1

2 Program wykładów: 1.Kryteria wyboru i oceny przydatności metod analitycznych. Pobieranie i przygotowanie próbek do analizy wybranymi metodami instrumentalnymi. 2.Absorpcjometria. Prawa absorpcji. Zastosowanie metod opartych na absorpcji w zakresie widzialnym (Vis) i nadfiolecie (UV). Absorpcja w podczerwieni. Wykorzystanie spektrofotometrii IR w analizie jakościowej i ilościowej. 3.Turbidymetria i nefelometria 4.Fluorescencja i metody fluorescencyjne. Polaryzacja fluorescencji. Gaszenie fluorescencji. 5.Refraktometria. Polarymetria. Substancje optycznie czynne. Dichroizm kołowy. Zasada działania refraktometrów. Budowa i zasada działania polarymetrów. 6.Potencjometria. Zastosowanie pomiarów potencjometrycznych. Pehametria. Elektrody. 7.Konduktometria. Podstawy analizy opartej na przewodzeniu prądu przez roztwory elektrolitów. 8.Absorpcyjna spektrometria atomowa. Fotometria płomieniowa. 9.Inne metody analityczne: elektroforeza, wirowanie. 10.Kolokwium zaliczeniowe. 8×3 godz. plus 2 godz. (zaliczenie)

3 Program ćwiczeń z Analizy instrumentalnej skażeń środowiska 1.Absorpcjometria. Prawo Lamberta-Beera. Wyznaczanie współczynników absorpcji siarczanu (VI) chromowo-potasowego w wodzie. 2.Refraktometryczne oznaczanie zawartości etanolu i metanolu. Polarymetryczne oznaczanie glukozy i fruktozy w miodzie. 3.Badanie kwasowości i zasadowości wód powierzchniowych. 4.Badanie odczynu próbek gleby. 5.Konduktometryczne wyznaczanie stałej i stopnia dysocjacji słabego kwasu. Entalpia dysocjacji. 6.Spektrofotometryczne oznaczanie stężenia związków w mieszaninie dwuskładnikowej. 7.Spektrofotometria UV-Vis w analizie jakościowej. Widma absorpcyjne i transmisyjne różnych form hemoglobiny. 8.Kolokwium zaliczeniowe. 7×4 godz. plus 2 godz. (kolokwium zaliczeniowe)

4 Analiza chemiczna zajmuje się wykrywaniem i oznaczaniem składników w próbce. Analiza jakościowa pozwala oznaczyć składniki jakie zawiera próbka. Analiza ilościowa określa ich zawartość. Chemia analityczna opracowuje metody rozdzielania, wykrywania i oznaczania składników z myślą o ich zastosowaniu w analizie konkretnych substancji. Chemia analityczna to chemia stosowana.

5 Chemiczna analiza instrumentalna, dział analizy chemicznej obejmujący metody pomiaru własności fizycznych lub fizykochemicznych badanej próbki. Określają np.: własności elektryczne i elektrochemiczne (chronoamperometria, konduktometria, polarografia), własności optyczne (absorpcyjna spektrometria atomowa, refraktometria, polarymetria), własności rozdzielania międzyfazowego (chromatografia), promieniotwórczość (neutronowa analiza aktywacyjna, spektrometria Mössbauera), inne (jądrowy rezonans magnetyczny (NMR), elektronowy rezonans paramagnetyczny (ESR), spektrometria masowa (MS)).

6 Analiza instrumentalna - zyskuje coraz większe znaczenie we współczesnym świecie ze względu na prostotę stosowanych procedur, wykorzystanie zautomatyzowanych urządzeń pomiarowych, ograniczenie ilości próbek. Pozwala na wykonywanie oznaczeń seryjnych z dużą powtarzalnością wyników. Komputeryzacja stosowanego sprzętu ułatwia pozyskiwanie dużej ilości danych, wyświetlanych automatycznie bez konieczności dodatkowych przeliczeń, również przetwarzanych i archiwizowanych.

7 Zalety analizy instrumentalnej wymagana bardzo mała ilość próbki, rzędu 10 -5 %, dużą czułość tych metod, Krótki czas analizy (nie licząc czasu potrzebnego do przygotowania próbki), obiektywny pomiar, automatyzacja i komputeryzacja oznaczeń instrumentalnych zmniejsza koszt analiz seryjnych.

8 Wady analizy instrumentalnej: potrzeba kalibracji i przygotowania wzorców ze względu na porównawczy charakter oznaczenia, konieczność stosowania kosztownej aparatury, konieczność opanowania obsługi, czasami skomplikowanej, aparatury. Ze względu na wady i zalety metod klasycznych i instrumentalnych – będą się one uzupełniały jeszcze przez długi czas. Prawidłowy wybór najlepszej dla potrzeb oznaczenia metody jest sztuką.

