H4 - UV/VIS SEPCTROSCOPIE Flashcards
1
Q
Wat is UV/VIS spectroscopie?
A
Een kwalitatieve karakterisatie techniek die gebruik maakt van EMS uit het UV/VIS gebied die naar het onbekende staal gestuurd wordt; moleculen in het staal zullen deze straling absorberen.
2
Q
Welke golflengte komt overeen met UV en VIS gebied?
A
UV = 200 - 380 nm
VIS = 380 - 780 nm
3
Q
Wat gebeurt er op moleculair niveau bij UV/VIS spectroscopie?
A
UV/VIS elektromagnetische straling wordt naar het staal gestuurd waarbij moleculen in het staal deze straling bij een bepaalde golflengte absorberen.
—> deze straling zal ervoor zorgen voor een elektronen overgang: elektronen zullen zich verplaatsen van bezette molecuulorbitalen (bindend) naar onbezette molecuulorbitalen (anti-bindend) omdat dit energetisch gezien het meest gunstig is.
4
Q
Hoeveel moleculair orbitalen worden er gevormd bij een molecule (algemene regel)?
A
Het aantal molecuulorbitalen is gelijk aan de som van het aantal atomaire orbitalen.
5
Q
Welke 2 soorten molecuulorbitalen kunnen er gevormd worden? Leg ze ook energetisch uit:
A
Bindend molecuulorbitaal: lagere energie tov atomaire orbitalen
Anti-bindend molecuulorbitaal: hogere energie tov bindend orbitaal en atomaire orbitalen.
6
Q
Welke types elektronen kunnen naar een hogere energetische toestand gaan door absorptie van UV/VIS?
A
- vrije elektronen (n)
- sigma elektronen (s)
- pi elektronen (p)
7
Q
Wat zijn sigma elektronen?
A
Elektronen die deel uitmaken van een enkelvoudige binding.
8
Q
Wat zijn pi elektronen?
A
Elektronen die deel uitmaken van een dubbele binding of een drievoudige binding.
9
Q
Welke verschillende energie overgangen zijn mogelijk voor elektronen? (In volgorde van grooste naar laagste energiesprong)
A
Van bindend sigma naar anti-bindend sigma
Van bindend pi naar anti-bindend pi
Van vrije elektronen naar anti-bindend sigma
Van vrije elektronen naar anti-bindend pi
10
Q
Wat is de relatie tussen de golflengte en de energiesprong nodig voor overgang?
A
Hoe groter de energiesprong; hoe meer energie er nodig is, hoe korter de golflengte is.
11
Q
Wat gebeurt er met het bindingskarakter tijdens de overgang van bindend naar anti-bindend orbitaal? Geef het verband tussen de sterkte van de binding en de absorptiewaarschijnlijkheid/ intensiteit en leg uit.
A
Het bindingskarakter zal verzwakken: hoe sterker de binding (bv. Covalente binding): hoe lager de absorptiewaarschijnlijkheid omdat er meer energie nodig is voor de overgang.
12
Q
Welke voorwaarde wordt opgelegd om te kunnen zeggen dat hoe langer de golflengte; hoe minder energie er nodig is en dus hoe hoger de absorptiewaarschijnlijkheid?
A
Deze uitspraak geldt enkel wanneer men 2 moleculen ONDERLING vergelijkt (molecule 1 VS molecule 2).
Binnen 1 molecule geldt dit niet: soms kan een overgang die meer energie kost, toch meer absorptiewaarschijnlijkheid vertonen. Dit kan verklaard worden door de ligging/ overlap van orbitalen.
13
Q
Wat is een geconjugeerde systeem?
A
Een moleculaire structuur waarbij dubbele bindingen afgewisseld worden 1 voor 1 door een enkelvoudige binding.
14
Q
Wat zijn chromoforen?
A
Functionele groepen die zich op een molecule bevinden die UV/VIS absorberen.
15
Q
Bij welke golflengte absorberen alleenstaande chromoforen?
A
Bij een golflengte die niet hoger is de 200 nm
16
Q
Wat is de invloed op de golflengte wanneer chromoforen zich bevinden in een molecule? Hoe kan je dit verklaren?
A
Wanneer chromoforen zich in een molecule bevinden, zal de golflengte toenemen. Dit kan verklaard worden door conjugatie; hoe meer conjugatie - hoe minder energie nodig voor de overgang - hoe langer de golflengte.
17
Q
Welke 2 effecten hebben het solvent op UV/VIS spectrum? (Algemeen)
A
- solvent kan zelf ook UV/VIS absorberend zijn
- solvatatie: solvent kan een oorzaak zijn voor een bathochrome of hypsochrome shirt + ze kan een invloed hebben op de absorptie intensiteit/ waarschijnlijkheid en zorgen voor een hyperchrome of hypochrome shift.
