Εργαστήριο Φυσικής Χημείας | Τμήμα Φαρμακευτικής Δημήτριος Τσιπλακίδης ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΑ Εργαστήριο Φυσικής Χημείας | Τμήμα Φαρμακευτικής Δημήτριος Τσιπλακίδης

Φασματοσκοπια Οι μεταπηδήσεις ηλεκτρονίων από μια ενεργειακή στάθμη σε μια άλλη μέσα στα άτομα ή μόρια καθώς και οι περιστροφικές κινήσεις και δονήσεις ομάδων ατόμων και μορίων αποτελούν μεταβολές που συνοδεύονται από απορρόφηση ή αποβολή ενέργειας. Όταν ένα σύστημα απορροφά ενέργεια διεγείρεται από την βασική κατάσταση ενώ όταν ένα διεγερμένο σύστημα επανέρχεται στην βασική ή σε μια ενδιάμεση ενεργειακή κατάσταση, αποβάλλει ενέργεια. Οι ενεργειακές αυτές μεταβολές γίνονται με την μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Φασματοσκοπια Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία έχει χαρακτηριστικό μήκος κύματος ή συχνότητα ανάλογα με το είδος της ηλεκτρονικής μετάπτωσης ή μοριακής κίνησης.

Φασματοσκοπια Η Φασματοσκοπία σκοπεύει στον προσδιορισμό της συχνότητας ή του μήκους κύματος της απορροφούμενης ή εκπεμπόμενης κάθε φορά ακτινοβολίας καθώς και στον καθορισμό των ποσοτικών σχέσεων και των νόμων που διέπουν αυτές τις μεταβολές. Η απορροφούμενη ή εκπεμπόμενη ακτινοβολία εξαρτάται από το είδος της μεταβολής, από την ηλεκτρονική διαμόρφωση των ατόμων ή μορίων, από την φύση των δεσμών ανάμεσα στα άτομα κ.ά.

Φασματοφωτομετρια Φασματοφωτομετρία είναι το τμήμα της φασματοσκοπίας που ασχολείται με τις ποσοτικές σχέσεις που αφορούν στην ένταση της απορροφούμενης (ή εκπεμπόμενης) ακτινοβολίας και με τους νόμους της απορρόφησης του φωτός. Νόμος Lambert Συνδέει την ένταση Ιο της μονοχρωματικής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε μια στοιβάδα ουσίας πάχους d με την ένταση I της εξερχόμενης από την στοιβάδα ακτινοβολίας: όπου k είναι μια σταθερά που εξαρτάται από την φύση της ουσίας που απορροφά την ακτινοβολία και από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας.

Φασματοφωτομετρια Όταν η ουσία βρίσκεται σε διάλυμα με συγκέντρωση C (molarity), τότε ισχύει η ανάλογη σχέση γνωστή ως νόμος του Beer: ε είναι ο μοριακός συντελεστής απόσβεσης ή απορρόφησης της ουσίας για ορισμένο μήκος κύματος. Με λογαρίθμηση λαμβάνουμε: όπου το πηλίκο I/Io ονομάζεται διαπερατότητα Τ (transmittance) του φωτός.

Φασματοφωτομετρια νόμος Beer-Lambert Το αντίθετο του δεκαδικού λογάριθμου ή ο δεκαδικός λογάριθμος του αντίστροφου της διαπερατότητας λέγεται οπτική πυκνότητα D (optical density) ή απορρόφηση Α (absorbance): οπότε: Η οπτική πυκνότητα (απορρόφηση) για σταθερό πάχος στοιβάδας και ορισμένο μήκος κύματος φωτός είναι γραμμική συνάρτηση της συγκέντρωσης του διαλύματος της ουσίας που απορροφά. νόμος Beer-Lambert

Φασματοφωτομετρο Η μέτρηση της απορρόφησης του φωτός και η καταγραφή ενός φάσματος απορρόφησης στην περιοχή υπεριώδους-ορατού-υπερύθρου γίνεται με φασματοφωτόμετρα.

Παρακολουθηση της κινητικης οξειδωσης ιωδιουχων απο Η2Ο2 Διμοριακή αντίδραση β’ τάξης: όπου a και b είναι οι αρχικές συγκεντρώσεις των ιόντων Ι- και του Η2Ο2 αντίστοιχα, x είναι η συγκέντρωση του παραγόμενου μοριακού Ι2 σε ορισμένο χρόνο t από την έναρξη της αντίδρασης και k η ειδική ταχύτητά της.

Παρακολουθηση της κινητικης οξειδωσης ιωδιουχων απο Η2Ο2 Αν η αρχική συγκέντρωση των ιωδιούχων είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτήν του Η2Ο2 (a>>b και συνεπώς a>>x), η αντίδραση μπορεί να μελετηθεί ως ψευδομονομοριακή ή ψευδοπρώτης τάξης: Επειδή το υδατικό διάλυμα του Ι2 είναι έγχρωμο (απορροφά στην ορατή περιοχή του φάσματος με λmax=410 nm) ενώ τα υπόλοιπα συστατικά της αντίδρασης έχουν μηδενική οπτική πυκνότητα στο μήκος κύματος αυτό, η παρακολούθηση της αντίδρασης αυτής μπορεί να γίνει φασματοφωτομετρικά!

Παρακολουθηση της κινητικης οξειδωσης ιωδιουχων απο Η2Ο2 t=0 (η συγκέντρωση του Ι2 είναι αρχικά μηδέν, x=0): D0=0 t (η Dt οφείλεται στην συγκέντρωση x του Ι2 που έχει παραχθεί): t= (η D οφείλεται στην τελική τιμή της συγκέντρωσης του Ι2 η οποία σύμφωνα με την στοιχειομετρία της αντίδρασης θα είναι ίση με την αρχική συγκέντρωση του Η2Ο2, b: Επομένως: και

Παρακολουθηση της κινητικης οξειδωσης ιωδιουχων απο Η2Ο2 Παρασκευή διαλυμάτων 100 ml διαλύματος 0.04 Μ ΚΙ 100 ml διαλύματος 4∙10-4 Μ H2O2 και 4∙10-3 Μ H2SO4 Μηδενισμός φασματοφωτόμετρου Γεμίζουμε την κυψελίδα με νερό και ρυθμίζουμε την διαπερατότητα Τ=100% στο μήκος κύματος λ=410 nm (μέγιστο απορρόφησης για το Ι2) Έναρξη αντίδρασης-Παρακολούθηση της αντίδρασης Σε κωνική φιάλη αναμιγνύουμε 50 ml από τα δύο διαλύματα (t=0) Γεμίζουμε την κυψελίδα του φασματοφωτόμετρου με το αντιδρών μείγμα και μετράμε την οπτική πυκνότητα, Dt, σε διάφορα χρονικά διαστήματα t = 5, 10, 15, 20, 25, 30 35, 40 min Ολοκλήρωση της αντίδρασης Προκειμένου να επιταχύνουμε την αντίδραση και να φτάσει στο τέλος της, θερμαίνουμε το αντιδρών μείγμα σε υδρόλουτρο στους 60οC για μισή ώρα και λαμβάνουμε την D

Παρακολουθηση της κινητικης οξειδωσης ιωδιουχων απο Η2Ο2 Προσδιορισμός της σταθεράς ταχύτητας, k. Κατασκευάζεται το διάγραμμα ln[(D/(D-Dt)] vs. t που είναι μια ευθεία με κλίση kˑa (κ, σταθερά της ταχύτητας). t (min) T (%) Dt 5   10 15 20 25 30 35 40