Bánhidi Olivér Miskolci Egyetem Analitikai Kémia Tanszék



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

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

9 gyak. Acél mangán tartalmának meghatározása UV-látható spektrofotometriás módszerrel

1. mérés: Benzolszármazékok UV spektrofotometriás vizsgálata

A fény tulajdonságai

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

Az infravörös spektroszkópia analitikai alkalmazása

Abszorpciós spektroszkópia

Abszorpciós fotometria

SPEKTROFOTOMETRIAI MÉRÉSEK

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Kémiai reakciók. Közös elektronpár létrehozása. Általános és szervetlen kémia 10. hét. Elızı héten elsajátítottuk, hogy.

KÖNYEZETI ANALITIKA BEUGRÓK I.

4. táblázat. 1. osztály 2. osztály 3. osztály 4. osztály SO 4 Cl NO 3 HCO 3

Minőségi kémiai analízis

Molekulaspektroszkópiai módszerek UV-VIS; IR

UV-VIS spektrofotometriás tartomány. Analitikai célokra: nm

Hogyan bírhatjuk szóra a molekulákat, avagy mi is az a spektroszkópia?

Abszorpciós fotometria

6. változat. 3. Jelöld meg a nem molekuláris szerkezetű anyagot! A SO 2 ; Б C 6 H 12 O 6 ; В NaBr; Г CO 2.

SPEKTROFOTOMETRIAI MÉRÉSEK

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

UV-LÁTHATÓ ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA

& Többkomponens gyógyszerkészítmények vizsgálata UV spektroszkópiával

Szent-Györgyi Albert kémiavetélkedő Kód

A feladatok megoldásához csak a kiadott periódusos rendszer és számológép használható!

1. Atomspektroszkópia

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 2000

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Abszorpciós fotometria

Az anyagi rendszerek csoportosítása

19. Sav-bázis indikátorok disszociáció állandójának spektrofotometriás meghatározása. Előkészítő előadás

19. Sav-bázis indikátorok disszociáció állandójának spektrofotometriás meghatározása. Előkészítő előadás Módosított változat

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Közös elektronpár létrehozása

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

Minta feladatsor. Az ion képlete. Az ion neve O 4. Foszfátion. Szulfátion CO 3. Karbonátion. Hidrogénkarbonátion O 3. Alumíniumion. Al 3+ + Szulfidion

KÉMIAI ALAPISMERETEK (Teszt) Összesen: 150 pont. HCl (1 pont) HCO 3 - (1 pont) Ca 2+ (1 pont) Al 3+ (1 pont) Fe 3+ (1 pont) H 2 O (1 pont)

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010. Kémia I. kategória II. forduló A feladatok megoldása

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

Természetvédő 1., 3. csoport tervezett időbeosztás

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

23. Indikátorok disszociációs állandójának meghatározása spektrofotometriásan

Az anyagi rendszerek csoportosítása

SPEKTROSZKÓPIA: Atomok, molekulák energiaállapotának megváltozásakor kibocsátott ill. elnyeld sugárzások vizsgálatával foglalkozik.

3. változat. 2. Melyik megállapítás helyes: Az egyik gáz másikhoz viszonyított sűrűsége nem más,

Detektorok tulajdonságai

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

9. évfolyam II. félév 2. dolgozat B csoport. a. Arrheneus szerint bázisok azok a vegyületek, amelyek... b. Arrheneus szerint a sók...

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

4. változat. 2. Jelöld meg azt a részecskét, amely megőrzi az anyag összes kémiai tulajdonságait! A molekula; Б atom; В gyök; Г ion.

Curie Kémia Emlékverseny 2018/2019. Országos Döntő 9. évfolyam

a réz(ii)-ion klorokomplexének előállítása...

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

a. 35-ös tömegszámú izotópjában 18 neutron található. b. A 3. elektronhéján két vegyértékelektront tartalmaz. c. 2 mól atomjának tömege 32 g.

Oldódás, mint egyensúly

Szerves kémiai analízis TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Infravörös, spektroszkópia

KÉMIA. PRÓBAÉRETTSÉGI május EMELT SZINT JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Általános és szervetlen kémia 1. hét

Összesen: 20 pont. 1,120 mol gázelegy anyagmennyisége: 0,560 mol H 2 és 0,560 mol Cl 2 tömege: 1,120 g 39,76 g (2)

Név: Dátum: Oktató: 1.)

