Ultraviolett-sichtbare Spektroskopie oder ultraviolett-sichtbarer spectrophotometry (UV-Kraft oder UV/Vis) beziehen sich auf die Absorptionsspektroskopie oder reflectance Spektroskopie im ultraviolett-sichtbaren geisterhaften Gebiet. Das bedeutet, dass es Licht im sichtbaren und angrenzenden (nahe - UV und nah-infrarot (NIR)) Reihen verwendet. Die Absorption oder reflectance in der sichtbaren Reihe betreffen direkt die wahrgenommene Farbe der beteiligten Chemikalien. In diesem Gebiet des elektromagnetischen Spektrums erleben Moleküle elektronische Übergänge. Diese Technik ist zur Fluoreszenz-Spektroskopie ergänzend, in dieser Fluoreszenz befasst sich mit Übergängen vom aufgeregten Staat bis den Boden-Staat, während Absorption Übergänge vom Boden-Staat bis den aufgeregten Staat misst.

Grundsatz der ultraviolett-sichtbaren Absorption

Moleküle, die π-electrons enthalten oder Elektronen (N-Elektronen) nichtverpfänden, können die Energie in der Form des ultravioletten oder sichtbaren Lichtes absorbieren, um diese Elektronen zu höherem antiverpfändendem molekularem orbitals zu erregen. Leichter aufgeregt die Elektronen (d. h. niedrigere Energielücke zwischen dem HOMO und dem LUMO) das längere die Wellenlänge des Lichtes kann es absorbieren.

Anwendungen

UV/Vis Spektroskopie wird in der analytischen Chemie für den quantitativen Entschluss von verschiedenem analytes wie Übergang-Metallionen alltäglich verwendet, hoch hat organische Zusammensetzungen und biologische Makromoleküle konjugiert. Spektroskopische Analyse wird in Lösungen allgemein ausgeführt, aber Festkörper und Benzin können auch studiert werden.

• Lösungen von Übergang-Metallionen können gefärbt werden (d. h., sichtbares Licht absorbieren), weil d Elektronen innerhalb der Metallatome von einem elektronischem Staat bis einen anderen aufgeregt sein können. Die Farbe von Metallion-Lösungen wird durch die Anwesenheit anderer Arten, wie bestimmte Anionen oder ligands stark betroffen. Zum Beispiel ist die Farbe einer verdünnten Lösung des Kupfersulfats ein sehr Hellblau; das Hinzufügen von Ammoniak verstärkt die Farbe und ändert die Wellenlänge der maximalen Absorption .
• Organische Zusammensetzungen, besonders diejenigen mit einem hohen Grad der Konjugation (z.B DNA, RNS, Protein), absorbieren auch Licht im UV oder den sichtbaren Gebieten des elektromagnetischen Spektrums. Die Lösungsmittel für diese Entschlüsse sind häufig Wasser für wasserlösliche Zusammensetzungen oder Vinylalkohol für organisch-auflösbare Zusammensetzungen. (Organische Lösungsmittel können bedeutende UV Absorption haben; nicht alle Lösungsmittel sind für den Gebrauch in der UV Spektroskopie passend. Vinylalkohol absorbiert sehr schwach an den meisten Wellenlängen.) Lösende Widersprüchlichkeit und pH können das Absorptionsspektrum einer organischen Zusammensetzung betreffen. Tyrosine nimmt zum Beispiel in Absorptionsmaxima und Mahlzahn-Erlöschen-Koeffizienten zu, wenn pH von 6 bis 13 zunimmt, oder wenn lösende Widersprüchlichkeit abnimmt.
• Während Anklage-Übertragungskomplexe auch Farben verursachen, sind die Farben häufig zu intensiv, um für das quantitative Maß verwendet zu werden.

Das Gesetz von Beer-Lambert stellt fest, dass das Absorptionsvermögen einer Lösung zur Konzentration der fesselnden Arten in der Lösung und der Pfad-Länge direkt proportional ist. So, für eine feste Pfad-Länge, kann UV/Vis Spektroskopie verwendet werden, um die Konzentration des Absorbers in einer Lösung zu bestimmen. Es ist notwendig zu wissen, wie schnell sich das Absorptionsvermögen mit der Konzentration ändert. Das kann von Verweisungen (Tische von Mahlzahn-Erlöschen-Koeffizienten), oder genauer genommen, von einer Eichkurve bestimmt werden.

