Tecniche analitiche

La Spettroscopia

La Spettroscopia è la misurazione dello spettro elettromagnetico che viene studiato tramite lo spettrometro generando uno spettrogramma. È noto che la luce emessa da una sorgente si propaga nello spazio in ogni direzione. Se essa incontra un corpo "opaco" (in cui le radiazioni non possono propagarsi), si genera un cono d'ombra. Se la superficie è levigata i raggi possono subire una riflessione, se non è levigata possono subire una diffusione. Se invece penetrano in un corpo trasparente ma vengono deviati, allora si ha il fenomeno della rifrazione, che provoca la scomposizione della luce policromatica in radiazioni di diverso colore (lunghezza d'onda) che possono essere raccolte su uno schermo dando origine allo spettro. L'esperimento di scindere la luce nei suoi colori componenti fu effettuato da Newton nel 1666, ponendo le basi della spettroscopia.

Esistono 3 tipi di spettri:

• Ad emissione continua: studiando la radiazione ottenuta scaldando

Un corpo nero si otterrà uno spettro continuo che contiene tutte le onde elettromagnetiche esistenti, poiché in esso non vi sono interruzioni tra una radiazione e l'altra.

Ad emissione a righe o bande: si ottiene usando come sorgente un gas rarefatto (a bassa densità e pressione) ad elevata temperatura. Lo spettro che ne deriva non è continuo ma a righe o bande (caratteristiche di specie poliatomiche). Gas con diversa composizione danno diversi insiemi di righe caratteristiche, per questo motivo esso è utile per identificare la composizione chimica di un gas.

Ad assorbimento: quando la luce emessa da una sorgente passa attraverso un gas a bassa pressione. Esso consente di identificare la natura chimica di una sostanza allo stato gassoso.

L'analisi spettrale dunque è utile per analizzare e studiare qualsiasi altro corpo che assorba e rifletta radiazioni elettromagnetiche. La radiazione elettromagnetica (o radiazione γ, gamma).

è la radiazione dell'energia nel campo elettromagnetico. Si tratta di un fenomeno sia ondulatorio, sia corpuscolare: il fenomeno ondulatorio è dato da un'onda nel campo elettrico e nel campo magnetico ed è descritto matematicamente come soluzione dell'equazione delle onde, a sua volta ottenuta a partire dalle equazioni di Maxwell secondo la teoria dell'elettrodinamica classica. La natura corpuscolare, o quantizzata, può essere descritta invece come un flusso di fotoni che viaggiano alla velocità della luce. Questo fatto fu reso noto dagli studi di fisica moderna dell'inizio del XX secolo, che hanno riconosciuto nel fotone il mediatore associato all'interazione elettromagnetica, secondo il Modello standard. UV/VIS Quando un fotone ultravioletto o visibile viene assorbito da una molecola, questa passa dal suo stato elettronico fondamentale ad uno stato elettronico eccitato. In un tipico spettro UV-visibile in ascissa viene riportata

la lunghezza d'onda è in ordinata l'assorbanza (o, raramente, la trasmittanza). Se un materiale non è completamente trasparente si verificheranno degli assorbimenti e quindi delle transizioni tra livelli energetici elettronici.

La spettroscopia di assorbimento atomico è una tecnica analitica strumentale impiegata per la determinazione sia quantitativa sia qualitativa di ioni metallici in soluzione.

Il principio chimico-fisico su cui si basa questa tecnica è il fatto che i livelli energetici atomici sono discreti, pertanto le transizioni elettroniche permesse per eccitazione radiativa sono caratteristiche per ogni atomo. A differenza delle molecole però, gli atomi non contengono sotto-strutture rotazionali o vibrazionali e, pertanto, l'assorbimento di una radiazione elettromagnetica per eccitazione ad un livello energetico superiore non avviene per una banda di frequenze ma ad una ed una sola frequenza e lunghezza d'onda.

Ciò implica che ogni

atomo ha il suo spettro di assorbimento caratteristico e, per ogni lunghezza d'onda cui corrisponde una transizione sufficientemente probabile, è possibile effettuare misure quantitative applicando la legge di Lambert-Beer.

La spettroscopia di emissione atomica, spesso indicata con la sigla AES, è una tecnica spettroscopica di emissione utilizzata in analisi chimica. Essa sfrutta la somministrazione di energia relativamente elevata, tanto da provocare la dissociazione in atomi e l'eccitazione di questi ultimi. In base alla lunghezza d'onda emessa è possibile risalire alla specie incognita, dato che gli spettri di ciascuna sostanza sono caratteristici, mentre misurando l'intensità dell'emissione si può effettuare anche l'analisi quantitativa. Le sorgenti utilizzate sono l'arco elettrico, la scintilla, la fiamma e il plasma.

La spettrometria di massa è una tecnica analitica applicata sia all'identificazione di sostanze sconosciute,

Sia all'analisi in tracce di sostanze. Viene comunemente usata in combinazione con tecniche separative, quali la gas cromatografia e la cromatografia in fase liquida (HPLC) o, più recentemente, con tecniche quali il plasma a induzione.

