Appunti Chimica analitica 2

Caratteristiche del rivelatore DADUn

DADUn è invece costituito da una giunzione pn in silicio: esso è meno sensibile di un fotomoltiplicatore ma permette di ottenere lo spettro a tutte le lunghezze d'onda e anche in funzione del tempo. Con questo tipo di rivelatore, il monocromatore viene posto dopo la cuvetta, quindi riceve tutta la radiazione a parte quella assorbita. Questo fa sì che all'array di diodi arrivi tutta la radiazione trasmessa, la quale viene registrata simultaneamente (frazione di secondo, ogni diodo è per una lunghezza d'onda). Questo sistema viene usato soprattutto quando siamo in flusso, ovvero la cuvetta presenta un flusso di entrata (es. liquido proveniente da colonna cromatografica) e un'uscita. In questo modo, posso avere sia cromatogramma sia spettro di assorbimento. Si forma anche in questo caso una corrente tra la giunzione p e quella n.

EMISSIONE: FLUORESCENZA

Alcune sostanze dissipano la radiazione assorbita sotto forma di altra radiazione a lunghezza...

d'ondadifferente (di solito la dissipazione avviene sottoforma di calore): queste sostanze vengono dettofluorofori. Questo fenomeno è detto luminescenza, dovuta al rilassamento di un elettrone da unostato eccitato ad uno ad energia minore (da LUMO a HOMO). La luminescenza si divide influorescenza, se il processo è veloce, e fosforescenza, se il processo è più lento. La fluorescenzaè un tipo di rilassamento radiativo, perché avviene l'emissione di un fotone. L'emissione difluorescenza è generalmente indipendente dalla lunghezza d'onda di eccitazione.Il diagramma di Jablonski descrive i vari tipi di salti energetici che possono avvenire: l'eccitazioneavviene quando si passa da uno stato di singoletto S ad uno di singoletto S ; il rilassamento non0 1radiativo isoenergetico avviene all'interno degli stati vibrazionali dello stesso singoletto e nonprevede l'emissione di un fotone; il decadimento non radiativo,

Il rilassamento da S a S1 senza emissione di fotone è chiamato rilassamento non radiativo.

Il decadimento radiativo, ovvero il rilassamento da S a S con emissione di fotone, è chiamato fluorescenza.

Se il decadimento radiativo avviene da uno stato di singoletto eccitato a uno di tripletto, allora si parla di fosforescenza.

Generalmente, le molecole organiche aventi elevata coniugazione (sistemi π e anelli aromatici) sono fluorescenti.

Per le molecole organiche, lo stato fondamentale è quasi sempre disingoletto.

L'emissione è proporzionale alla concentrazione di fluoroforo.

La resa quantica Q di fluorescenza è il numero di fotoni emessi diviso il numero di fotoni assorbiti: per i fluorofori Q tende a 1.

La diseccitazione del fluoroforo avviene secondo una legge esponenziale (decadimento esponenziale) dove l'esponente è il tempo.

È molto importante la concentrazione del fluoroforo. Infatti, se troppo elevata, il fluoroforo stesso può riassorbire la radiazione emessa, alterando lo spettro di emissione.

Può anche avvenire che la sostanza è così concentrata che va ad assorbire tutta la radiazione di eccitazione: in questo modo, solo la zona della cuvetta più vicina alla fonte di eccitazione verrà eccitata, mentre la zona centrale rimarrà non eccitata. È essenziale, dunque, che si abbia un'illuminazione omogenea del campione. Per questo, si usano concentrazioni tali che l'assorbanza sia inferiore a 0,1 sia per l'eccitazione sia per l'emissione. Lo spettro di emissione si trova a lunghezze d'onda più alte rispetto a quello di assorbimento: questo spostamento tra i due massimi è detto Stokes shift. Inoltre, i due picchi sono generalmente speculari. Questo è dovuto a motivi elettronici e all'intorno chimico fisico del fluoroforo, che può andare a stabilizzare il livello elettronico eccitato. L'intensità della fluorescenza può essere provocata da fenomeni di quenching, dovuti

A una sostanza detta quencher. I due tipi principali di quenching sono: trasferimento di energia, ovvero i fotoni emessi dal fluoroforo vengono assorbiti in parte dal quencher (nel caso di concentrazione alta, il quencher può essere lo stesso fluoroforo); quenching collisionale, quando il fluoroforo si dissecca a causa degli urti con il quencher senza emissione di fotone. I meccanismi di quenching sono descritti dall'equazione di Stern-Volmer, che dice che il rapporto tra l'intensità di fluorescenza senza quencher e con quencher è proporzionale alla concentrazione di quencher. Tale legge devia dalla linearità per concentrazioni di quencher elevate.

Lo strumento che misura la fluorescenza è detto fluorimetro. Esso è costituito da una sorgente luminosa, che emette nell'UV (lampada allo xenon). Un monocromatore, per selezionare la lunghezza d'onda di eccitazione. La cuvetta porta campione, che deve essere trasparente in tutti e 4 i lati.

Successivamente, vi è la parte riguardante l'emissione della sostanza: è presente un monocromatore posizionato a 90° rispetto al primo. Questo permette al fascio di eccitazione di trovarsi ortogonale al fascio di emissione, evitando che parte della radiazione di eccitazione entri nell'apparato per la misurazione dell'emissione. Il rivelatore, infine, è un fotomoltiplicatore oppure un DAD, come in assorbimento.