1. B 6. C 11. E 16. B 2. E 7. C 12. C 17. D 3. D 8. E 13. E 18. D 4. B 9. D 14. A 19. C 5. C 10. E 15. A 20. C Összesen: 20 pont

ÁLTALÁNOS KÉMIA. vetített anyag és egyéb infók helye!!!!!!!

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat

KÉMIA 10. Osztály I. FORDULÓ

Gyógyszerhatóanyagok azonosítása és kioldódási vizsgálata tablettából

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Oldódás, mint egyensúly

Kémia OKTV 2006/2007. II. forduló. A feladatok megoldása

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

O k t a t á si Hivatal

Mágneses módszerek a mőszeres analitikában

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

Lakos István WESSLING Hungary Kft. Zavaró hatások kezelése a fémanalitikában

Gyakorló feladatok. Egyenletrendezés az oxidációs számok segítségével

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI FELVÉTELI FELADATOK 2004.

Curie Kémia Emlékverseny 2016/2017. Országos Döntő 9. évfolyam

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Jellemző redoxi reakciók:

1. feladat Összesen: 18 pont. 2. feladat Összesen: 9 pont

Elektronszínképek Ultraibolya- és látható spektroszkópia

Általános Kémia, BMEVESAA101

TRIPSZIN TISZTÍTÁSA AFFINITÁS KROMATOGRÁFIA SEGÍTSÉGÉVEL

Arzenátionok: 1) vizes oldat: gyengén lúgos, vagy semleges 2) H2S: H3AsO4 + H2S = H3AsO3 + S + H2O sárga cs

7. Kémia egyenletek rendezése, sztöchiometria

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Feladatok haladóknak

SPEKTROFOTOMETRIAI MÉRÉSEK

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

A 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet (29/2016. (VIII. 26.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Átírás:

Molekula-spektroszkópiai módszerek Bánhidi Olivér Miskolci Egyetem Analitikai Kémia Tanszék A molekulaspektroszkiai módszerek sajátosságai Az emissziós spektrometriai módszerekhez hasonlóan a molekula-spektroszkópiai módszerek is az atomi részecskék állapotváltozásain alapulnak. A hulladékok vizsgálata szempontjából fontos módszerekben a molekulák elektronjai játszanak fontos szerepet. Az atomokkal összehasonlítva, a molekuláris elektron állapotát sokkal több tényez befolyásolja. A (gázállapotú) atomokban és ionokban az elektronok csak haladó mozgást végeznek, (csak az. Un. Potenciális energia állapotfüggvénye szolgáltat diszkrét sajátenergiaérték sorozatot), a molekulákban ezenkívül rezg és forgó mozgásra is van lehetségük (melyek kvantáltnak tekinthetk). Ezért az energiaállapotukat ez utóbbi két mozgással kapcsolatos energiaváltozások is meghatározzák. Ezek azonban jelentsen kisebbek. A többféle változás összeadódik, - egymásra szuperponálódik. Ennek eredményeként az állapotváltozásokat tükröz molekulaszínképek nem vonalas, hanem sávos szerkezetek. Az analitikai alkalmazást illeten elssorban az abszorpciós és a fluoreszcens módszerek terjedtek el. Tárgyalásunkat a továbbiakban csak az abszorpciós módszerekre korlátozzuk. A színképtartományt illeten megkülönböztetjük az ultraibolya és látható (UV-VIS) abszorpciós spektrometriát (illetve spektrofotometriát), valamint az infravörös (IR) spektrofotometriát. Az elbbinél a fényelnyelés alapja az elektronátmenetekkel, valamint az ezekre szuperponált rezgési, forgási energia-átmenetekkel kapcsolatos energiaváltozás, az utóbbinál pedig csak a rezgési és forgási energia-átmeneteken alapulnak a színképek. Bonyolult összetétel szerves molekulák esetében ezeket a módszereket szerkezet-felderítésre, szerkezet-azonosításra is alkalmazzák. Az UV-VIS színképek keletkezésének alapjai Szervetlen vegyületek esetében a leggyakrabban a központi atomot/ion és ligandumok közötti koordinatív kötések elektronpárjaihoz kapcsolódik a fényelnyelés. Már sok egyszer szervetlen ion (Cu 2+, Co 2+, Fe 3+, Cr 3+, Ni 2+, CrO 4 2-, MnO 4 -, stb.) színes, -azaz van fényelnyelése a látható színképtartományban. Elssorban a lezáratlan alhéjakkal rendelkez átmeneti fém-, és ritkaföldfém-ionok vizes oldatai színesek, és ugyancsak ezek hajlamosak koordinatív kötés vegyületek képzésére. A szerves vegyületeknél sok olyan, - a molekulán belüli, - atomcsoport van mely jellemz elnyelési sávval rendelkezik (esetleg többel is) a látható, illetve az ultraibolya színképtartományban.. Ezeket kromofór csoportoknak nevezzük. A leggyakoribb kromofór csoportok C-O, C-N, C-S, S-S, C-Cl, C-Br, C-J kötések, n σ * átmenetek

