Chimica Analitica e Laboratorio 2 -...
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Chimica Analitica e Laboratorio 2
Modulo di Spettroscopia Analitica
Spettroscopia UV-visibile
2
Trasmittanza - assorbanza
La trasmittanza di un mezzo è la frazione di radiazione incidente trasmessa
T = P/P0
%T =P/P0x100
L’assorbanza è definita come
A = -log P/P0
3
Legge di Lambert-Beer
La legge di Lambert-Beer mette in relazione l’assorbanza con la concentrazione della specie assorbente in particolare
Simboli
Lambert-Beer
Un sistema composto da n specie assorbenti ad una lunghezza d’onda λ ha un assorbanza
Spettri UV-vis
200 400 600 800Lunghezza d'onda (nm)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Ass
orba
nza
Spettro A + B
Spettri UV-vis
200 400 600 800Lunghezza d'onda (nm)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Ass
orba
nza
Sostanza A
200 400 600 800Lunghezza d'onda (nm)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Ass
orba
nza
Sostanza B
Spettro somma
200 400 600 800Lunghezza d'onda (nm)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Ass
orba
nza Spettro A + B
Deviazioni dalla legge
• Deviazioni chimiche – interazioni col solvente – autoassociazioni
• Deviazioni strumentali – radiazione policromatica – radiazioni parassite
Strumenti • A singolo raggio
• A doppio raggio
Analisi quantitative UV-vis
• ampia applicabilità – sostanze organiche – sostanze inorganiche
• buona sensibilità – 10-3 ÷ 10-5 M
• accuratezza – 1 ÷ 3 %
• praticità – veloce – poche manipolazioni del campione
Spettroscopia UV-vis
Applicazioni
Analisi quantitative
Metodo per confronto
• Preparazione standard – std 1 – std 2 – …. – std n
• Lettura soluzioni standard alla lunghezza d’onda λ
• Curva di calibrazione
Curva di calibrazione
Minimi quadrati – linea di tendenza
Parametri retta
Polinomiale
Polinomiale
Metodo per confronto
• Lettura campione
• proiezione Acampione sulla curva di calibrazione
• proiezione sull’asse delle concentrazioni
Polinomiale
Metodo delle variazioni continue (Job plot)
Metodo delle variazioni continue
Si consideri la formazione di un complesso metallo-legante, dotato di assorbimento nell’UV-vis:
• mM + lL D MmLl
Si può dimostrare che l’assorbanza del complesso, riportata rispetto alla frazione molare del metallo, è una curva continua con un massimo per
• x = m/(m+l) perché questa condizione sia verificata occorre che la somma delle concentrazioni [M] e [L] sia costante.
Metodo delle variazioni continue
Si preparino due soluzioni di legante e di metallo aventi la stessa concentrazione
• [M] = [L] = a
La concentrazione a deve essere scelta in modo tale che il valore dell’assorbanza massima del complesso sia tra 1 ed 1.5 Partendo da queste due soluzioni si preparino 11 soluzioni secondo lo schema
mL Metallo mL Legante XMetallo
0 10 0 1 9 0.1 2 8 0.2 3 7 0.3 4 6 0.4
…. …. …. .… …. …. 7 3 0.7 8 2 0.8 9 1 0.9 10 0 1
Metodo delle variazioni continue
Qualunque sia il valore di a, la frazione molare è sempre data dalla relazione
Sostituendo [M] ed [L] nella prima equazione
Metodo delle variazioni continue
I valori delle frazioni molari corrispondenti ai massimi di assorbanza per i complessi più comuni sono
Stechiometria m/(m+l) XMax
ML (1:1) 1/(1+1) 0.5 ML2 (1:2) 1/(1+2) 0.33 ML3 (1:3) 1/(1+3) 0.25 M2L3 (2:3) 2/(2+3) 0.4
…. …. ….
Metodo delle variazioni continue
Condizione perché si abbia un massimo ben definito è che si f o r m i u n s o l o t i p o d i complesso.
Metodo delle variazioni continue
La curvatura delle linee sperimentali è dovuto alla forza con cui si forma il complesso La costante di formazione può essere va lu t a t a da l l a m i su ra de l l e deviazioni dalle rette teoriche che rappresentano la curva per un complesso formato completamente
Stechiometria 1:1
XMe = 0.5
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Assorbanza
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Assorbanza
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Stechiometria 1:1 complesso debole
XMe = 0.5
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Assorbanza
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Assorbanza
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Stechiometria 1:2
XMe=0.33
Stechiometria 1:2 complesso debole
XMe=0.33
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Assorbanza
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Assorbanza
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Stechiometria 1:3 complesso debole
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Assorbanza
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
XMe=0.25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1XMe
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Assorbanza
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
REAGENTI ASSORBENTI
• Prendiamo il caso che uno o entrambi i reagenti non siano trasparenti, cioè assorbano.
• Nel caso di un solo reagente assorbente il grafico di Job si presenta con un braccio che non passa per lo zero.
REAGENTI ASSORBENTI
Ricordando che l’assorbanza è una proprietà additiva, nel caso più generale, alla lunghezza d’onda λ e con un cammino ottico b cm:
( )λλ εεε
nn MeLMeLMeMeLL CCCbA ++⋅=
Me nL MeL+ n
[1]
• Ricordando che
CMe= CTotMe – CMeLn e CL= CTot
L – nCMeLn
• Sostituendo questi valori nella equazione [1]
( )λλ εεε
nn MeLMeLMeMeLL CCCbA ++⋅=
( ) ( )[ ]λλ εεε
nnnMen MeLMeLMeLTot
MeMeLTotLL CCCnCCbA +−⋅+−⋅⋅=
REAGENTI ASSORBENTI
( ) ( )[ ]λλ εεε
nnnMen MeLMeLMeLTot
MeMeLTotLL CCCnCCbA +−⋅+−⋅⋅=
Nel caso dei reagenti assorbenti, si deve calcolare un’assorbanza corretta
sottraendo all’assorbanza misurata quella che sarebbe stata l’assorbanza
relativa ai reattivi puri tenendo conto della diluizione.
REAGENTI ASSORBENTI
( ) ( )[ ]λλ εεε
nnnMen MeLMeLMeLTot
MeMeLTotLL CCCnCCbA +−⋅+−⋅⋅=
( ) ( )MeLMeLMeLTot
MeTotLL
corretta nCCCbAAnnMe
εεεεελλ −−=⋅+⋅⋅−=
CORREZIONE
• Prendiamo il caso in cui il solo metallo assorba.
• L’assorbanza corretta sarà data dalla relazione:
L Me XMe A AC 10 0 0 A0 A0-0 A10
9 1 0.1 A1 A1-0.1 A10
8 2 0.2 A2 A2-0.2 A10
7 3 0.3 . .
6 4 0.4 . .
5 5 0.5 . .
4 6 0.6 . .
3 7 0.7 . .
2 8 0.8 . .
1 9 0.9 A9 A9-0.9 A10
0 10 1 A10 0
leSperimentaMe
leSperimentai
Correttai AXAA 10⋅−=
CORREZIONE
Job plot dopo la correzione del reagente assorbente.