Ein UV/Vis spectrophotometer kann als ein Entdecker für HPLC verwendet werden. Die Anwesenheit eines analyte gibt eine Antwort, die angenommen ist, zur Konzentration proportional zu sein. Für genaue Ergebnisse sollte die Antwort des Instrumentes auf den analyte im unbekannten im Vergleich zur Antwort auf einen Standard sein; das ist dem Gebrauch von Eichkurven sehr ähnlich. Die Antwort (z.B, Maximalhöhe) für eine besondere Konzentration ist als der Ansprechfaktor bekannt.

Die Wellenlängen von Absorptionsspitzen können mit den Typen von Obligationen in einem gegebenen Molekül aufeinander bezogen werden und sind in der Bestimmung der funktionellen Gruppen innerhalb eines Moleküls wertvoll. Die Woodward-Fieser-Regeln sind zum Beispiel eine Reihe empirischer Beobachtungen, die verwendet ist, um λ, die Wellenlänge der intensivsten UV/Vis Absorption, für konjugierte organische Zusammensetzungen wie dienes und ketones vorauszusagen. Das Spektrum allein ist nicht, jedoch, ein spezifischer Test auf jede gegebene Probe. Die Natur des Lösungsmittels, der pH der Lösung, Temperatur, hohen Elektrolyt-Konzentrationen und der Anwesenheit Störsubstanzen können das Absorptionsspektrum beeinflussen. Experimentelle Schwankungen wie die Schlitz-Breite (wirksame Bandbreite) des spectrophotometer werden auch das Spektrum verändern. Um UV/Vis Spektroskopie auf die Analyse anzuwenden, müssen diese Variablen kontrolliert oder verantwortlich gewesen werden, um die Substanz-Gegenwart zu identifizieren.

Gesetz von Beer-Lambert

Die Methode wird meistenteils auf eine quantitative Weise verwendet, Konzentrationen einer fesselnden Art in der Lösung mit dem Gesetz von Beer-Lambert zu bestimmen:

wo A das gemessene Absorptionsvermögen ist, ist die Intensität des Ereignis-Lichtes an einer gegebenen Wellenlänge, ist die übersandte Intensität, L der pathlength durch die Probe und c die Konzentration der fesselnden Arten. Für jede Art und Wellenlänge ist ε eine Konstante, die als die Mahlzahn-Aufnahmefähigkeit oder der Erlöschen-Koeffizient bekannt ist. Diese Konstante ist ein grundsätzliches molekulares Eigentum in einem gegebenen Lösungsmittel, bei einer besonderen Temperatur und Druck, und hat Einheiten oder häufig.

Das Absorptionsvermögen und Erlöschen ε werden manchmal in Bezug auf den natürlichen Logarithmus statt der Basis 10 Logarithmen definiert.

Das Gesetz von Beer-Lambert ist nützlich, um viele Zusammensetzungen zu charakterisieren, aber hält als eine universale Beziehung für die Konzentration und Absorption aller Substanzen nicht. Auf eine 2. Ordnungspolynom-Beziehung zwischen Absorption und Konzentration wird manchmal für sehr große, komplizierte Moleküle wie organische Färbemittel (Xylenol Orange oder Neutrales Rot, zum Beispiel) gestoßen.

Praktische Rücksichten

Das Gesetz von Beer-Lambert hat implizite Annahmen, die experimentell dafür entsprochen werden müssen, um zu gelten. Zum Beispiel können das chemische Make-Up und die physische Umgebung der Probe seinen Erlöschen-Koeffizienten verändern. Die chemischen und physischen Bedingungen einer Testprobe müssen deshalb Bezugsmaße für Beschlüsse vergleichen, gültig zu sein.

Geisterhafte Bandbreite

Ein gegebenes Spektrometer hat eine geisterhafte Bandbreite, die charakterisiert, wie monochromatisch das Licht ist. Wenn diese Bandbreite mit der Breite der Absorptionseigenschaften vergleichbar ist, dann wird der gemessene Erlöschen-Koeffizient verändert. In den meisten Bezugsmaßen wird die Instrument-Bandbreite unter der Breite der geisterhaften Linien behalten. Wenn ein neues Material gemessen wird, kann es notwendig sein, zu prüfen und nachzuprüfen, ob die Bandbreite genug schmal ist. Das Reduzieren der geisterhaften Bandbreite wird abnehmen die Energie ist zum Entdecker gegangen und wird deshalb verlangen, dass eine längere Maß-Zeit dasselbe Signal zum Geräuschverhältnis erreicht hat.