SPETTROSCOPIA ATOMICA

Il campione viene atomizzato: l'analita viene analizzato sotto forma di atomi. Quindi non ci sono livelli vibrazionali e rotazionali dal momento che non ho a che fare con molecole, ma solo transizioni tra orbitali atomici. Lo spettro, in questo caso, apparirà come una serie di righe verticali, ciascuna corrispondente a una transizione elettronica: non ho delle bande larghe come in spettroscopia molecolare perché l'assorbimento e l'emissione non prevedono salti tra stati vibrazionali e rotazionali.

Nel caso di uno spettro in assorbimento, avrò uno spettro continuo contenente tutta la radiazione, privato delle righe nere assorbite dagli analiti; lo spettro in emissione sarà complementare a quelli in assorbimento, dove avrò uno spettro nero e solo le righe di emissione presenti del dato analita. Se sono presenti 4 linee, per esempio, saranno avvenute 4 transizioni atomiche.

ASSORBIMENTO ATOMICO

Il campione deve essere dunque atomizzato sotto forma di aerosol; il vapore atomico interagisce con la radiazione fornendo lo spettro. Chiaramente, se il campione presenta ioni, essi devono essere prima ridotti.

In realtà, le righe hanno comunque una loro ampiezza, ma essa è così piccola da non provocare interferenze con altre: sono rari i casi di sovrapponimento, comuni invece in spettroscopia molecolare e cromatografia. Questo permette un'analisi quantitativa e qualitativa più immediata. Lo spettro atomico è quindi uno spettro specifico.

L'ampiezza delle righe è descritta da una funzione g(ν), con ν la frequenza, che fornisce la probabilità del processo di assorbimento e di emissione: g(ν)dν indica dunque la probabilità che una transizione tra due livelli produca o assorba un fotone di frequenza tra ν e ν+dν. Quindi un fotone di energia hν può stimolare l'emissione di un fotone di energia tra hν e h(ν+dν). L'ampiezza delle righe è idealmente infinitamente stretta, ma così non è a causa di vari fattori. In primo luogo, la temperatura fa sì che aumentino le collisioni tra atomi e quindi l'emissione dei fotoni da parte di un atomo eccitato verrà modificata con conseguente allargamento della linea spettrale (per questo si lavora spesso in condizioni di vuoto). In secondo luogo, c'è l'effetto Doppler presente dovuto al moto relativo tra osservatore e sorgente: la frequenza.

misuratadall'osservatore aumenta se esso si avvicina e diminuisce se si allontana. Poiché, dunque, gli atomisono in movimento casuale, ci sarà un intervallo di frequenze che si allargherà in base alla posizioneprincipio direlativa dell'osservatore rispetto agli atomi. Infine, l'allargamento è dovuto anche alHeisenberg.

Dal momento che la particella si muove in maniera casuale, non è possibile sapere con esattezza né la sua velocità né la sua posizione. Quest'ultimo effetto contribuisce solo per circa 10 nmall'allargamento della riga, dunque è trascurabile.

Quindi è essenziale che il campione venga atomizzato. In assorbimento, la nuvola atomica vieneirradiata da una sorgente che emette lo spettro a righe dell'atomo in analisi: tali righe vengonoassorbite solo da quell'atomo (specificità). In base a quanto assorbe, si può quantificare l'analita,previa calibrazione.

con la legge di Lambert-Beer. In emissione, la nuvola atomica viene riscaldata fino a che tutti i livelli atomici sono eccitati: l'eccesso di energia viene emesso sotto forma di radiazione a lunghezza d'onda specifica dell'elemento. Lo spettrofotometro è costituito da una lampada a catodo cavo, specifica per ogni elemento da analizzare, un atomizzatore, un monocromatore, per selezionare la lunghezza d'onda che mi interessa che venga assorbita e un rivelatore. Esso può essere a singolo raggio o a doppio raggio, come in spettroscopia molecolare. - lampada a catodo cavo: può funzionare in maniera continua o ad impulsi. È costituita da stagno e due elettrodi: il catodo è costituito dal metallo in analisi e l'anodo in tungsteno. All'interno c'è argon a bassa pressione. Quando applico una differenza di potenziale avviene la ionizzazione dell'argon in Ar+ con emissione di un elettrone (processo esotermico). L'Arviene accelerato sulcatodo e, riducendosi, produce molto calore: il calore prodotto va a eccitare gli atomi del metallosputtering, al catodo. Questo fenomeno, detto ripetuto più volte produce una nuvola atomica e molto calore. La nuvola del metallo estratto viene eccitata dal calore liberato (M*): essa poi rilassa emettendo fotoni. La lampada è chiusa da una finestra al quarzo trasparente all'UV. Chiaramente, l'emissione non avviene a tutte le lunghezze d'onda, ma la nuvola emette lo spettro dell'atomo di cui è costituita (che è lo stesso del catodo). - monocromatore: non serve avere un monocromatore super mega preciso, come in spettroscopia molecolare, perché in questo caso ho già righe ben definite. La riga in assorbimento sarà più larga di quella di emissione perché, in assorbimento, ho temperature e pressioni più alte, per esempio a causa dell'atomizzazione in fiamma. In assorbimento, per.lezionare una riga di larghezza sufficientemente stretta tra le varie emesse dalla lampada a catodo cavo, si confronta lo spettro di emissione dello ste