9 Rodzaj obserwowanych zjawisk fizycznych lub fizykochemicznych i sposób ich wywołania stanowi najczęściej kryterium podziału metod instrumentalnych. Od tych czynników zależy też rodzaj uzyskiwanej informacji pośredniej, która posłuży do określenia ilościowego lub jakościowego badanych indywiduów chemicznych. Metody optyczne Metody te oparte są na sprężystych oddziaływaniach promieniowania elektromagnetycznego z próbką. Należą do nich: rozproszenie, załamanie i skręcanie płaszczyzny polaryzacji światła. Oddziaływania te nie powodują zmiany ilości energii promieniowania. W metodzie tej stosowane są różne techniki pomiaru.

10

11 Pomiary intensywności zmętnienia Umożliwiają oznaczanie związków chemicznych i pierwiastków tworzących nierozpuszczalne pochodne. Powstające w przebiegu reakcji chemicznych analitu związki nierozpuszczalne w odpowiednio małych stężeniach są zawiesiną lub roztworem koloidalnym. W pewnych granicach stężeń intensywność zmętnienia jest wprost proporcjonalna do stężenia badanej substancji. Nefelometria Obserwowane zjawisko – rozproszenie promieniowania. Pomiar – natężenie wiązki światła rozproszonego wychodzącego z kuwety pomiarowej (pod pewnym kątem w stosunku do światła padającego na próbkę. Zastosowanie – analiza chemiczna i analiza namnożenia komórek w hodowli. Turbidymetria Obserwowane zjawisko – rozproszenie promieniowania. Pomiar – zmniejszenie natężenia wiązki światła po przejściu przez kuwetę z zawiesiną lub koloidem. Zastosowanie – analiza chemiczna i analiza namnożenia komórek w hodowli.

12 Technika pomiaru współczynnika załamania światła. Ta sama substancja w różnych stężeniach oraz różne substancje w tym samym stężeniu wykazują różny współczynnik załamania światła (refrakcji – n). Refraktometria Obserwowane zjawisko – załamanie światła. Pomiar – współczynnik załamania światła padającego na powierzchnię próbki Zastosowanie – oznaczanie stężenia substancji znanych, określenie składu mieszanin substancji o różnych współczynnikach załamania światła n, określanie cech budowy cząsteczek związku chemicznego (na podstawie refrakcji molowej RM).

13 Technika pomiaru polaryzacji światła i skręcenia płaszczyzny polaryzacji W wiązce światła spolaryzowanego drgania fali świetlnej są uporządkowane w jednej płaszczyźnie. Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest proporcjonalny do stężenia substancji optycznie czynnej (wywołującej skręcenie). Polarymetria Obserwowane zjawisko - skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła przez substancję optycznie czynną (nie posiadającą elementów symetrii). Pomiar – kąt skręcenia polaryzacji światła (  ) Aparatura – polarymetr. Zastosowanie – identyfikacja i oznaczanie związków biologicznie aktywnych, badanie równowagi i mechanizmów reakcji, ustalanie budowy przestrzennej związków złożonych (dyspersja skręcalności).

14 Metody spektroskopowe Dotyczą zjawisk związanych z niesprężystym oddziaływaniem promieniowania elektromagnetycznego z badaną próbką. Oparte są na technikach: absorpcyjnej i emisyjnej. Pomiary absorpcji. Wykorzystują fakt zdolności niektórych substancji do pochłaniania światła. Substancje takie pochłaniają zwykle fale świetlne o określonych długościach w sposób charakterystyczny, zależny od budowy. W wyniku pomiarów powstają widma absorpcyjne lub widma emisyjne. Jeśli nawet pochłanianie zachodzi w tym samym zakresie długości fal, charakterystyczna pozostaje zwykle intensywność pochłaniania. W technikach tych stosuje się pomiar absorbancji (A), natężenia światła (I) oraz transmitancji (T).

15 Absorpcja promieniowania przez cząsteczki Za pomocą urządzeń zwanych spektrofotometrami uzyskuje się widma absorpcyjne lub transmisyjne, charakterystyczne dla badanej substancji w określonym rozpuszczalniku. Widmo absorpcyjne (transmisyjne) jest wykresem zależności absorbancji (transmisji) od długości fali wiązki światła monochromatycznego. Podział metod spektrofotometrycznych związany jest z zakresem długości fal świetlnych (częstotliwości promieniowania, energii promieniowania) stosowanych oraz z naturą ich oddziaływań niesprężystych z substancją badaną. Widmo absorpcyjne oxyHb i MetHb

16 Spektrofotometria UV-VIS Obserwowane zjawisko – absorpcja promieniowania ultrafioletowego (200 – 400 nm) i widzialnego (400 – 750 nm) związana ze zmianą stanów elektronowych oraz energii oscylacyjnej i rotacyjnej badanej cząsteczki. Efekt – widmo elektronowe (elektronowo – oscylacyjno – rotacyjne) z charakterystycznymi pasmami absorpcji. Źródło promieniowania – lampy żarowe, halogenowe, ksenonowe, deuterowe, rtęciowe. Aparat – spektrofotometr UV – Vis Zastosowanie – analiza ilościowa, badanie mechanizmu i kinetyki reakcji chemicznych, identyfikacja związków bezbarwnych (aromatycznych, ketonów, estrów) w zakresie UV oraz barwnych w zakresie VIS.