18
Q
Hoe kan men oplossen dat het solvent het UV/VIS spectrum niet beïnvloedt?
A
Het solvent zal bij bepaalde golflengten ook UV/VIS straling absorberen. Men kan hiervoor corrigeren door de UV/VIS spectroscopie te laten starten bij golflengtes waarbij het solvent zelf niet absorbeert.
Indien men dit niet doet is het signaal in het spectrum het resultaat van de som van de molecule en het solvent.
19
Q
Wat wordt er bedoeld met ‘cut-off waarde’?
A
Cut-off waarde is de hoogste golflengte waarbij het solvent absorbeert. Of de golflengte van de start van de UV/VIS meting.
20
Q
Hoe kan je verklaren dat de spectra van eenzelfde molecule verschillend is in andere literatuur?
A
Het gebruikte solvent: polair of apolaire solvent - de polariteit beïnvloedt het absorptiespectrum.
21
Q
Wat is het gevolg op het spectrum van het gebruik van een polair solvent?
A
Wanneer een molecule in een polair solvent gebracht wordt, zal de molecule zich oriënteren volgens het dipoolmoment van de polaire solvent molecule. Hierdoor worden de energieniveaus verlegd met als gevolg dat de golflengtes waarbij de molecule absorptie vertoont wijzigt en je dus een ander spectrum verkrijgt.
22
Q
Op welke 2 overgangen heeft solvatatie een effect? Hoe worden deze nog genoemd?
A
- Overgang van bindend pi naar antibindend pi = K-band
- Overgang van vrije elektronen naar antibindend pi = R-band
23
Q
Leg het effect van het oplosmiddel op de absorptie golflengte uit bij een overgang van bindend pi naar antibindend pi:
A
Door het oplossen van de molecule in een polair solvent zal het energieniveau van zowel de grondtoestand als de aangeslagen toestand verlagen. MAAR het energieniveau van de aangeslagen toestand daalt het meest, waardoor de energiesprong van bindend pi naar antibindend pi in een polair solvent kleiner is dan de energiesprong van diezelfde overgang in een apolair solvent.
—> als de energiesprong kleiner wordt is er minder energie nodig voor de energie overgang. We zien een verschuiving naar een langere golflengte.
24
Q
Hoe noemt men een verschuiving naar een langere golflengte? Geef ook een synoniem
A
Bathochrome shift = rode shift
25
Leg het effect van het oplosmiddel op de golflengte uit bij de overgang van n naar antibindend pi:
De energieniveaus van zowel de vrije elektronen als de aangeslagen toestand van pi antibindend orbitaal daalt. MAAR de daling van het energieniveau van de vrije elektronen (n) is het meest uitgesproken.
—> de energie die nodig is voor de overgang in een polair solvent is dus groter dan de energie nodig voor dezelfde overgang in een apolair solvent. Er zal dus absorptie optreden bij een kortere golflengte!
26
Hoe noemt men deze shift naar een kortere golflengte? Geef ook een synoniem?
Hypsochrome shirt = blauwe shift
27
Hoe kan je verklaren dat het n energieniveau meer daalt dan het antibindend pi orbitaal?
Molecule met vrije elektronen wordt in een polair solvent betrokken bij H-brugvorming waardoor de elektronen minder vrij zijn en dus het energieniveau daalt.
28
Wat is het verband tussen de polariteit en de verschuiving in golflengte?
De verschuiving zal afnemen naarmate het solvent meer polair is.
29
Wat wordt er bedoeld met een hyperchroom effect?
Het solvent zal zorgen voor een toename van absorptiewaarschijnlijkheid en dus ook absorptieintensiteit.
30
Wat is het tegenovergesteld van hyperchroom effect en wat betekent het?
Hypochroom effect: het solvent zorgt voor een daling in absorptiewaarschijnlijkheid en absorptie intensiteit.
31
In welk type solvent (polair of apolair) is de absorptiewaarschijnlijkheid het grootst? Hoe kan je dit verklaren?
In een polair solvent stijgt de absorptiewaarschijnlijkheid: dit is te verklaren in het feit dat vrije elektronen deel uitmaken van H-burg vorming.
—> wanneer vrije elektronen betrokken worden in een binding met een andere molecule: zal de interne bindingssterkte verzwakken. De absorptiewaarschijnlijkheid neemt toe naarmate je zwakkere bindingen hebt.
32
Hoe kan je verklaren dat een de absorptiewaarschijnlijkheid en dus de piekhoogte groter is, bij een energieovergang die meer energie verreist dan een andere overgang die minder energie vereist?
Dit kan je verklaren door de ruimtelijke oriëntatie van de orbitalen: de vrije elektronenorbitalen vertonen geen overlap met antibindend pi en bindend pi orbitalen.
