Misure basate sull'interazione luce-materia
Spettrofotometria
L'impiego della luce nella misura delle concentrazioni chimiche è fondamentale. Alcune delle quantità vettoriali rilevanti sono:
Ampiezza: forza del campo elettrico o magnetico, oscillazioni nel punto di massimo dell'onda del campo elettrico.
Direzione di propagazione: il tempo in secondi per il periodo, ovvero il passaggio di due massimi (o minimi) successivi.
Frequenza (ν): numero di oscillazioni in un secondo.
Lunghezza d'onda (λ): la distanza tra due massimi consecutivi di un'onda.
Numero d'onda (~ν~): =1/λν.
Potenza radiante (P): l'energia al secondo per unità di superficie.
La relazione fondamentale è λν=c, dove c è la velocità della luce.
Tipi di spettroscopia
- Elettroniche
- Vibrazionali
- Rotazionali
- NMR
- Microonde
- Infrarosso
- Visibile
- Ultravioletti
- Raggi X
- Raggi gamma
- Cosmici
Natura della luce
La luce presenta una duplice natura, corpuscolare e ondulatoria, ed è rappresentata dai fotoni. L'energia trasportata da un fotone (ν) è data dalla relazione E=hν.
Assorbimento ed emissione: gli stati eccitati vengono descritti dalle relazioni ν=E/h2 e ν=E/h1. Lo spettro di assorbimento ed emissione è caratterizzato da queste espressioni: λν=E/h1 e λν=E/h2.
Spettroscopia di emissione e assorbimento
La spettroscopia di emissione si basa sulla stimolazione dell'analita mediante calore, radiazione elettromagnetica, energia elettrica o reazione chimica.
La spettroscopia di assorbimento misura la quantità di luce assorbita in funzione della lunghezza d'onda, fornendo informazioni qualitative e quantitative del campione.
Un esempio di chemiluminescenza è dato dalla lucciola, dove l'enzima luciferasi catalizza la reazione di fosforilazione ossidativa della luciferina con adenosintrifosfato, producendo ossiluciferina, CO2, adenosinmonofosfato e luce.
Energia molecolare
- Energia rotazionale
- Energia vibrazionale
- Energia elettronica
Le transizioni elettroniche, vibrazionali e rotazionali si verificano tra specifici livelli energetici molecolari.
Legge di Lambert-Beer
La legge di Lambert-Beer è fondamentale nella spettroscopia di assorbimento:
Trasmittanza: T = P/P0
Assorbanza: A = -log(T) = log(P0/P)
Assorbanza specifica ε = Aλ / bcλ (adimensionale)
Lo spettro di assorbimento è il grafico della variazione di A in funzione della lunghezza d'onda λ.
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