17 Spektroskopia w podczerwieni IR Obserwowane zjawisko – absorpcja promieniowania podczerwonego przez oscylujące cząsteczki w zakresie długości fal 2 – 30  m (5000-333 cm -1 ). Grupy funkcyjne i charakterystyczne ugrupowania atomów absorbują specyficznie promieniowanie w wąskich przedziałach długości fal. Efekt – widmo transmisyjne (absorpcyjne). Grupy funkcyjne obecne w strukturze analitu pochłaniają promieniowanie podczerwone w charakterystycznych zakresach liczb falowych – częstości grupowe. Aparat – spektrofotometr IR (FTIR – z transformacją Fouriera). Źródło promieniowania – włókno Nernsta (z tlenku cyrkonu) lub globar (z węglika krzemu) rozgrzane do temperatury 1000 – 1800 o C. Zastosowanie – jedna z najlepszych metod identyfikacji struktur. Widmo w zakresie fal długich (1500-700 cm -1 ) stanowi tzw. obszar daktyloskopowy (charakterystyczny i niepowtarzalny dla różnych związków).

18 Spektroskopia paramagnetycznego rezonansu elektronowego (ESR, EPR) Obserwowane zjawisko – absorpcja promieniowania mikrofalowego przez rodniki w zewnętrznym polu magnetycznym. Długość fali promieniowania 3 – 300 mm. Efekt – widmo rezonansowe, linie widmowe. Aparat – spektrometr EPR. Źródło promieniowania – klistron, magnetron. Zastosowanie – wykrywanie rodników, identyfikacja struktur.

19 Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego NMR Obserwowane zjawisko – absorpcja promieniowania w zakresie fal radiowych 1 – 3000 m przez jądra atomów cząsteczki w polu magnetycznym o dużym natężeniu. Efekt – widmo sygnałów rezonansowych próbki na skali przesunięć chemicznych. Aparat – spektrometr NMR. Źródło promieniowania – obwody elektroniczne, kryształy. Zastosowanie – badanie struktur cząsteczek.

20 Absorpcja promieniowania przez atomy Atomowa spektrometria absorpcyjna (ASA, AAS) Obserwowane zjawisko – absorpcja promieniowania elektromagnetycznego przez atomy cząsteczek substancji poddanych uprzednio atomizacji. Absorbujące atomy znajdują się w stanie podstawowym. Absorpcja odbywa się tylko w zakresie długości fal charakterystycznych dla pierwiastków. Powstają linie absorpcyjne. Pomiar – absorpcji – wprost proporcjonalna do liczby atomów w środowisku obserwowanym. Zakres promieniowania absorbowanego określa rodzaj pierwiastka. Źródło promieniowania – lampy z katodą wnękową, lampy bezelektrodowe. Zastosowanie – selektywna i dokładna identyfikacja atomów kilkudziesięciu różnych pierwiastków.

21 Absorpcja rentgenowska Obserwowane zjawisko – absorpcja promieniowania w zakresie rentgenowskim (0,01 – 10 nm). Absorpcja rentgenowska jest selektywna ze względu na typ atomu. Zjawisko związane jest z wybijaniem elektronu z powłoki wewnętrznej atomu, który ulega jonizacji. Pomiar – absorpcji, widma absorpcyjne. Źródła promieniowania – lampa rentgenowska, synchrotron (promieniowanie synchrotronowe). Aparat – fotometr absorpcji rentgenowskiej. Zastosowanie – oznaczanie atomów pierwiastków ciężkich w próbce, oznaczenia otoczenia oznaczanych pierwiastków. Dają informację o otoczeniu atomu absorbującego, o hybrydyzacji wiązań, o strukturze elektronowej, ale wymagają znajomości lub przynajmniej założenia znajomości struktury.