Il principio su cui si basa la spettrometria di massa è la possibilità di separare una miscela di ioni in funzione del loro rapporto massa/carica generalmente tramite campi magnetici statici o oscillanti. Tale miscela è ottenuta ionizzando le molecole del campione, principalmente facendole attraversare un fascio di elettroni ad energia nota. Le molecole così ionizzate sono instabili e si frammentano in ioni più leggeri secondo schemi tipici in funzione della loro struttura chimica, il diagramma è lo spettro di massa.

L'Effetto Joule in un generico elemento circuitale, in cui confluisce una corrente I e ai cui capi vi è una differenza di potenziale pari a V, la potenza elettrica (P) fornita:

P=VIdove l'energia elettrica viene trasformata in energia termica o in altre forme di energia.

La spettroscopia di assorbimento atomico a vapori freddi, comunemente indicata con l'acronimo CVAAS (dall'inglese Cold Vapor Atomic Absorption Spectroscopy), è un tipo di spettroscopia di assorbimento atomico per la determinazione del mercurio.

La cromatografia è una tecnica di separazione dei componenti di un miscuglio basata sulla distribuzione dei suoi componenti tra due fasi, una stazionaria e una mobile che si muove lungo una direzione definita.

Quando il rivelatore posto in fondo all'apparecchio registra il passaggio di una sostanza eluita, è un processo chimico volto a riportare in soluzione una sostanza trattenuta da una sostanza adsorbente (per esempio: caolino, carbone attivo, ossido di alluminio, resine a scambio ionico) attuato lavandola con un solvente. Si usa per esempio per rimuovere gli ioni catturati dalle resine a scambio ionico utilizzate nel

Procedimento di addolcimento. In cromatografia l'eluizione è la separazione di due o più sostanze adsorbite in una colonna cromatografica per lavaggio con un opportuno solvente. Dopo la fuoriuscita, le sostanze sono solitamente fatte fluire in un apposito rivelatore. Prevedere e controllare le varie fasi dell'eluzione è un aspetto fondamentale delle tecniche di gas cromatografia. Elabora i dati su un "cromatogramma", un grafico che rappresenta la quantità di sostanza rilevata in funzione del tempo. Ogni volta che una sostanza viene rilevata, il rivelatore registra un picco più o meno alto a seconda della concentrazione della sostanza. Perché un cromatogramma possa essere ritenuto accettabile, deve avere una buona risoluzione. Per risoluzione si intende un parametro che mette in relazione l'efficienza, la selettività ed il fattore di ritenzione. Oltre che considerazioni quantitative, dal cromatogramma si possono trarre

anche considerazioni qualitative in base ai diversi tempi in cui compaiono i picchi. All'interno delle precedenti categorie si possono avere ulteriori suddivisioni. In particolare la cromatografia liquida si suddivide in cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC) (Si tratta di una tecnica cromatografica che permette di separare due o più composti presenti in un solvente sfruttando l'equilibrio di affinità tra una "fase stazionaria" posta all'interno della colonna cromatografica e una "fase mobile" che fluisce attraverso essa.) e cromatografia liquida classica (utilizzata a scopo preparativo); inoltre vi è un'ulteriore suddivisione basata sul meccanismo di separazione: si distinguono infatti la cromatografia di affinità, di adsorbimento, cromatografia a scambio ionico, nonché la cromatografia a permeazione di gel (impiegata nella separazione dei polimeri in funzione del loro peso molecolare). Si parla didi ripartizione, quando la fase stazionaria è un che impregna un, in cui le sostanze da separare si solubilizzano.Durante l'eluizione le delle sostanze si dispongono (ripartiscono) dinamicamente tra le due fasi a seconda della in esse. Scontato ma importante, le fasi (stazionaria e mobile) devono essere fra loro.Le due tecniche che ad oggi sfruttano il principio della ripartizione sono la e la. Il fenomeno della viene sfruttato per la separazione in colonna degli analiti, che a seconda delle si legheranno più o meno stabilmente alla fase stazionaria e quindiavranno diverso tempo di ritenzione.Nella sostanzialmente, si utilizza un foglio di carta da filtro (preparataappositamente e leggermente differente dalla carta per filtrare), su un bordo della quale

si depositala soluzione da separare. Si sospende quindi il foglio di carta in modo tale che il bordo inferiore peschi in una bacinella con la fase mobile, lasciando che per capillarità il liquido salga lungo il foglio di carta (cromatografia in fase ascendente). Alternativamente, si ripiega il bordo adiacente alla sostanza da separare, facendolo pescare nella bacinella (contenente la fase mobile) posta in alto e facendo in modo che il resto del foglio scenda verso il basso. La fase mobile fluirà lungo il foglio scendendo verso il basso (cromatografia in fase discendente). La cromatografia su carta venne sviluppata soprattutto per le prime separazioni di amminoacidi, usando come fase mobile una miscela di 1-butanolo, acido acetico ed acqua. Come fase mobile è possibile usare anche alcol etilico. La cromatografia su strato sottile o TLC, acronimo dell'inglese Thin Layer Chromatography, è una tecnica cromatografica di semplice preparazione e rapida esecuzione;

questo la rende particolarmente adatta per l'esecuzione di valutazioni qualitative o semi-quantitative, nonché per seguire una reazione