33
Welke effect is een gevolg van conjugatie? Verklaar
Door conjugatie in een molecule treedt er een bathochrome shift of (langere golflengte) omdat conjugatie de energie van de overgang verlaagt.
+ ook een hyperchroom effect: hierdoor stijgt de absorptiewaarschijnlijkheid.
34
Wat is een synoniem voor conjugatie?
Mesomerie (resonantie)
35
Wat zijn 4 voorwaarden van conjugatie?
- vlakke molecule
- dubbele binding
- conjugatie van dubbele bindingen
- dubbele binding + n-elektronenpaar
36
Wat is het effect van conjugatie op het absorptiemaximum?
Hoe meer conjugatie, hoe meer het absorptiemaximum verschuift naar rechts (naar een langere golflengte) omdat de energiesprong minder groot is.
+ ook een stijging van de absorptiewaarschijnlijkheid.
37
Welke 2 gevallen kan men onderscheiden binnen mesomerie? Leg ze uit.
Positief mesomeer effect: X zal de elektronen in de richting van R verplaatsen waardoor er een stabiliseert effect is op de molecule. De elektronendichtheid neemt toe bij R.
Negatief mesomeer effect: X zal de elektronen in de richting van zichzelf verplaatsen waardoor er een destabiliserend effect is op de molecule. De elektronendichtheid neemt af bij R.
38
Wat is een inductief effect?
Een inductief heeft betrekking op enkelvoudige covalente sigma bindingen waarbij er een verschil in lading ontstaat binnen de molecule door een verschil in elektronennegativiteit tussen de atomen.
39
Wat is het verband tussen de afstand tot het atoom en het inductief effect?
Hoe groter de afstand van dat atoom, hoe minder uitgesproken het inductief effect.
40
Welke 2 gevallen bestaan er binnen inductief effect? Leg ze uit:
Positief inductief effect: X is een elektronenduwer die de elektronen in de richting van R stuurt waardoor de elektronendensiteit bij R toeneemt en de molecule stabieler is.
Negatief inductief effect: X is een EN element en dus een elektronenzuiger die de elektronen naar zich toetrekt waardoor de elektronendensiteit bij R afneemt de molecule minder stabiel is.
41
Hoe wordt een overgang van bindend pi naar anti-bindend pi ook genoemd?
K band
42
Verklaar dat moleculen met meer conjugatie een langere golflengte hebben:
Conjugatie betekent het verlagen van de energiesprong: hoe meer conjugatie, hoe meer elektronendelokalisatie; hoe kleiner de energiesprong en hoe minder energie nodig voor de overgang; hoe langer de golflengte en hoe groter de absorptiewaarschijnlijkheid.
43
Door welke overgang vertonen geconjugeerde C=C bindingen absorptie?
Door de overgang van bindend pi naar antibindend pi
44
Door welke parameter wordt de absorptiewaarschijnlijkheid gekenmerkt?
De molaire extinctiecoefficient (e)
45
Welke 2 effecten nemen toe naarmate de conjugatie toeneemt?
Bathochrome shift en hyperchroom effect
46
Door welke regels kan men het absorptiemaximum voorspellen op basis van een uitgangsstructuur?
Woodward fiesher regels
47
Wat is de uitgangsstructuur voor de voorspelling van absorptiemaximum bij geconjugeerde C=C binding?
Butadieen: een geconjugeerd systeem (dubbele binding - enkele binding - dubbele binding)
48
Welke 3 situaties onderscheiden we bij een carbonylverbinding?
- geïsoleerde CARBONYLVERBINDING van een aldehyde en Keton
- geïsoleerde CARBONYLVERBINDING van carboxylzuur, ester en amide
- geconjugeerde carbonylverbinding
49
Wat wordt er bedoeld met een geïsoleerde carbonylverbinding?
Een CARBONYLVERBINDING dat geen deel uitmaakt van een geconjugeerd systeem.
50
Welke overgangen kunnen voorkomen bij een geïsoleerde carbonyverbinding van een Keton of aldehyde? Met welke golflengte komen deze overeen?
N —> anti-bindend sigma: 190 nm
N —> anti-bindend pi: 285 nm
Bindend pi —> anti-bindend pi: 180 nm
51
Hoeveel pieken zijn er te zien in het UV/VIS spectrum wanneer het gaat over een geïsoleerde carbonylverbinding van een Keton/ aldehyde? Geef een kenmerkend uitzicht + verklaar
2 pieken: er is overlap van de n —> anti-bindend sigma en bindend pi —> anti-bindend pi.