22 Techniki emisyjne Atomy, cząsteczki pierwiastków oraz związków chemicznych mogą po pochłonięciu pewnej ilości energii znaleźć się w stanie wzbudzonym, o podwyższonej energii wewnętrznej. Stany o podwyższonej energii są nietrwałe. Cząsteczki ulegają dysocjacji lub tracą energię np. fluoryzując. Atomy emitują nadmiar energii aż do stanu minimalnej dla danych warunków wartości. Wzbudzone atomy emitują widmo liniowe (wybrane długości fal charakterystyczne dla oznaczanego pierwiastka. Fotometria płomieniowa Obserwowane zjawisko – emisja promieniowania przez atomy próbki po atomizacji i wzbudzeniu w strumieniu energii np. w palniku acetylenowo-tlenowym. Źródło energii – płomień palnika (temperatura do około 3 500 K) Aparat – fotometr płomieniowy Zastosowanie – badanie zawartości pierwiastków łatwo ulegających wzbudzeniu (sód, potas, wapń), płynów ustrojowych i ekstraktów roślinnych.

23 Luminescencja Cząsteczki po pochłonięciu energii ulegają wzbudzeniu, a następnie mogą wyemitować pochłoniętą energię w postaci promieniowania elektromagnetycznego lub w postaci ciepła. Mechanizm przejść elektronowych decyduje o tym, czy jest to fluorescencja czy fosforescencja. Oba zjawiska nazywane są ogólnie fotoluminescencją. Rodzaje luminescencji fotoluminescencja – cząsteczki wzbudzone promieniowaniem elektromagnetycznym chemiluminescencja – cząsteczki wzbudzone w czasie reakcji chemicznej bioluminescencja – wzbudzenie cząsteczek w przebiegu procesów biologicznych elektroluminescencja – wzbudzenie strumieniem elektronów. Fluorymetria Obserwowane zjawisko – fluorescencja, emisja promieniowania UV-VIS cząsteczek wzbudzonych związana z przejściem elektronów na poziom podstawowy. Pomiar – natężenie (I f ) promieniowania proporcjonalne do stężenia badanej substancji. Aparat – spektrofluorymetr Zastosowanie – oznaczanie stężenia związków biologicznie czynnych, węglowodorów aromatycznych, badanie struktur związków.

24 Metody elektroanalityczne Wykorzystują zjawiska związane z przepływem prądu elektrycznego przez roztwory elektrolitów i reakcje zachodzące na elektrodach zanurzonych w roztworach elektrolitów Metody potencjometryczne Oparte na pomiarze różnicy potencjałów elektrochemicznych między elektrodami zanurzonymi w analizowanych roztworach (elektroda wskaźnikowa i elektroda odniesienia). Potencjał elektrody wskaźnikowej zależy od stężenia badanej substancji. Potencjometria bezpośrednia Różnica potencjałów między elektrodami zależy wprost od stężenia substancji badanej. Pehametria Pomiar – pH próbki Aparat – pehametr Elektrody – wodorowa, chinhydronowa, antymonowa, jonoselektywne: np. chlorkowa, fluorkowa, sodowa. Pehametria pośrednia – do pomiaru pH stosuje się roztwory buforów wzorcowych. Metoda jest częściej stosowana, ma największą dokładność. Elektroda – szklana

25 Miareczkowanie potencjometryczne Pomiar – zmiana potencjału w zależności od objętości zużytego odczynnika miareczkującego, określenie punktu końcowego miareczkowania. Miareczkowanie pehametryczne Elektrody – szklana, chinhydronowa, wodorowa Miareczkowanie redoksymetryczne Elektrody - wskaźnikowa – platynowa; odniesienia – NEK (nasycona elektroda kalomelowa) Metody elektrolityczne Polegają na pomiarze (ważeniu) wydzielonego, oznaczanego składnika roztworu, na elektrodzie podczas przepływu prądu elektrycznego pomiędzy elektrodami w nim zanurzonymi. Obserwowane zjawisko – elektroliza w całej masie Pomiar – masa substancji wydzielonej na elektrodzie. Elektrograwimetria (elektroliza) Elektroda – katoda platynowa Zastosowanie – do oznaczania ilościowego pojedynczych substancji (metali)

26 Metody woltamperometryczne Oparte są na pomiarze natężenia prądu elektrycznego przepływającego w układzie elektrod w roztworze badanym pod wpływem przyłożonego napięcia. Pomiar dokonywany jest z użyciem np. błonkowej elektrody bizmutowej lub ołowiowej. Do 2000 r. używano rtęciowej elektrody kroplowej. Woltamperometria Pomiar – zależność natężenia prądu od napięcia przyłożonego do elektrod. Rodzaje – woltamperometria z liniowo zmieniającym się potencjałem; cykliczna; inwersyjna (stripingowa). Zastosowanie – analiza śladowa, materiałów roślinnych, preparatów farmaceutycznych Polarografia Rodzaje – stałoprądowa; zmiennoprądowa; pulsowa; oscylopolarografia. Obserwowane zjawisko – elektroliza warstwy dyfuzyjnej. Pomiar – natężenie prądu, jako funkcja przyłożonego napięcia, proporcjonalnego do stężenia Aparatura - polarograf.

