ciclico. La è molto maggiore però per i dieni eteroannulari (>10000) che per quelli omoannulari (<10000)

HH

H

H

H

H H HH

H H

H

s-trans s-cis

Diene omoannulare Diene eteroannulare

TRANSIZIONI TRANSIZIONI **(regole di additività)

max 235 nm

Br

Esempi

Composti carboniliciComposti carboniliciSono presenti due transizioni* nel lontano UV a~ 150 nm

n* (BANDA R) 270-300 nm con molto bassi (<100)

Composti carbonilici ,-insaturiEsistono regole di additività del tutto simili a quelle dei dieni:

Regole di Woodward-Fieser per gli enoni:Valori di base: Sostituenti Incrementi:

Chetoni aciclici 215 nm SAlchile 85 nmChetoni ciclici a 6 termini 215 nm Cl 15 nmChetoni ciclici a 5 termini 202 nm 12 nmAldeidi (acicliche) 210 nm Br 25 nmAcidi ed esteri (aciclici e a 6) 195 nm 30 nm

Sostituenti Incrementi: N(Alchile)2 95 nm

Ulteriore C=C 30 nmGruppo alchilico 10 nm

12 nm Solvente Correzione 18 nm Etanolo 0 nm

C=C esociclico 5 nm Metanolo 0 nmC=C omodienici 39 nm Diossano -5 nmOH 35 nm Cloroformio -1 nm

30 nm Etere -7 nm 50 nm Acqua +8 nm

OAc 6 nm Esano -11 nmOMe 35 nm Cicloesano -11 nm

30 nm 17 nm 31 nm

AROMATICIAROMATICISono possibili varie transizioni *. In particolare, il benzene presenta 3 bande di assorbimento, a max 184 (e = 60.000), Banda E1max 204 (7900) BandaE2max 254 (200) Banda B

Banda a strutturafine di solito usataa scopi di indaginestrutturale

Analisi UV di fenoli e anilineAnalisi UV di fenoli e aniline

max 280 nm = 1430

NH2 NH3+

max 254 nm = 160

H+

(shift ipsocromico)

max 270 nm = 1450

OH O

max 287 nm = 2600

max 269 nm = 1480

OMe

OH

(shift batocromico)

TIPI di COLORANTI