De eerste piek is een vrij uitgesproken piek bij 190 nm: de overgang van n —> anti-bindend sigma is zeer waarschijnlijk. De 2de piek is minder uitgesproken en ligt verder bij een grotere golflengte omdat er minder energie nodig is voor deze overgang.
OPM: ookal is er meer energie nodig voor de overgang van n —> anti-bindend sigma dan voor de overgang van n —> anti-bindend pi: toch is deze overgang het meest waarschijnlijk.
Dit kan verklaard worden door de ruimtelijke ligging van de orbitalen tov elkaar: antibindende orbitalen liggen verder waardoor de elektronen er moeilijker in geraken.
52
Wat gebeurt er met het antibindend pi orbitaal in gevallen van een geïsoleerde carbonylverbinding bij een carboxylzuur, ester of amide? wat is het gevolg hiervan? Hoe zie je dit in het spectrum?
De energie van het antibindend pi orbitaal zal hoger liggen terwijl de andere energieniveaus gelijk blijven.
OPM: het gevolg hiervan is dat de overgang van n —> antibindend sigma gelijk blijft maar dat de overgang van n —> antibindend pi meer energie vereist. We hebben dus absorptie bij een korte golflengte nodig => 205 nm ipv 285.
We zien dus in het spectrum geen piek bij 274 nm.
53
Welke overgangen zijn er mogelijk bij de geconjugeerde CARBONYLVERBINDINGEN? Welke van de 2 heeft een grotere golflengte? Welke van de 2 heeft een grotere absorptiewaarschijnlijkheid?
Bindend pi naar antibindend pi: K band
Vrije elektronen (n) naar antibindend pi: R band
==> vrije elektronen naar antibindend pi heeft een grotere golflengte want er is minder energie nodig, maar bindend pi naar antibindend pi heeft een grotere absorptiewaarschijnlijkheid.
54
Wat is de uitgangsstructuur volgens de Woodward fiesher regels voor een geconjugeerde carbonylverbinding?
C = C-C = O
55
Welke overgang ondergaan aromaten? hoe komt dit (wat zijn aromaten)?
Bindend pi naar antibindend pi: het zijn allemaal geconjugeerde dubbele bindingen.
56
Welke eigenschap van aromaten kan een invloed hebben op het absorptiemaximum? Welke verschillende types bestaan er?
Substitutie van het aromaat kan een invloed hebben op het absorptiemaximum. We onderscheiden monogesubstitueerd, digesubstitueerd en benzyolverbindingen.
57
Welke 3 zaken van de substituenten zijn doorslaggevend voor de bepaling van het absorptiemaximum?
- mesomeer effect
- inductief effect
- positie van de substituten: para, meta, ortho
58
Waarom is het absorptiemaximum van aniline groter dan dat van benzeen?
De NH2 groep bij aniline heeft een positief mesomeer effect tov benzeen aangezien de vrije elektronen bijdragen tot het geconjugeerd systeem van de aromatische ring.
59
Verklaar waarom in zuur milieu het absorptiemaximum van aniline en benzeen wel ongeveer gelijk is:
In zuur milieu zal de NH2 groep van aniline geprotoneerd zijn en zal het geen vrij elektronenpaar meer hebben dat een positief mesomeer effect heeft. Er zijn geen mesomere structuren mogelijk.
60
Wat is het effect van een monogesubstitueerd aromaat in het algemeen?
Door een enkel substituent op het aromaat te plaatsen, krijgen we conjugatie of een mesomeer effect. Positief of negatief doet er niet toe, maar er zijn dus meerdere mesomere structuren mogelijk.
—> hierdoor zal er dus een bathochrome verschuiving plaatsvinden en een absorptie bij een langere golflengte.
61
In welke gevallen zal de combinatie van mesomeer effect en inductief effect zorgen voor een grote verschuiving? En in welke combinatie voor een geringe verschuiving?
Indien het inductief effect en mesomeer effect beiden positief of beiden negatief zijn: zorgt voor een sterke bathochrome shift.
Indien het inductief effect en mesomeer effect tegengesteld zijn aan elkaar (+/- of -/+): gering bathochrome shift.
62
Bij welk type aromaten moet men rekening houden met de positie (ortho, para, meta) van de substituenten?
Bij digesubstitueerde aromaten
63
Welke positie van de substituenten (para, metha of ortho) hebben een groter bathochroom en hyperchroom effect? Leg uit
Indien de substituenten in de para positie staan is het geconjugeerde systeem het grootst. Indien ze synergetische werken zullen ze zorgen voor grote bathochrome verschuiving.
—> de componenten zijn elektronisch complementair
Indien de substituenten in de metha of ortho positie staan of de componenten hebben geen synergetisch effect, zal er een geringe bathochrome shift zijn maar wel een hyperchroom effect.
