Metode de analiza spectrala - spectrofotometria de absorbtie

METODE DE ANALIZA SPECTRALA

SPECTROFOTOMETRIA DE ABSORBTIE

Metodele optice de analiza constituie in prezent mijloacele cele mai mult utilizate in analiza chimica. Aceste metode folosesc radiatiile de toate lungimile de unda care la trecerea lor printr-o substanta provoaca fenomene de absorbtie, emisie, difuzie, etc. care se pot masura cu aparate specifice.

Fenomenele care au loc la nivelul electronilor din legaturile chimice ale moleculelor (proprietati moleculare) constituie fenomene de absorbtie a luminii in ultraviolet (185 - 400 nm), vizibil (400 - 800 nm) si infrarosu (peste 800 nm), iar fenomenele care au loc la nivelul electronilor, atomilor (proprietati atomice) se intilnesc in emisia, absorbtia, fluorescenta, etc.

Spectrofotometria de absorbtie cuprinde acele metode de analiza care au la baza modificarea intensitatii unei radiatii electromagnetice trecute printr-o solutie. Aceasta modificare se datoreaza absorbtiei unei anumite cantitati din energia radiatiei, la o anumita lungime de unda, de catre solutia de cercetat.

Determinarile spectrofotometrice in UV si vizibil se bazeaza pe masurarea intensitatii luminii absorbite, care are loc dupa legea Bouguer-Lambert-Beer si care stabileste relatia dintre lumina absorbita, structura si concentratia solutiei, grosimea stratului absorbant, pentru o anumita lungime de unda (A., nm).

Extinctia (E) sau absorbanta, sau densitatea optica este logaritmul zecimal al raportului dintre intensitatea luminii incidente (I₀) si intensitatea luminii transmise (l) si este proportionala cu concentratia:

Daca valorile lui c se exprima in g/l, e este denumit coeficient de extinctie specifica, iar daca c se exprima in ioni-gram/l sau moli/l, e se numeste coeficient de extinctie molara sau absorbanta molara.

In practica analitica se determina densitatea optica la o anumita lungime de unda pentru o solutie care contine 1 g de substanta in 100 ml solutie, intr-un strat de solutie cu grisimea de 1 cm. Aceasta poarta denumirea de extinctie specifica E_{1 Cm}^1%.

Cunoscind extinctia specifica se poate deduce concentratia unei solutii din formula:

In determinarile spectrofotometrice in ultraviolet sau vizibil trebuie sa se cunoasca lungimea de unda la care exista un maxim de absorbtie. Pentru aceasta se traseaza spectrul de absorbtie a substantei respective, de o anumita concentratie urmarind variatia densitatii optice (E) in functie de lungimea de unda ( ), (fig.1), Lungimea de unda la care absorbanta este maxima, se determina din grafic ( _max Cunoscandu-se concentratia solutiei, valoarea absorbtiei la si grosimea stratului absorbant se poate calcula e coeficientul de extinctie molara

In vederea determinarilor spectrofotometrice (sau fotometrice) trebuie sa se cunoasca domeniul de aplicabilitate a legii Lambert-Beer adica domeniul in care absorbanta (E) variaza liniar cu concentratia (c) la o lungime de unda la care absorbanta este maxima λ_max ) (fig-2).

Aceasta lege este verificata daca se utilizeaza o lumina monocromatica, solutiile nu sunt prea concentrate, nu prezinta fluorescenta si nu sunt tulburi. Reprezentarea grafica a valabilitati legii Lambert-Beer reprezinta curba etalon, din care prin extrapolarea valorii extinctiei probei necunoscute pe curba etalon se determina concentratia necunoscuta. Concentratia probei de analizat se poate determina si din relatia data anterior cunoscand valoarea E, _cm (extinctia specifica).

DOZAREA SPECTROFOTOMETRICA A CLORHIDRATULUI DE EFEDRINA

Ustensile

5 baloane cotate de 25 ml numerotate de la 1 la 5

1 balon cotat de 25 ml pentru proba simulata marcat cu PS

1 balon cotat de 25 ml pentru proba de ser efedrinat marcat cu SE

1 pahar Berzelius de 100 ml pentru apa distilata folosita pentru dilutii

1 pipeta gradata 5 ml + para cauciuc

1 pipeta de plastic pentru apa distilata

Solutii

solutie stoc de clorhidrat de efedrina (concentratia marcata pe balonul cotat)

fiole cu solutie injectabila de clorhidrat de efedrina 1% (m/v)

Mod de lucru

Solutiile de etalonare

Se masoara din 0,5; 1; 2; 3 si respectiv 5 ml solutia (1)  in baloanele cotate 1, 2, 3, 4 si respectiv 5

Se dilueaza la semn cu apa distilata

Proba simulata - PS

Se masoara din solutia stoc de efedrina (1)  4 ml in balonul cotat PS

Se dilueaza la semn cu apa distilata

Proba diluata de ser efedrinat - SE

100 µl solutie injectabila de clorhidrat de efedrina 1% (2) se dilueaza cu apa pana la semn intr-un balon cotat de 100 ml. Din solutia rezultata se masoara 2 ml in balonul cotat SE de 25 ml si se aduce la semn cu apa distilata.