(nincs π kötés, de van un. nem-köt elektronpárja a kötésben résztvev egyik atomnak) C=C, C=O, C=N, N=N, N=O, C=S, C C, C N kötések, n π *, illetve π π * átmenetek (a kötésben résztvev atomok ketts, - 1 σ és 1 π, - illetve hármas, - 1 σ és 2 π), - kötéssel kapcsolódnak. Az UV/VIS spektrofotometriás módszerek a folyékony halmazállapotú mintákat (folyadékokat, oldatokat) vizsgálnak. A vizsgálandó komponensek klf. Kölcsönhatásba léphetnek az oldószerrel is (pld. víz esetén hidrogénhíd-kötés alakulhat ki), ami az elnyelési sávok (kismérték) eltolódásához vezethet. A mennyiségi meghatározás alapja az AAS-nál megismert Lambert Beer törvény. Az atomabszorpciónál ismertetekkel analóg módon a fényelnyelés (abszorbció), - ami itt is az intenzitáscsökkenés logaritmusa lg(i 0 /I), - és az elnyelést okozó komponens (molekula vagy ion) oldatbeli koncentrációja között lineáris kapcsolat van. A törvény alakja: A = lg(i 0 /I) = ε c l A : abszorpció (fényelnyelés) ε : (moláris) abszorpciós koefficiens c : a meghatározandó komponens koncentrációja l : az optikai úthossz Elvileg, - az abszorpciós koefficiens ismeretében, - a mért fényelnyelésbl a koncentráció kiszámítható. A gyakorlatban azonban, - részben a koefficiens pontos értékének hiánya, részben pedig a törvény korlátozott érvényessége miatt, - az AAS-hez hasonlóan kalibrációs görbét kell felvenni a minták mérése eltt. Mivel folyadékfázisban a molekulák sokkal gyakrabban ütköznek, illetve találkoznak mint gázfázisban, ezért sok intermolekuláris kölcsönhatással, illetve különféle asszociációs, disszociációs egyensúlyok kialakulásával kell számolni. Ezek hatással lehetnek a vizsgálandó komponensre is, csökkentve annak érvényességi határait. A kémiai hatások okozta eltéréseken kívül, fizikai zavaró hatások is felléphetnek. Ilyen például az oldatban lév (esetlegesen kolloid mérettartományba es) részecskék által okozott fényszóródás. Az összefüggés alakjából következik hogy sem nagyon kis-, sem nagyon nagy abszorbanciánál rossz a mérés jel/zaj viszonya. Legjobb a mérés precizitása a 0,1 0,8 A abszorbanciatartományban. Az UV-VIS készülékek felépítése Az AAS készülékekhez hasonlóan az UV-VIS spektrofotométerek is tartalmaznak fényforrást, mintabeviteli egységet, a fény felbontására szolgáló optikai egységet, detektort, jel-, és adatfeldolgozó elektronikát, számítógépet. A molekulaszínképek sávos jellege miatt, az alkalmazott spektrum-tartományban folytonosan sugárzó fényforrásokat, - a látható színképtartományban megfelelen kialakított W-szálas izzót, UV-ben pedig D 2 -lámpát (ami tulajdonképpen egy kisülési csnek tekinthet), - alkalmaznak.

