Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Átírás

1 Abrankó László Műszeres analitika Molekulaspektroszkópia Minőségi elemzés Kvalitatív Cél: Meghatározni, hogy egy adott mintában jelen vannak-e bizonyos ismert komponensek. Vagy ismeretlen komponensek azonosítása Mennyiségi elemzés Kvantitatív Cél: Meghatározni, hogy a mintában lévő ismert komponensek milyen mennyiségben vannak jelen Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása Klasszikus módszerek: Gravimetriás Térfogatos módszerek Műszeres analitikai vizsgálatok Elektroanalitikai módszerek (potenciometria, vezetőképesség stb.) Termikus módszerek (DSC, DTA) Optikai (spektroszkópiás) módszerek Tömegspektrometriás módszerek Kromatográfiás módszerek 1

2 Optikai (spektroszkópiás) módszerek Atomspektr. láng AAS FES AFS plazma CP- AES Molekulaspektr. UV-VS R Tömegspektrometria GC-MS LC-MS CP-MS ETA GF- AAS Elválasztástechnika HPLC GC VRK Spektroszkópiás módszerek Azon technikák összessége, melyek az elektromágneses sugárzás és az anyag kölcsönhatásakor létrejövő jelenségeken alapszanak. Pl.: látható fény Elektromágneses sugárzás 2

3 Az elektromágneses sugárzás: Hullám és anyagi jellemzőkkel is rendelkezik. c λ c E = h ν = h λ Planck álladó (h) = 6,626 EXP-34 Js Mi történik a molekulával, ha energiát közlünk vele? Belső energiája növekszik, mely a közölt energia nagyságától függően három tagból tevődik össze: Elektronenergia Rezgési vagy vibrációs energia Forgási, vagy rotációs energia E = E rotációs + E vibrációs + E elektron 3

4 A besugárzás energiája Külső elektronátmenet (10-18 J) Vibráció (10-19 J) Rotáció (10-22 J) Hullámhossztartomány (λ) Spektroszkópiai módszer Energia [kj/mol] Folyamat ultraibolya (UV) nm látható (VS) nm közeli infravörös (NR) nm kiroptikai spektroszkópia (CD, ORD) molekulaabszorpciós (UV, VS) molekulaemissziós (UV, VS) lumineszcenciás módszerek vegyértékelektronátmenetek rezgési és forgási átmenetek infravörös (R) 1-30 µm infravörös és Raman spektroszkópia rezgési és forgási átmenetek távoli infravörös (FR) µm távoli infravörös spektroszkópia forgási átmenetek mikrohullámok 0,3 mm - 1 m rádióhullámok m mikrohullámú spektroszkópia elektronspin-rezonancia sp. (ESR) mágneses magrezonancia spektroszkópia (NMR) forgási átmenetek elektronspin átmenetek magspin átmenetek 4

5 Abszorpció az elektromágneses sugárzást és egyúttal annak energiáját az anyag (atom, vagy molekula) elnyeli, melynek következtében az anyag belső energiája megváltozik. Az atom, vagy molekula gerjesztett állapotba kerül. Majd a többletenergiáját hő és/vagy mozgási energia formájában adja le. Ha az abszorbeált elektromágneses energia egy része elektromágneses energia formájában távozik akkor fluoreszcencia jelenségről beszélünk. nfravörös besugárzás A megvilágító fény spektrumából hiányozni fognak az elnyelt energiához tartozó hullámhosszak. UV-látható fény besugárzás nm hullámhosszúságú elektromágneses sugárzás Molekulapályákon található elektronok elnyelik az energiát, ezáltal magasabb energiaszintre, ún. gerjesztett állapotba kerülnek. A polikromatikus fényből hiányozni fognak az elnyelt energiához tartozó hullámhosszak (látható fény esetén: színek) 5

6 E = E rotációs + E vibrációs + E elektron A forgást, rezgést és elektronátmenetet okozó energiaszinteknek megfelelő hullámhosszak mind hiányozni fognak a spektrumból Molekula elnyelési (abszorpciós) spektrum Sávos molekulaspektrumok 6

7 Az elnyelés mértéke Lambert-Beer törvény 0 : megvilágító sugárzás (fény) intenzitása) 1 : távozó sugárzás (fény) intenzitása) l: úthossz Mennyiségi elemzés Lambert-Beer törvény: A abszorbancia 0 0 A = lg = ε l c belépő sugár intenzitása kilépő sugár intenzitása ε moláris abszorpciós koefficiens (dm 3 mol -1 cm -1 ) c az abszorbeáló komponens koncentrációja a mintában 7

8 Folytonos vagy leszűkített tartományú besugárzás? Megvilágító fény intenzitása: 0 abszorpció Távozó fény intenzitása: 0 A = lg = ε l c Folytonos vagy leszűkített tartományú besugárzás? Megvilágító fény intenzitása: 0 abszorpció Távozó fény intenzitása: Nagyobb abszorpció 0 A = lg = ε l c Monokromatikus megvilágítás Monokromátor Polikromatikus fény Detektor Monokromatikus fény 8

9 UV-Vis spektroszkópia megvalósítása Spektrométer felépítése (monokromatikus megvilágítás esetén) A megvilágító fény hullámhossza változtatható: lehetőség a teljes spektrum felvételére A megvilágító polikromatikus fény felbontása Optikai rács Prizma 9

10 Spektrométer felépítése polikromatikus megvilágítás esetén Diódasoros detektor (Diode Array Detector, DAD) 10

11 DAD lehetőség gyors spektrális elemzésre (átfolyó küvetták esetén is) A referencia hullámhossz (kétsugaras spektrométer) 11