27 Metody rozdzielcze Służące wyizolowaniu substancji, jej identyfikacji i oznaczaniu, dzięki zróżnicowanej odpowiedzi specyficznych substancji na warunki rozdziału. Chromatografia Obserwowane zjawisko – podział składników mieszaniny pomiędzy fazę stacjonarną i ruchomą układu Parametry podziału – współczynnik retencji (k); ułamek czasu migracji substancji (Rf) – czynnik zatrzymania lub ułamek prędkości; RM – log k Rodzaje – chromatografia gazowa; cieczowa, kolumnowa; cienkowarstwowa.

28 Sposoby wyrażania stężenia Procent objętościowy Procent objętościowy oznaczany % (v/v) Procent wagowy Procent wagowy oznaczany jest czasem % (m/m, w/w). W przypadkach, kiedy % nie jest oznaczony specjalnie, rozumie się go jako wagowy. Procent wagowo-objętościowy Procent wagowo-objętościowy oznaczany % (w/v) Molowość roztworu, stężenie molowe oznaczana symbolem c, jest to stężenie określone liczbą moli substancji zawartych w 1 dm 3 roztworu. Jednostką jest mol/dm 3 lub M (w naukach biologicznych). W analizie śladowej przyjęto określanie stężenia w częściach na milion, w skrócie ppm {parts per million), odpowiadające 1 ng/mL, a także niekiedy w częściach na miliard, w skrócie ppb (parts per billion) 1 ng/L.

29 Analizowana próbka musi być reprezentatywna dla badanego obiektu Próbka reprezentatywna: porcja materiału pobranego z danego obiektu i wyselekcjonowana w taki sposób, że wykazuje istotne właściwości charakterystyczne dla całego układu (łatwo taką próbkę wyselekcjonować jedynie dla układów homogenicznych.) Aby pobrana próbka była reprezentatywna należy zapobiec: zanieczyszczaniu próbki, utracie lotnych składników, reakcjom ze składnikami powietrza, rozkładowi próbki pod wpływem promieniowania UV, degradacji próbki pod wpływem temperatury, zmianom wywołanym efektem katalitycznym. Próbka pierwotna próbka laboratoryjna próbka analityczna

30 Błędy w analizie chemicznej: Przypadkowe Systematyczne Grube Błędy przypadkowe są niewielkie a ich dokładna przyczyna nie jest znana. Błędy systematyczne mają charakter stały, powodują zmianę sygnału zawsze w tym samym kierunku i mają ściśle określoną przyczynę często błędy te można usunąć przez korektę postępowania w trakcie wykonywania analizy. Błędy grube powstają na skutek niedopatrzenia lub winy wykonawcy, mogą być powodowane złym pobraniem próbki, błędami obliczeń, nieodpowiednim doborem procedury.

31 Spektroskopia molekularna zajmuje się oddziaływaniem promieniowania elektromagnetycznego z materią, która jest zbiorem cząstek o niezerowej masie czyli: atomów, cząsteczek, jonów, rodników. Oddziaływanie to polega na pochłanianiu (absorpcji) części energii lub jej oddawaniu przez materię (emisji). Promieniowanie elektromagnetyczne - drgania wektora pola elektrycznego E, któremu towarzyszą drgania wektora pola magnetycznego H. Pola te są więc związane ze sobą, a wzajemną relację pól opisują równania Maxwella. Obie składowe zmieniają się jednocześnie w kierunkach wzajemnie prostopadłych i prostopadłych do kierunku, w którym rozchodzi się promieniowanie.

32 Długość fali jest odcinkiem drogi promieniowania, na którym mieści się jeden okres drgania pola czyli jedno drganie. Jeżeli promieniowanie przebiega w próżni w ciągu 1 s drogę równą 3 x 10 10 cm, a jego długość fali wynosi [cm], to liczba drgań pola w ciągu jednej sekundy wynosi c/ czyli. Wielkość wyrażoną w [1/s]=[Hz] nazywamy częstością drgań promieniowania. Częstość jest więc liczbą drgań przypadających na 1 sekundę. Częstość drgań można także wyrazić jako liczbę drgań przypadającą na 1 cm przebytej przez promieniowanie drogi. =1/ liczba falowa, [cm -1 ] Długość fali i częstość drgań są cechami jakościowymi promieniowania i stanowią różny sposób opisu promieniowania z uwagi na jego naturę falową.

