Cap 6_Introduzione a spettroscopia
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Cap 6_Introduzione a spettroscopia
SPETTROSCOPIA OTTICA Principio • Raggruppa le tecniche di analisi basate sull’ assorbimento o emissione di radiazioni elettromagnetiche Scopo Ottenere informazioni: • qualitative (quali elementi o composti sono presenti in un campione?) e • quantitative (qual è la loro concentrazione?) sugli analiti presenti in un campione LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE Possono essere considerate come: • onde che si muovono alla velocità della luce • particelle (quanti) di energia chiamati fotoni. Caratteristiche principali: • Lunghezza d’onda : distanza tra due massimi o minimi di un’onda • Frequenza : numero di cicli in un secondo (proporzionale all’energia: E = h) • Lunghezza d’onda e frequenza sono inversamente proporzionali. Quindi: piccola lunghezza d’onda alta frequenza alta energia grande lunghezza d’onda bassa frequenza bassa energia L = lunghezza d’onda LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO Lo spettro elettromagnetico è l’insieme delle radiazioni elettromagnetiche esistenti in natura, che hanno nomi diversi a seconda della lunghezza d’onda e frequenza. Si va da: Onde radio: grande lunghezza d’onda bassa frequenza bassa energia Fino a: Raggi cosmici: piccola lunghezza d’onda alta frequenza alta energia Energia crescente da onde radio a raggi cosmici Lunghezza d’onda crescente da raggi cosmici a onde radio LA LUCE VISIBILE • • • La luce visibile (luce bianca) è l’insieme delle radiazioni con lunghezza d’onda da 380 a 780 nm: sono le lunghezze d’onda a cui l’occhio umano è sensibile E’ la somma di componenti colorate (dal violetto al rosso passando per il blu, il verde, il giallo ecc.), cioè radiazioni aventi lunghezze d’onda comprese nell’intervallo sopra indicato. Perché un oggetto ci appare colorato? Perché assorbe solo ALCUNE componenti della luce bianca e ne trasmette altre LE RADIAZIONI ULTRAVIOLETTE • • Sono radiazioni con lunghezza d’onda compresa tra 10 e 380 nm. Hanno quindi lunghezza d’onda minore e frequenza ed energia maggiore rispetto alle radiazioni visibili ASSORBIMENTO ED EMISSIONE DI RADIAZIONI • Tutte le molecole e gli atomi sono caratterizzati da stati (livelli) energetici ben definiti. Assorbimento di una radiazione • Un fotone viene assorbito se la sua energia è uguale alla differenza di energia tra uno stato a energia più bassa e uno a energia più bassa più alti (stato eccitato) di un atomo o di un composto. • L’energia del fotone è trasferita alla particella M + h M* • Dopo un breve periodo (10-6 – 10-9 s) la specie eccitata si rilassa al suo stato originario. Emissione di una radiazione • Una specie chimica (atomo, ione, molecola) che riceve energia (ad esempio per riscaldamento) passa a livelli energetici superiori: viene cioè eccitata. • La specie eccitata ritorna ad un livello energetico più basso emettendo radiazioni elettromagnetiche (le radiazioni sono una forma di energia!). SPETTRO DI ASSORBIMENTO E’ un grafico che riporta l’entità dell’assorbimento in funzione della lunghezza d’onda. Esempio di spettro: Assorbimento (assorbanza) • SPETTRO DI EMISSIONE • E’ un grafico che riporta l’entità dell’emissione (potenza della radiazione emessa) in funzione della lunghezza d’onda. ASSORBIMENTO MOLECOLARE • • • In una molecola, ad ogni stato energetico elettronico sono associati stati vibrazionali Le transizioni elettroniche sono accompagnate da transizioni vibrazionali (dallo stato fondamentale a diversi livelli vibrazionali degli stati elettronici eccitati). Avvengono quindi molte transizioni a lunghezza d’onda molto ravvicinata. Gli spettri hanno l’aspetto di bande. Tratto da Skoog, West, “Fondamenti di Chimica Analitica”, Ed. EDISES, Napoli Esempio di spettro a bande Tratto da Skoog, West, “Fondamenti di Chimica Analitica”, Ed. EDISES, Napoli Diagramma dei livelli energetici e dell’assorbimento di radiazioni da parte di una molecola ASSORBIMENTO DA PARTE DI ATOMI •Negli atomi allo stato gassoso non ci sono stati energetici vibrazionali. •Poche frequenze sono attenuate dall’assorbimento. Si ha quindi uno spettro a righe. Tratto da Skoog, West, “Fondamenti di Chimica Analitica”, Ed. EDISES, Napoli a) Spettro di assorbimento per vapori di sodio. b) Diagramma parziale dei livelli energetici per il sodio. Si evidenziano le transizioni risultanti dall’assorbimento a 590, 330 e 285 nm