64
Welke van de 2: mono- of digesubstitueerde aromaten hebben een grotere bathochrome verschuiving? Verklaar
Digesubstiueerd indien je 2 substituenten hebt waarbij het mesomeer effect synergetisch is.
65
Wat is fluorescentie?
Wanneer EMS uit het UV/VIS gebied uitgestuurd wordt op een staal met een onbekende molecule, zal de molecule dit licht absorberen. De molecule zal niet in deze aangeslagen toestand blijven, maar zal terugvallen naar de grondtoestand waarbij de energie vrijgegeven wordt onder de vorm van warmte of onder de vorm van EMS = fluorescentie.
Er zijn buiten de elektronen niveaus, ook nog vibrationale en rotationele energieniveaus waarnaar men kan absorberen.
De molecule zal dus eerst energie vrijgegeven onder de vorm van warmte tot het in zijn basis aangeslagen toestand terecht komt.
66
Welke straling (geabsorbeerde of uitgestuurde/ emissie) bevat de hoogste energie? Hoe vertaalt zich dat in golflengte? Verklaar.
De geabsorbeerde straling aangezien de uitgestuurde straling al een deel van zijn energie vrijgegeven heeft onder de vorm van warmte.
—> emissie straling zal dus een langere golflengte hebben: het schuift meer op naar het zichtbare licht.
67
Wat wordt bedoeld met interne conversie?
Als een molecule in zijn aangeslagen toestand zit, zal het eerste het interne deel van de geabsorbeerde energie verliezen en terugkeren naar de basis aangeslagen toestand.
68
Wat wordt bedoeld met STOKE shift?
Straling die uitgestuurd wordt bevat minder energie dan de geabsorbeerde straling aangezien er eerst een deel vrijgegeven wordt via warmte.
Het uitgestraalde licht heeft een langere golflengte dan de geabsorbeerde straling.
69
Wanneer spreekt men van resonantie fluorescentie?
Indien de golflengte van de geabsorbeerde straling gelijk is aan de golflengte van de emissiestraling. Hierbij wordt de energie volledig vrijgegeven onder de vorm van EMS en niet een deel onder de vorm van warmte.
70
Wat is kenmerkend aan het spectrum van fluorescentie?
Je krijgt een dubbel spectrum: absorptie en emissie.
- absorptie bevindt zich bij een kortere golflengte, dus meer links van het spectrum.
- emissie bevindt zich bij een langere golflengte, dus meer rechts in het spectrum.
71
Welke 2 manieren bestaan er om na absorptie opnieuw te relateren?
- warmte
- fluorescentie
72
Vertoont elke molecule fluorescentie? Verklaar:
Nee; fluorescentie zal slechts voorkomen bij moleculen waarvan de aard van de structuur zo is dat andere relaxatiewegen verdrogen zijn.
73
Welke parameter beschrijft de maat van fluorescerende eigenschappen van een molecule? Leg deze parameter uit (formule):
Fluorescentie-efficiëntie (FE) = aantal fluorescerende moleculen/ totaal aantal geëxciteerde moleculen.
74
Wat is de meest gunstige waarde voor de FE?
Moleculen met een FE = 1 zijn analytisch gezien het meest bruikbaar
75
Welke factoren/ eigenschappen zorgen voor een hoge fluorescentie van een molecule?
Aromtische structuren: toenemend aantal aromatische ringen = toenemende fluorescentie
Meer regiede structuren: hoe meer regiede de structuur, hoe hoger de fluorescentie
76
Wat is een voordeel van fluorescentie?
Je kan het makkelijk detecteren: het is de best geschikte analyse om te doen bij lage concentraties.
77
Wat gaat men doen bij moleculen/ GM’en die weinig fluorescerende eigenschappen hebben?
Men gaat de aminefunctie of de hydroxylfunctie derivatiseren met een sterk fluorescerende molecule.
78
Geef een voorbeeld van een sterk fluorescerende molecule die gebruikt wordt bij derivatisatie:
Fluorescamine
79
Hoe noemt men de techniek wanneer we een kwantitatieve bepaling willen doen?
Spectrometrie en fluorimetrie
80
Welke 2 grote types UV/VIS spectrometers bestaan er?
- Single beam spectrofotometer
- double beam spectrofotometer
81
Wat is het voordeel van een double beam spectrofotometer?
De blanco en het cuvet met de onbekende oplossing kunnen gelijktijdig gemeten worden.
82
Wat is de functie van een monochromator?
Het zal straling met 1 bepaalde golflengte selecteren op basis van het feit dat elke golflengte een verschillende buigingshoek heeft. Het gebeurt via een prisma.
83
Hoe werkt een single beam spectrofotometer?