33 Promieniowanie: Monochromatyczne Polichromatyczne Niespolaryzowane Spolaryzowane: liniowo, kołowo, eliptycznie

34 Korpuskularna natura promieniowania Wiązka promieniowania jest zbiorem porcji energii zwanych kwantami biegnących w kierunku rozchodzenia się fali. Wielkość pojedynczego kwantu energii zwanego fotonem jest dana zależnością Plancka Zależność Plancka jednoczy naturę falową i korpuskularną promieniowania. gdzie: h- stała Plancka wynosi 6,626  10 -34 J  s

35

36

37 Szerokość połówkowa,  1/2 jest to szerokość konturu zmierzona w połowie jego wysokości. Ponieważ szerokość konturu w każdym punkcie jego wysokości jest inna, na podstawie umowy określa się przeważnie szerokość połówkową. Można spotkać szerokość mierzoną również w innych punktach wysokości, np.  1/4,  3/4.

38

39 Stosunek I/I o nazwany został transmitancją i charakteryzuje ona przepuszczalność ośrodka. Logarytm dziesiętny z odwrotności transmitancji nosi nazwę absorbancji. Gdy transmitancja wyrażona jest w %, to: Gdy transmisja jest wyrażona jako ułamek:

40 Prawo Lamberta – Beera Podstawą analizy ilościowej metodą spektrometrii absorpcyjnej jest proporcjonalność absorbancji do ilości absorbujących cząsteczek lub atomów. Ich ilość jest proporcjonalna do stężenia i grubości warstwy absorbującej. A = k · c · l gdzie: k - współczynnik absorpcji (wielkość charakterystyczna dla danego rodzaju atomów lub cząsteczek i określonej długości fali, dla absorpcji cząsteczkowej również dla określonego rozpuszczalnika), l - długości drogi optycznej (długość drogi promieniowania w ośrodku absorbującym), c - stężenie

41 Jeżeli stężenie wyrażone jest w [mol/L] to współczynnik absorpcji k nazywamy molowym współczynnikiem absorpcji , natomiast dla stężenia właściwego [g/L] - współczynnikiem absorpcji właściwej a, gdy stężenie wyrażamy w procentach [%, w/v] – współczynnik procentowy Zależności pomiędzy molowym a procentowym współczynnikiem absorpcji przedstawiają wzory: Prawo addytywności absorpcji W przypadku pomiarów absorpcji mieszanin ma zastosowanie prawo addytywności, które wyraża absorbancję całkowitą mieszaniny A jako sumę niezależnych absorbancji poszczególnych składników. Dla mieszaniny dwuskładnikowej mamy: A = A 1 + A 2 = c 1  l   1 + c 2  l   2 Dla mieszaniny trójskładnikowej: A = A 1 + A 2 + A 3 = c 1  l   1 + c 2  l   2 + c 3 · l ·  3 Pomiary wykonujemy przy długości fali i musimy znać wszystkie współczynniki absorpcji przy tej długości fali.

42 Metody wyznaczania nieznanego stężenia z wykorzystaniem prawa Lamberta-Beera: 1.Przy znajomości współczynnika absorpcji, bezpośrednio z równania, 2.Przez porównanie z roztworem wzorcowym, 3.Metodą krzywej wzorcowej Odchylenia od prawa Lamberta-Beera 1.Asocjacja, 2.Solwatacja, 3.Hydroliza, 4.Zmiana pH, 5.Polarność rozpuszczalnika, 6.Temperatura

43 Reguły wyboru: Przejścia elektronowe w związkach organicznych W kompleksach metali przejściowych mamy do czynienia z przejściami, elektrony d w których uczestniczą elektrony d.

44 Pojęcia używane przy charakteryzowaniu widm absorpcyjnych

45

46

47

48 Widma UV/VIS przykładowych związków aromatycznych

49

50 Badania strukturalne związków aromatycznych, polienów i nienasyconych związków karbonylowych zwłaszcza cyklicznych, w tym steroidów; Badania stereochemiczne dotyczące wzajemnego położenia w cząsteczce wiązań wielokrotnych i ich konfiguracji. Zastosowania spektrofotometrii UV-Vis Pochodne bifenylu, podstawione w obu pierścieniach benzenowych w pozycjach orto dużymi podstawnikami wykazują efekt hipsochromowy. Obydwa pierścienie fenylowe bifenylu z powodu zawady przestrzennej wywołanej podstawnikami ulegają odchyleniu od płaszczyzny. Skutkuje to przerwaniem sprzężenia pomiędzy elektronami  obu pierścieni, co wywołuje przesunięcie maksimum absorpcji w widmie UV w kierunku fal krótszych. Efektu tego nie obserwuje się, jeśli podstawniki zajmują położenie para.