Se determina valoarea absorbantei solutiei SE la lungimea de unda cu absorbanta maxima

Masuratorile spectrofotometrice

Se porneste spectrofotometrul cu 15 minute inainte de efectuarea masuratorilor.

Intr-una din cuvele de cuart se introduce apa distilata pana la 2/3 din capacitate si peretii cuvei se sterg de orice urma de lichid. Se verifica de asemenea LIPSA bulelor de aer lipite pe peretele intern al cuvei. In cealalta cuva se introduce una din solutiile de calibrare preparate (exemplu solutia nr.3)

Cuvele vor fi introduse in suportul de probe si se va inchide capacul.

Se inregistreaza din 10 - 10 nm, pe domeniul 200 - 300 nm, valoarea absorbantelor solutiei 3 eliminand de fiecare data absorbanta solventului (blanc).

Pentru a stabili mai exact lungimea de unda cu maxim de absorbanta se vor citi valorile absorbantelor solutiei 3 (din 2 - 2 nm) pe un domeniu spectral mai restrans (cca. 10nm) din jurul maximului

Dupa alegerea lungimii de unda cu maxim de absorbanta se va determina absorbanta celorlalte solutii de calibrare, precum si a solutiilor PS si SE

Se recomanda ca solutiile sa se citeasca succesiv in ordinea crescanda a concentratiilor.

ATENTIE! La schimbarea solutiilor din cuve, acestea se spala cu apa distilata, dupa care se clatesc de trei ori cu mici portiuni din solutia care urmeaza sa fie analizata! Cuvele nu trebuie umplute mai mult de 2/3 din capacitate si inaintea introducerii lor in spectrofotometru peretii cuvei se sterg de orice urma de lichid. Se verifica de asemenea LIPSA bulelor de aer lipite pe peretele intern al cuvei.

ATENTIE! Cuvele de cuart se scot CU GRIJA din lacasele de citire, se golesc, se spala cu apa distilata si se aseaza in cutia de pastrare!

Interpretarea rezultatelor

o  I. Calcule pe baza legii Lambert-Beer

Determinati lungimea de unda cu maximul de absorbtie ( _max) al solutiei standard din balonul numarul 3 in nanometrii

λ_max =   nm

Determinati valoarea absorbantei solutiei standard din balonul 3 la λ_max

   UA

Calculati concentratia molara c^std3 a solutiei standard din balonul 3. Masa moleculara a clorhidratului de efedrina este 201.7 g/mol.

c^std =    mol/l

Conform legii Lambert-Beer coeficientul molar de extinctie ε_λmax se poate determina cunoscand valoarea

ε_λmax = c^std · d)

ε_λmax = l/(mol·cm)

Determinati valoarea absorbantei probei simulate-PS-() si a probei diluate de ser efedrinat (solutia 2) la _max

   UA

   UA

Cunoscand coeficientul molar de extinctie _max si absorbanta probei simulate precum si cea a probei de ser efedrinat diluate putem calcula concentratia acestor solutii utilizand ecuatia legii Lambert-Beer:

A c d

unde:   = lungimea de unda [nm]

A = valoarea absorbantei [UA] la

= coeficientul molar de extinctie [l/(mol·cm] la

c = concentratia [mol/l]

d = drumul optic [cm]

c^PS = /( _max · d)

c^PS = mol/l

In acelasi mod se calculeaza si concentratia probei de ser efedrinat diluate (c^SE).

o  II. Calcule pe baza curbei de calibrare

Calculati concentratiile molare ale celor cinci solutii standard preparate in baloanele 1-5.

Introduceti in tabelul de mai jos valorile absorbantelor masurate pentru cele cinci solutii standard.

Pe o hirtie milimetrica se reprezinta punctele in sistemul de coordonate absorbanta masurata = f (concentratie) si trasati dreapta care considerati ca aproximeaza cel mai bine punctele experimentale

Introduceti datele obtinute intr-un tabel de forma

Calculati ecuatia dreptei de calibrare y = a + b·x (unde "y" este absorbanta, "x" este concentratia molara, "a" este ordonata la origine, iar "b" este panta dreptei) conform formulelor:

  

Calculati valoarea concentratiei probei simulate(PS) si a probei diluate de ser efedrinat(SE) prin:

- Inlocuirea in ecuatia dreptei obtinuta prin calcul

- Extrapolarea valori pe dreapta construita pe hartie milimetrica

o  III. Calcule pe baza

Cunoscand valoarea absorbantei solutiei standard din balonul 3 la _max calculati valoarea , stiind ca s-a lucrat cu o cuva de diametrul de 1cm:

.. c^std3 [% m/v]

..1% (m/v)

=

Cunoscand calculati concentratia procentuala (m/v) a solutiei diluate de ser efedrinat.

c^SE = (% m/v)

o  IV. Calculul concentratiei solutiei de ser efedrinat

Cunoscand concentratia probei de ser efedrinat diluata (c^SE [mol/l]) si dilutia efectuata la prepararea solutiei 2, calculati concentratia initiala a serului efedrinat (c_% m/v). Masa moleculara a clorhidratului de efedrina este 201,7 g/mol.

o  V. Discutii

Ce semnificatie are panta dreptei de calibrare?

Ce relatie exista intre panta dreptei de calibrare si coeficientul molar de extinctie ( _max

Comparati si comentati rezultatele obtinute fata de cele teoretice.

Comparati rezultatele obtinute intre ele.