Wellenlänge-Fehler

In Flüssigkeiten ändert sich der Erlöschen-Koeffizient gewöhnlich langsam mit der Wellenlänge. Eine Spitze der Absorptionsvermögen-Kurve (eine Wellenlänge, wo das Absorptionsvermögen ein Maximum erreicht) ist, wo die Rate der Änderung im Absorptionsvermögen mit der Wellenlänge am kleinsten ist. Maße werden gewöhnlich an einer Spitze gemacht, Fehler zu minimieren, die durch Fehler in der Wellenlänge im Instrument erzeugt sind, das Fehler ist wegen, einen verschiedenen Erlöschen-Koeffizienten zu haben, als angenommen.

Streulicht

Ein anderer wichtiger Faktor ist die Reinheit des verwendeten Lichtes. Der wichtigste Faktor, der das betrifft, ist das leichte Streuniveau des monochromator

. Der verwendete Entdecker ist Breitband, er antwortet auf das ganze Licht, das ihn erreicht. Wenn ein bedeutender Betrag des Lichtes durchgegangen ist, enthält die Probe Wellenlängen, die viel niedrigere Erlöschen-Koeffizienten haben als der nominelle, wird das Instrument ein falsch niedriges Absorptionsvermögen melden. Jedes Instrument wird einen Punkt erreichen, wo eine Zunahme in der Beispielkonzentration auf keine Zunahme im berichteten Absorptionsvermögen hinauslaufen wird, weil der Entdecker einfach auf das Streulicht antwortet. In der Praxis muss die Konzentration der Probe oder der optischen Pfad-Länge angepasst werden, um das unbekannte Absorptionsvermögen innerhalb einer Reihe zu legen, die für das Instrument gültig ist. Manchmal wird eine empirische Kalibrierungsfunktion mit bekannten Konzentrationen der Probe entwickelt, um Maße ins Gebiet zu erlauben, wo das Instrument nichtlinear wird.

Als ein rauer Führer würde ein Instrument mit einem einzelnen monochromator normalerweise ein leichtes Streuniveau entsprechend ungefähr 3 AU haben, die Maße über ungefähr 2 AU problematisch machen würden. Ein komplizierteres Instrument mit einem doppelten monochromator würde ein leichtes Streuniveau entsprechend ungefähr 6 AU haben, die deshalb erlauben würden, eine viel breitere Absorptionsvermögen-Reihe zu messen.

Das Absorptionsflachdrücken

Bei genug hohen Konzentrationen werden die Absorptionsbänder sättigen und das Absorptionsflachdrücken zeigen. Die Absorptionsspitze scheint flach zu werden, weil in der Nähe von 100 % des Lichtes bereits absorbiert wird. Die Konzentration, bei der das vorkommt, hängt von der besonderen Zusammensetzung ab, die wird misst. Ein Test, der verwendet werden kann, um für diese Wirkung zu prüfen, ist, die Pfad-Länge des Maßes zu ändern. Im Gesetz von Beer-Lambert, der unterschiedlichen Konzentration und der Pfad-Länge hat eine gleichwertige Wirkung — das Verdünnen einer Lösung durch einen Faktor 10 hat dieselbe Wirkung wie Kürzung der Pfad-Länge durch einen Faktor 10. Wenn Zellen von verschiedenen Pfad-Längen verfügbar sind, prüfend, wenn diese Beziehung für wahr hält, ist eine Weise zu urteilen, ob das Absorptionsflachdrücken vorkommt.

Lösungen, die nicht homogen sind, können Abweichungen aus dem Gesetz von Beer-Lambert wegen des Phänomenes des Absorptionsflachdrückens zeigen. Das kann zum Beispiel geschehen, wo die fesselnde Substanz innerhalb von aufgehobenen Partikeln gelegen wird.

Die Abweichungen werden unter Bedingungen der niedrigen Konzentration und des hohen Absorptionsvermögens am meisten bemerkenswert sein. Die Verweisung beschreibt eine Weise, für diese Abweichung zu korrigieren.

Maß-Unklarheitsquellen

Der obengenannte Faktor trägt zur Maß-Unklarheit der Ergebnisse bei, die mit UV/Vis spectrophotometry erhalten sind. Wenn UV/Vis spectrophotometry in der quantitativen chemischen Analyse dann verwendet wird, werden die Ergebnisse von Unklarheitsquellen zusätzlich betroffen, die aus der Natur der Zusammensetzungen und/oder Lösungen entstehen, die gemessen werden. Diese schließen geisterhafte Einmischungen ein, die durch das Absorptionsband-Übergreifen, Verblassen der Farbe der fesselnden Arten verursacht sind (verursacht durch die Zergliederung oder Reaktion) und mögliche Zusammensetzungsfehlanpassung zwischen der Probe und der Kalibrierungslösung.