51

52 Spektrofotometry UV-Vis Budowa i ogólna zasada działania spektrofotometru klasycznego

53 Spektrofotometry z detekcją równoległą, czyli tzw. spektrofotometry z matrycą diodową (DAD). Najistotniejszą różnicą pomiędzy klasycznym spektrofotometrem i spektrofotometrem typu DAD (diode-array) jest to, że w tym pierwszym monochromator znajduje się przed próbką i przez próbkę przepuszcza się sukcesywnie kolejne wiązki światła monochromatycznego, natomiast w przypadku stosowania matrycy diodowej przez próbkę przepuszcza się promieniowanie polichromatyczne a rozszczepienie wiązki następuje po przejściu przez próbkę. Promieniowanie obejmujące całe spektrum z zakresu UV-Vis pada w tym samym momencie na matrycę fotodiodową, co umożliwia detekcję wszystkich długości fal jednocześnie. Każda z fotodiod jest przeznaczona do pomiaru wąskiego zakresu promieniowania elektromagnetycznego (od 1 do kilku nm).

54

55 Parametry charakteryzujące spektrofotometry: 1.Zakres spektralny 2.Szerokość spektralna wiązki 3.Rozdzielczość spektralna 4.Dokładność wyznaczenia długości fali 5.Dokładność wyznaczenia absorbancji 6.Liniowość fotometryczna 7.Ilość światła rozproszonego.

56 Zadanie 1. Absorbancja roztworu nadmanganianu potasu wynosi 1,80. Ile będzie wynosić transmitancja, jeżeli 10 mL tego roztworu przeniesiono do kolbki i uzupełniono do 100 mL. Pomiary wykonano w kuwecie o tej samej grubości. Zadanie 2. Do 400 mL 1,5% jodku sodu dodano 4 mg NaIO 3. Obliczyć transmitancję końcowego roztworu, jeżeli zmierzono A przy długości fali = 605 nm w kuwecie o grubości 20 mm. Molowy współczynnik absorpcji wynosił 4500. Zadanie 3. W celu zbadania zawartości żelaza w próbce o objętości 50cm 3 pobrano z niej 25  L i rozcieńczono do 0,005 L. Następnie zmierzono absorbancjję powstałego roztworu, która wynosiła 0,85. Grubość kuwety l = 3 mm, a  = 2,5  10 4. M. Fe = 56. Oblicz zawartość żelaza w próbce. Zadanie 4. Roztwór o stężeniu c absorbuje 70% padającego promieniowania monochromatycznego. Jeżeli dla roztworu tego spełnione jest prawo Lamberta-Beera, to ile wynosić będzie transmitancja roztworu o stężeniu 4 c.

57 Spektroskopia w podczerwieni Absorpcja promieniowania podczerwonego powoduje zmiany energii oscylacyjnej i rotacyjnej cząsteczki. Kształt widm w tym zakresie promieniowania w przypadku ciał stałych i cieczy zależy głównie od wzbudzeń oscylacyjnych, ponieważ rotacje cząsteczek są w tym przypadku częściowo lub całkowicie hamowane przez oddziaływania międzycząsteczkowe. Widma ciał stałych i cieczy są w związku z tym nazywane widmami oscylacyjnymi, natomiast widma cząsteczek w fazie gazowej noszą nazwę widm oscylacyjno-rotacyjnych ze względu na dużą swobodę zarówno rotacji jak i oscylacji cząsteczek. Drgania molekuł wieloatomowych mają złożony charakter, można je jednakże przedstawić jako superpozycję pewnej liczby drgań prostych, zgodnych w fazie i o jednakowej częstości. Drgania te nazywane są drganiami normalnymi. Wyróżniamy wśród nich drgania rozciągające związane ze zmianą długości wiązań i drgania deformacyjne wynikające ze zmiany kątów płaskich pomiędzy wiązaniami podczas ruchu w płaszczyźnie lub poza płaszczyznę wiązań. Każdy z rodzajów drgań może być dodatkowo symetryczny lub niesymetryczny.

58 Liczba stopni swobody cząsteczki jest równa sumie stopni swobody tworzących ją atomów. Każdy atom ma trzy stopnie swobody ruchu, odpowiadające współrzędnym kartezjańskim. Zatem cząsteczka składająca się z n atomów ma 3n stopni swobody. W przypadku cząsteczek nieliniowych trzy stopnie swobody dotyczą translacji, a trzy kolejne ruchu obrotowego. Pozostałe 3n-6 stopnie swobody opisują ruchy oscylacyjne i odpowiadające im drgania normalne. Cząsteczki liniowe mają tylko dwa rotacyjne stopnie swobody, więc ich drganiom odpowiada 3n-5 drgań normalnych. Przykładem nieliniowej cząsteczki jest cząsteczka wody, która składa się z trzech atomów, ma zatem 3·3 – 6 = 3 stopnie swobody oscylacyjnej.