Mivel a Lambert Beer törvény monokromatikus fény esetén érvényes csak, ezért a fényforrás fényét még a mintán történ áthaladás eltt fel kell bontani. A fényfelbontást általában rácsos egységekkel végzik. Az optikai rendszerek az AAS-hez hasonlóan lehetnek egysugaras és kétsugaras elrendezések. Mivel a minták vizsgálata folyadék állapotban történik, a mintabevitel egyszeren megoldható. Az un. statikus mintabevitelnél a mintát a fényútba helyezett küvettákba tesszük. Speciálisan kialakított küvettákkal megoldható az un. áramlásos mintabevitel is, mellyel klf. Kémiai reakciók, folyamatok követhetk. Detektorként fotoelektron-sokszorozót és szilárdtest-alapú un. dióda-soros detektort alkalmaznak. A színképek sávos jellege miatt a felbontással, valamint az érzékenységgel kapcsolatban kevésbé szigorúak a követelmények, és ezeknek a dióda-soros detektorok már jól kielégítik, így érthet rohamos elterjedésük. Egyszer felépítés diódasoros spektrofotométer vázlata

Kétsugaras készülék optikai elrendezésének vázlata USB 4000 Plug & Play spektrofotométer

Az USB 4000 mini-spektrofotométer bels felépítése Alkalmazás A spektrofotometria analitikai alkalmazása már több mint 6 évtizedes múltra tekint vissza. A szerves vegyületek vizsgálata mellett még ma is általános használatuk sok átmeneti fémion, illetve szervetlen anion meghatározása során is. Mivel a színképz, illetve a színhordozó vegyület képzdésének elfeltétele hogy a vizsgálandó komponens meghatározott kémiai formában legyen, ezért több esetben lehetvé teszik az elzetes elválasztás nélküli speciációs elemzést. A spektrofotometriás berendezések ma már a viszonylag olcsó kategóriába tartoznak, ami szintén elny. Hátrányuk hogy gyakran bonyolult, idigényes kémiai elkészítést igényelnek, viszonylag sok zavaró hatással kell számolni. Alkalmazási példák Nitrit ionok spektrofotometriás meghatározása: A nitrit ionok ecetsavas, savanyú közegben szulfanilsavval és α-naftilaminnal (Gries Ilosvay reagens) ibolyásvörös szín vegyületet hoznak létre. Az ecetsav által szabaddá tett salétromossav (HNO 2 ) a szulfanilsavat diazotálja és a keletkez diazóniumsó a jelenlév α- naftilaminnal piros azofestékké kapcsolódik. A reakció rendkívül érzékeny, és szelektív. HSO 3 -C 6 H 4 -NH 2 + HNO 2 + CH 3 COOH = = HSO 3 -C 6 H 4 -N 2 -OOCCH 3 + 2 H 2 O