Ultraviolett-sichtbarer spectrophotometer

Das in der ultraviolett-sichtbaren Spektroskopie verwendete Instrument wird einen UV/Vis spectrophotometer genannt. Es misst die Intensität des Lichtes, das eine Probe durchführt, und vergleicht es mit der Intensität des Lichtes, bevor es die Probe durchführt. Das Verhältnis wird den Durchlässigkeitsgrad genannt, und wird gewöhnlich als ein Prozentsatz (%T) ausgedrückt. Das Absorptionsvermögen basiert auf dem Durchlässigkeitsgrad:

UV-visible spectrophotometer kann auch konfiguriert werden, um reflectance zu messen. In diesem Fall misst der spectrophotometer die Intensität des Lichtes, das von einer Probe widerspiegelt ist, und vergleicht es mit der Intensität des Lichtes, das aus einem Nachschlagewerk (wie ein weißer Ziegel) widerspiegelt ist. Das Verhältnis wird den reflectance genannt, und wird gewöhnlich als ein Prozentsatz (%R) ausgedrückt.

Die grundlegenden Teile eines spectrophotometer sind eine leichte Quelle, ein Halter für die Probe, eine Beugung, die in einem monochromator oder einem Prisma knirscht, um die verschiedenen Wellenlängen des Lichtes und einen Entdecker zu trennen. Die Strahlenquelle ist häufig ein Wolfram-Glühfaden (300-2500 nm), eine Bogenlampe des schweren Wasserstoffs, die über das ultraviolette Gebiet (190-400 nm), Bogenlampe von Xenon dauernd ist, die von 160-2.000 nm dauernd ist; oder mehr kürzlich, leichte Ausstrahlen-Dioden (LED) für die sichtbaren Wellenlängen. Der Entdecker ist normalerweise eine Photovermehrer-Tube, eine Fotodiode, eine Fotodiode-Reihe oder ein ladungsgekoppelter Halbleiterbaustein (CCD). Einzelne Fotodiode-Entdecker und Photovermehrer-Tuben werden mit der Abtastung monochromators verwendet, die das Licht filtern, so dass nur das Licht einer einzelnen Wellenlänge den Entdecker auf einmal erreicht. Die Abtastung monochromator bewegt die Beugung, die zu "stiefdurch" jede Wellenlänge knirscht, so dass seine Intensität als eine Funktion der Wellenlänge gemessen werden kann. Befestigte monochromators werden mit CCDs und Fotodiode-Reihe verwendet. Da beide dieser Geräte aus vielen in eine oder zwei dimensionale Reihe gruppierten Entdeckern bestehen, sind sie im Stande, Licht von verschiedenen Wellenlängen auf verschiedenen Pixeln oder Gruppen von Pixeln gleichzeitig zu sammeln.

Ein spectrophotometer kann entweder einzelner Balken sein oder Balken verdoppeln. In einem einzelnen Balken-Instrument (wie Spectronic 20) führt das ganze Licht die Beispielzelle durch. muss durch das Entfernen der Probe gemessen werden. Das war das frühste Design und ist noch in der üblichen Anwendung sowohl im Unterrichten als auch in den Industrielaboratorien.

In einem Instrument des doppelten Balkens wird das Licht in zwei Balken gespalten, bevor es die Probe erreicht. Ein Balken wird als die Verweisung verwendet; der andere Balken führt die Probe durch. Die Bezugsbalken-Intensität wird als 100-%-Übertragung (oder 0 Absorptionsvermögen) genommen, und das gezeigte Maß ist das Verhältnis der zwei Balken-Intensitäten. Einige Instrumente des doppelten Balkens haben zwei Entdecker (Fotodioden), und die Probe und der Bezugsbalken werden zur gleichen Zeit gemessen. In anderen Instrumenten führen die zwei Balken ein Balken-Hackmesser durch, das einen Balken auf einmal blockiert. Der Entdecker wechselt zwischen dem Messen des Beispielbalkens und dem Bezugsbalken im Synchronismus mit dem Hackmesser ab. Es kann auch ein oder dunklere Zwischenräume im Hackmesser-Zyklus geben. In diesem Fall können die gemessenen Balken-Intensitäten durch das Abziehen der im dunklen Zwischenraum gemessenen Intensität korrigiert werden, bevor das Verhältnis genommen wird.