Je zal een lichtbron hebben die UV/VIS straling uitstuurt naar 1 cuvet. Eerst wordt een meting gedaan van je blanco waardoor je de absorptie krijgt van je solvent. Vervolgens doe je een meting op je onbekende staal (molecule + solvent). Uiteindelijk trek je de blancoextinctie af van je extinctie van de onbekende omdat het oplosmiddel ook absorptie kan vertonen bij de golflengte waarbij je meet.
84
Welke type Cuvetten worden gebruikt bij UV straling en welke bij VIS straling? Verklaar
UV straling; kwarts Cuvetten aangezien glas ook UV absorptie zal vertonen en dit onze meting zal beïnvloeden.
VIS straling: glas Cuvetten.
85
Wat zijn de hoofdonderdelen van de apparatuur van een spectrofotometer?
Polychromatische lichtbron
Monochromator
Slits, lenzen en spiegels
Detector
Cuvet
Galvanometer (recorder)
86
Welke detector wordt gebruikt in de spectrofotometer? Waarom?
Fotomultiplier: deze zal de intensiteit van de uittredende EMS versterken en dan omzetten naar een elektrische signaal.
87
Wat is de functie van een recorder in een spectrofotometer?
Registreren van het spectrum.
88
Hoe is een fluorimeter opgebouwd?
Je hebt eerst een EM-stralingsbron die EMS uitstuurt vanuit het UV/VIS gebied. Vervolgens gaat deze straling door een monochromator om de gewenste EMS naar het staal te sturen.
Vervolgens plaatsen we onder een hoek van 90° een emissiemonochromator: deze zal de uitgezonden EMS meten. Vervolgens wordt deze EMS opgevangen door een detector en omgezet tot een elektrisch signaal . Na amplificatie zal door een recorder een spectrum opgesteld worden.
89
Waarom wordt de emissiemonochromator in een hoek van 90° met het staal geplaatst?
We willen enkel de straling meten die uitgestuurd wordt na absorptie. Indien we deze chromator in een rechte lijn zouden plaatsen, zou ook de doorgelaten straling gemeten worden.
Op die manier ga je geen verstoring hebben van de niet geabsorbeerde straling.
90
Hoe noemt men de techniek van UV/VIS straling wanneer men een kwantitatieve meting wil uitvoeren?a
Spectrometrie en fluorimetrie
91
Geef de formule van transmissie (T) weer:
T = I/I0 (I = intensiteit van de uittredende lichtstraal, I0 = intensiteit van invallende lichtstraal)
—> T(%) = I/I0 . 100
92
Wat is het verband tussen transmissie en absorbantie/ extinctie?
E = - log (T) = - log (I/I0)
93
Wat is de eenheid indien concentratie uitgedrukt wordt in M?
Mol/ L
94
Wat is de eenheid indien de concentratie uitgedrukt wordt in C?
In g/L
95
Wat is de eenheid indien de concentratie uitgedrukt wordt in “c”?
In g/100 mL
96
Welke getallen nemen parameters T en E aan indien er volledige absorptie is?
E = oneindig en T = 0
97
Welke getallen nemen T en E aan indien er geen absorptie is ?
T = 100%: alle straling wordt doorgelaten - de moleculen in het staal zijn niet absorberend.
E = 0
98
Hoe bepaal je in het algemeen hoeveel concentratie van je absorberende molecule er in je staal zit? (Algemene werking)
Je hebt een cuvet met je onbekende oplossing waarin een bepaalde concentratie aanwezig is van je absorberende moleculen. Je stuurt monochromatisch licht naar je cuvet; de molecule zal bij deze golflengte UV/VIS licht absorberen waardoor elektronen in een geëxciteerde toestand komen. Er deel van de straling zal doorgelaten worden. De intredende en uittredende lichtstraal hebben een andere intensiteit, nl. de uittredende lichtstraal is minder intens. Je kan op die manier via T = I/I0 meten hoeveel straling er doorgelaten is en via E = - log (T) weten hoeveel er geabsorbeerd is.
—> er wordt gemeten hoeveel licht er geabsorbeerd wordt = E.
==> deze extinctie is recht evenredig met de concentratie: hoe hoger E, hoe hoger de concentratie aan absorberende moleculen in je staal. Deze staan in verband met de wet van lambert beer.
99
Welke factoren beïnvloeden de extinctie?
De extinctiecoëfficiënt (e), de dikte van de cuvet en de concentratie van de absorberende moleculen in het staal.
100
Via welke formule wordt een verband gesteld tussen de verschillende factoren die de extinctie beïnvloeden? Geef de formule en de naam.
Wet van lambert beer: E = e. c. d
Met e = extinctiecoëfficiënt: molecuulspecifiek = houdt verband met de absorptiewaarschijnlijkheid/ intensiteit.