HSO 3 -C 6 H 4 -N 2 -OOCCH 3 + C 10 H 7 -NH 2 = HSO 3 -C 6 H 4 -N=N-C 10 H 7 -NH 2 + CH 3 COOH A gyakorlatban úgy járunk el hogy a vizsgálandó minta megfelel térfogatú részéhez elször szulfanilsavat, majd kb. 2 perc múlva α-naftilamint, majd újabb 2 perc múlva Na-acetátot adunk, és kb. 20 perc várakozás után, - de max. 1 órán belül 530 nm-en mérjük a fényelnyelést. Nitrát ionok spektrofotometriás meghatározása A nitrát ionok szalicilsavval (HO-C 6 H 4 -COOH) lúgos közegben sárga szín vegyületet, nitro-szalicilsavat képeznek. A meghatározás során a mintához elször Na-szalicilátot adunk, majd szárazra pároljuk. A száraz maradékot kevés tömény kénsavban oldjuk, majd átlúgosítjuk. A kifejld szín okozta fényelnyelést min. 20 perc múlva, de max. 1 órán belül 410 nm-en mérjük. Ortofoszfát (PO 4 3- ionok spektrofotmetriás meghatározása Az ortofoszfát ionok ammónium molibdenáttal - (NH 4 ) 2 MoO 4 - salétromsavas közegben sárga, lúgos közegben, illetve szerves oldószerekben oldódó csapadékot adnak. Ersen savanyú közegben a szabaddá váló molibdénsav izopolisavvá polimerizálódik: 3 (NH 4 ) 2 MoO 4 + 6 HNO 3 = H 2 [Mo 3 O 10 ] + 6 NH 4 NO 3 + 2 H 2 O H 3 PO 4 + 4 H 2 [Mo 3 O 10 ] + 3 NH 4 NO 3 = (NH 4 ) 3 [P(Mo 3 O 10 ) 4 + 3 HNO 3 + 4 H 2 O A reakciót többek között az AsO 4 3-, és az SiO 3 2- ionok is adják, de a körülmények (kémhatás, reakció-id) megfelel megválasztásával szelektívvé tehet. A foszfor-polimolibdénsav könnyen szerves oldószerekbe (izobutil-acetát, izoamilalkohol) extrahálható, ahol nagyon jó kimutatási képességgel mérhet. A +6 oxidációszámú króm (Cr VI ) spektrofotometriás meghatározása A hatérték króm savanyú közegben difenilkarbaziddal intenzív ibolya szín vegyületet hoz létre. A reakció során a difenilkarbazid a krómot +2 oxidációs állapotúvá redukálja, és a keletkez oxidált forma, - a difenilkarbazon, - a Cr 2+ ionnal színes bels komplex vegyületet ad. Ez jellemz és érzékeny reakció. Hg 2+ és MoO 4 2- ionok a reakciót zavarják. Az elbbi hatása fölös HCl-el, az utóbbié pedig tömény oxálsavval küszöbölhet ki. Mivel a Cr 3+ ionok ezt a reakciót nem adják, így ez alkalmas a +6-os oxidációs állapotban lév króm meghatározására, elzetes elválasztás nélkül. Ammónium-ionok spektrofotometriás meghatározása

A meghatározás alapja hogy ammóniumsók oldatában az un. Nessler reagens, - káliumhigany(ii)jodid lúgos oldata, - sárgásbarna csapadékot, kevés ammónia esetében sárgás-barna színezdést okoz. A lúgos reagens az ammóniumsók oldatából ammóniát tesz szabaddá, mely a kálium-higany(ii)jodiddal bázisos higany(ii)amidojodid keletkezése közben reagál, azaz NH 4 Cl + 2 K 2 HgJ 4 + 4 KOH = HgO Hg(NH 2 )J + KCl + 7 KJ + 3 H 2 O A reakció alkalmas kismennyiség ammónia felszíni vizekben, illetve desztillált vizes kivonatokban történ meghatározására. Infravörös spektroszkópia Alapját a molekulák kötéseinek rezgési átmenetei képezik

A különböz szerves funkciós csoportok (=C=O, -CHO, -NH 2, -OH, -COOH, -N=C=, -N=N-, R1-C-O-C-R2, R1-CO-O-R2) jellegzetes elnyelési sávokkal rendelkeznek az infravörös színképtartományban. Oldatok esetében azonban az oldószer sajátságai által meghatározott intermolekuláris kölcsönhatások miatt az infravörös elnyelési sávok is kisebb, nagyobb eltolódásokat szenvedhetnek el. A mennyiségi meghatározás ennél a módszernél is a Lambert Beer törvényen alapszik. A vizsgálandó minta lehet folyadék, vagy oldat, - megfelel minség küvettában, - illetve szilárd halmazállapotú, - ekkor KBr-al elkeverik és tablettát préselnek a keverékbl. A készülékek felépítése hasonló a látható és ultraibolya színképtartományban használatos készülékekhez. Egyéb molekulaspektroszkópiai módszerek

Raman spektroszkópia a molekulák forgási átmenetein alapul. Elektron-spin rezonancia (ESR) spektroszkópia az elektronok spin átmeneteihez kapcsolódó energiák mérésén alapul. Magmágneses rezonancia spektroszkópia (NMR) az atommagok spin átmenetein alapul. Optikai rotációs diszperzió - az optikai forgatóképesség hullámhosszfüggésén alapszik.