Proben für UV/Vis spectrophotometry sind meistenteils Flüssigkeiten, obwohl das Absorptionsvermögen von Benzin und sogar Festkörper auch gemessen werden kann. Proben werden normalerweise in eine durchsichtige Zelle, bekannt als ein cuvette gelegt. Cuvettes sind in der Gestalt normalerweise rechteckig, allgemein mit einer inneren Breite von 1 Cm (Wird diese Breite die Pfad-Länge im Gesetz von Beer-Lambert.) Reagenzgläser können auch als cuvettes in einigen Instrumenten verwendet werden. Der Typ des verwendeten Beispielbehälters muss Radiation erlauben, das geisterhafte Gebiet von Interesse zu übertragen. Die am weitesten anwendbaren cuvettes werden aus der verschmolzenen Kieselerde der hohen Qualität oder Quarzglas gemacht, weil diese überall im UV, sichtbaren und nahen Infrarotgebieten durchsichtig sind. Glas und Plastik cuvettes sind auch üblich, obwohl Glas und der grösste Teil von Plastik im UV absorbieren, der ihre Nützlichkeit auf sichtbare Wellenlängen beschränkt.

Spezialinstrumente sind auch gemacht worden. Diese schließen Befestigung spectrophotometers zu Fernrohren ein, um die Spektren von astronomischen Eigenschaften zu messen. UV-visible microspectrophotometers bestehen aus einem UV-visible mit UV-visible spectrophotometer integrierten Mikroskop.

Ein ganzes Spektrum der Absorption an allen Wellenlängen von Interesse kann häufig direkt durch einen hoch entwickelteren spectrophotometer erzeugt werden. In einfacheren Instrumenten wird die Absorption eine Wellenlänge auf einmal bestimmt und dann in ein Spektrum vom Maschinenbediener kompiliert. Durch das Entfernen der Konzentrationsabhängigkeit kann der Erlöschen-Koeffizient (ε) als eine Funktion der Wellenlänge bestimmt werden.

Microspectrophotometry

Die UV-visible Spektroskopie von mikroskopischen Proben wird durch die Integrierung eines optischen Mikroskops mit der UV-visible Optik, den weißen leichten Quellen, einem monochromator und einem empfindlichen Entdecker wie ein ladungsgekoppelter Halbleiterbaustein (CCD) oder Photovermehrer-Tube (PMT) getan. Da nur ein einzelne optische Pfad verfügbar ist, sind das einzelne Balken-Instrumente. Moderne Instrumente sind dazu fähig, UV-visible Spektren sowohl in reflectance als auch in Übertragung von Stichprobenerhebungsgebieten der Mikron-Skala zu messen.

Die Vorteile, solche Instrumente zu verwenden, bestehen darin, dass sie im Stande sind, mikroskopische Proben zu messen, aber auch im Stande sind, die Spektren von größeren Proben mit der hohen Raumentschlossenheit zu messen. Als solcher werden sie im forensischen Laboratorium verwendet, um die Färbemittel und Pigmente in individuellen Textilfasern, mikroskopischen Farbe-Chips und der Farbe von Glasbruchstücken zu analysieren. Sie werden auch in der Material-Wissenschaft und biologischen Forschung verwendet und für den Energieinhalt des Kohlen- und Erdölquellfelsens durch das Messen des vitrinite reflectance zu bestimmen. Microspectrophotometers werden im Halbleiter und den Mikrooptik-Industrien verwendet, für die Dicke von dünnen Filmen zu kontrollieren, nachdem sie abgelegt worden sind. In der Halbleiter-Industrie werden sie verwendet, weil die kritischen Dimensionen des Schaltsystemes mikroskopisch sind. Ein typischer Test einer Halbleiter-Oblate würde den Erwerb von Spektren von vielen Punkten auf einer gemusterten oder ungemusterten Oblate zur Folge haben. Die Dicke der abgelegten Filme kann vom Einmischungsmuster der Spektren berechnet werden. Eine Karte der Filmdicke über die komplette Oblate kann dann erzeugt und zu Qualitätskontrollzwecken verwendet werden.

Siehe auch

• Ultraviolett-sichtbare Spektroskopie von stereoisomers
• Infrarotspektroskopie und Spektroskopie von Raman sind andere allgemeine spektroskopische Techniken, gewöhnlich verwendet, um Information über die Struktur von Zusammensetzungen zu erhalten oder Zusammensetzungen zu identifizieren. Beide sind Formen der Schwingspektroskopie.
• Fourier gestaltet Spektroskopie um
• Nah-Infrarotspektroskopie
• Schwingspektroskopie
• Rotationsspektroskopie
• Angewandte Spektroskopie
• Steigungsspektroskopie
• Methode von Benesi-Hildebrand

Referenzen