C = concentratie (eenheid is afhankelijk - zie later)
D = dikte van de cuvet
101
Welke 2 parameters uit de wet van lambert beer zijn gekend?
Extinctiecoefficient en dikte van de cuvet.
—> de extinctie (E) kunnen we meten waardoor de enige onbekende parameter c is: deze kunnen we dan berekenen.
102
Welke eenheid heeft E?
Geen —> E is demensieloos
103
Wat is de eenheid van “e” indien we spreken van de molaire absorptiecoëfficiënt? In welke eenheid in de concentratie uitgedrukt?
Concentratie = mol/ L —> e = L.mol/cm
104
Wat is de eenheid van “e” indien we spreken van de specifieke absorptiecoëfficiënt? In welke eenheid in de concentratie uitgedrukt?
Concentratie is g/L —> a = g.L/ cm
105
Aan welk getal is T gelijk indien T(%) gelijk is aan 100%? Met welke E komt dit overeen?
T = 1
E = - log (1) = 0
106
Aan welk getal is T gelijk indien T(%) gelijk is aan 90%? Met welke E komt dit overeen?
T = 0,9
E = -log (0,9) = 0,046
107
Wat is het verband tussen de transmissie (T) en de dikte van de cuvet (d)?
Naarmate de cuvet dikker wordt (d stijgt), zal de transmissie exponentieel afnemen!
—> er zullen meer moleculen absorberen
108
Wat is het verband tussen extinctie en dikte van de cuvet? Hoe uit zich dat in een grafiek?
Er is een lineair verband tussen extinctie en dikte van de cuvet: indien de cuvet dikker wordt, zal er meer absorptie plaatsvinden omdat er minde transmissie mogelijk is.
—> we zien een stijgende rechte.
109
Welke verband bestaat er tussen concentratie en extinctie? Hoe uit zich dat in een grafiek?
Ook een lineair toenemend verband: indien de concentratie van de absorberende moleculen stijgt, zal de extinctie toenemen.
—> stijgende rechte (net zoals bij extinctie en cuvetdikte)
110
Wat is de betekenis van de molaire extinctiecoefficient?
= de extinctie van een oplossing van een substantie met een concentratie van 1 mol/L gemeten in een cuvet met weglengte van 1 cm.
111
Wat is het verband tussen de extinctiecoefficient en de absorptie?
Hoe groter “e”; hoe groter E
112
Van welke 2 parameters zal de extinctiecoëfficiënt afhankelijk zijn?
Van de molecule en van de golflengte
113
Wat is het verband van substanties met een hoge “e” en hun concentratie die gemeten kan worden?
Indien je substanties hebt met een hoge extinctiecoëfficiënt; kunnen die met UV/VIS Spectrometrie in lage concentraties gemeten worden.
—> verklaring: omvormen van de de wet van Lambert beer: E/e.d = c —> e staat in de noemer: hoe hoger deze, hoe lager de concentratie aanwezig in het staal.
114
Wat wordt bedoeld met additiviteit van extincties? Geef een algemene formule
Indien we een staal gaan meten zullen er meerdere componenten aanwezig zijn die absorberen bij dezelfde golflengte en hun spectra dus zullen overlappen.
De gemeten extinctie bij die bepaalde golflengte zal dus het resultaat zijn van de som van de bijdragen van de componenten die bij die golflengte absorberen.
E = ( e(a) . M (a) + e(b) . M (b) + e(c) . M(c) + …) . D
OPM: D = cuvetlengte zal voor elke componenten dezelfde zijn en kunnen we dus buiten de haakjes brengen.
115
Op welke manier kan men een oplossing vinden voor het bepalen van een concentratie A die deel uitmaakt van een staal waarbij componenten B, C en D ook absorberen bij dezelfde golflengte als component A?
Omwille van het feit dat component A, B, C en D absorberen bij dezelfde golflengte, zal de gemeten extinctie het resultaat zijn van de absorptie van alle 4 de componenten. In de vergelijking zijn alle extinctiecoëfficiënten gekend, ook de cuvetlengte (d) is gekend. De concentraties van de verschillende componenten zijn onbekend.
Om de concentratie van component A te vinden, voeren we metingen uit bij andere golflengte. Namelijk golflengten waarbij component B, C en D apart elk absorptie vertonen.
—> op die manier kunnen de concentraties (Mb, Mc en Md) van B, C en D achterhaald worden.
Indien we deze weten, blijft enkel nog Ma als onbekende in de vergelijking.
116
Wat is het nadeel/ probleem bij additiviteit van extincties?
Er is een verlies aan selectiviteit/ specificiteit.
117
Wat betekent interferentie?
Componenten die aanwezig zijn in het staal die de absorptie beïnvloeden maar die zelf niet UV/VIS absorberend zijn. Ze versterken of onderdrukken het meetsignaal zonder zelf een meetsignaal produceren.
118
Op basis van welke formule wordt dus een kwantitatieve bepaling gedaan via UV/VIS Spectrometrie?
Wet van Lambert-beer: E = e. c. d
Met e = extinctiecoëfficiënt: specifiek voor een molecule (anders voor elke molecule)
Met c = concentratie van absorberende molecule in staal
Met d = cuvetlengte
119
Op basis van welke formule wordt een kwantitatieve bepaling gedaan via fluorimetrie?
If = 2,3. K’. e . M. I. I0
Met If = fluorescentie intensiteit
—> wet van Lambert beer geldt niet!!!
Met K’ = intrinsieke fluorescentie efficiëntie
120
Wat is het nadeel met fluorimetrie? Wat is de oorzaak? Wat is een oplossing?
Op basis van 1 fluorimetrie meting zal men de concentratie van de absorberende molecule in het staal niet kunnen bepalen.
Dit komt omdat de fluorescentie intensiteit afhankelijk is van nog andere parameters zoals K’, I, I0. K’ is in de praktijk niet vaak gekend.
—> Oplossing: concentratie bepaling via kalibratie - via kalibratie curve.
121
Wat gebeurt er bij kalibratie?
Er worden standaarden aangemaakt met een gekende concentratie van de onbekende. Hierop wordt fluorimetrie uitgevoerd waarbij de fluorescentie gemeten wordt.
Men kan een curve opstellen waarbij de fluorescentie uitgezet wordt in functie van de concentratie. Op basis van de ijklijn kan dan de concentratie van de onbekende bepaald worden.
122
Wat wordt bedoeld met het dynamisch bereik bij fluorimetrie? Wat is een gevolg hiervan?
Als we de fluorescentie uitzetten in functie van de concentratie krijgen we een lineair verband (stijgende rechte) tot op een bepaald moment. Indien de concentratie te groot wordt krijgen we verzadiging en zelf een daling van de fluorescentie: FI zal niet meer evenredig stijgen met de concentratie.
—> gevolg: hierdoor kunnen 2 verschillende concentraties eenzelfde FI hebben.
123
Hoe kan men verklaren dat er een dynamische bereik in bij fluorimetrie?
Indien de concentratie te hoog is, zal de curve niet meer evenredig stijgen, maar zelf afnemen. Hierdoor kunnen 2 verschillende concentraties dezelfde FI hebben.
—> dit kan verklaard worden door het feit dat als de concentratie hoog is er meer absorberende moleculen aanwezig zijn. Indien EMS geëmiteerd wordt zullen er meer moleculen zijn die die straling opnieuw absorberen. Een deel van de uitgestuurde straling zal de detector dus niet bereiken.
124
Wat is een oplossing voor het dynamische bereik?
Verdunnen
125
Wat wordt bedoelt met een kwantificatielimiet?
De laagste mogelijke concentratie die je met voldoende betrouwbaarheid kan kwantificeren.
—> hoe laag de concentraties van het onbekende staal mogen zijn zodanig dat ze met een voldoende betrouwbaarheid kunnen gemeten worden.
126
Wat zijn de voorwaarden om op basis van 1 meting via de wet van lambert beer de concentratie van de onbekende te kunnen bepalen?
De extinctiecoefficient en de maximale golflengte moeten bekend zijn.
127
Welke 2 methoden kunnen gebruikt worden om de concentratie van een onbekende te bepalen indien de e en lamba max niet gekend zijn? (Algemeen - gewoon een opsomming)
1. Kalibratie
2. Standaardadditie
128
Hoe gebeurt standaardadditie?
Je gaat geen gebruik maken van een ijklijn.
—> je kent de molaire extinctiecoefficient niet.
Stap 1: een bepaalde hoeveelheid (a mL) van je staal nemen en hiervan de extinctie bepalen bij voorkeur van de maximale golflengte—> Ex. De onbekende heeft een onbekende concentratie Cx.
Stap 2: je maakt een standaardoplossing met een gekende concentratie (Cst.) van je onbekende. Hiervan neemt je een hoeveelheid (b mL) en voegt deze toe aan de onbekende.
==> gevolg: je zal een mengsel krijgen met een nieuw volume (Vtot = a + b) en een nieuwe concentratie: Ctot = (a. Cx + b. Cst. )/ (a + b) mL.
Stap 3: van dit nieuwe mengsel met concentratie Ctot ga je vervolgens de extinctie (Etot) bepalen: deze Etot zal evenredig zijn met de totale concentratie onbekende in je mengsel.
==> Ex/ E tot = Cx (a+b)/ a. Cx + b. Cst. —> enkel Cx is een onbekende in deze vergelijking.