59 Klasyfikacja drgań normalnych: walencyjne (rozciągające): - symetryczne - antysymetryczne deformacyjne: - płaskie: - nożycowe - kołyszące - niepłaskie - wachlarzowe - skręcające Drgania normalne – jednoczesny ruch wszystkich atomów odbywający się z jednakową częstością i zgodny w fazie. Drgania własne: drgania, które nie powodują przemieszczenia środka masy molekuły ani jej obrotu

60 Do przybliżonego opisu oddziaływania cząsteczki dwuatomowej z promieniowaniem elektromagnetycznych wykorzystuje się model oscylatora harmonicznego. Oscylatorem harmonicznym jest w tym przypadku układ dwóch mas (atomów lub rdzeni atomowych), drgających doskonale sprężyście wokół środka masy układu. Częstość drgań własnych takiego oscylatora (ν osc ) wyraża się wzorem: gdzie f to stała siłowa, będąca miarą siły wiązania, natomiast m r oznacza masę zredukowaną, równą iloczynowi mas obu atomów podzielonemu przez ich sumę. Energia mikrooscylatora jest kwantowana i dla poszczególnych poziomów energetycznych oscylacji wyraża się wzorem: gdzie k – oscylacyjna liczba kwantowa, która może przyjąć wartości k = 0, 1, 2, 3, … Oddziaływanie promieniowania podczerwonego z oscylującymi cząsteczkami jest możliwe tylko wtedy, gdy spełnione są pewne warunki nazywane regułami wyboru.

61 Zgodnie z pierwszą regułą, energia fotonu promieniowania elektromagnetycznego, która może zostać pochłonięta przez cząsteczkę musi odpowiadać różnicy energii poziomów energetycznych cząsteczki (dla spektroskopii oscylacyjnej ΔE osc = hν). W przypadku oscylatora harmonicznego dozwolone są tylko przejścia absorpcyjne lub emisyjne, dla których oscylacyjna liczba kwantowa zmienia się o Δk = ±1. Sa to pasma podstawowe, czyli intensywne pasma absorpcyjne w widmach cząsteczek heteroatomowych, którym towarzyszy zmiana oscylacyjnej liczby kwantowej Δk = 1. W widmach obserwowane są również pasma o niskiej intensywności i o częstościach zbliżonych do wielokrotności częstości pasma podstawowego, są to tzw. nadtony. Ich występowanie wyjaśnia model oscylatora anharmonicznego. Najważniejszą konsekwencją zastosowania tego modelu jest rozszerzenie reguły wyboru dotyczącej zmiany liczby kwantowej oscylacji – dozwolone stają się przejścia, dla których oscylacyjna liczba kwantowa zmienia się o kilka jednostek (Δk = ±1, ±2, ±3, …). Warunek ten stanowi drugą regułę wyboru obowiązującą w spektroskopii w podczerwieni. Z trzeciej reguły wyboru wynika, że w podczerwieni można obserwować tylko te przejścia oscylacyjne, którym towarzyszy zmiana momentu dipolowego cząsteczki. Drgania te nazywa się drganiami aktywnymi w podczerwieni.

62 Rezonans Fermiego - sprzężenie dwóch drgań normalnych powodujące powstanie dwóch nowych drgań o częstościach wyższej i niższej niż ta, gdy oddziaływania nie zachodzą. W każdym drganiu normalnym biorą udział wszystkie atomy cząsteczek, ale amplitudy ich wychyleń mogą być różne. W wielu drganiach biorą udział przede wszystkim najbliższe atomy tworzące charakterystyczną grupę funkcyjną w cząsteczce, a pozostałe atomy mają tak małą amplitudę wychyleń, że praktycznie nie wpływają na drgania aktywne. Dlatego wiele grup funkcyjnych wykonuje drgania o charakterystycznej częstości, zmieniającej się niewiele w różnych cząsteczkach.

63 Widmo IR – zależność transmitancji od liczby falowej (częstość wyrażona w cm-1) w zakresie 4000-500 cm -1. Intensywność pasm jest proporcjonalna do ilości wiązań danego typu i do wielkości zmian momentu dipolowego wywołanych drganiami. Wiązania spolaryzowane dużo silniej pochłaniają światło, niż wiązania niespolaryzowane Próbki przygotowuje się jako film (cienką warstwę) cieczy, lub jako pastylkę w KBr, mierzy się widmo różnicowe pomiędzy „ślepą” próbą a próbką ze związkiem Obszary interpretacji: - 4000-1500cm-1 – obszar grup funkcyjnych: - 4000-2500cm-1 – drgania walencyjne wiązań O-H, N-H, C-H, S-H - 2500-2000cm-1 – drgania walencyjne układu C=C=C i wiązań potrójnych CN i CC - 2000-1500cm-1 – drgania walencyjne wiązań podwójnych C=C, C=O, C=N, N=N, drgania deformacyjne wiązań N-H i O-H z wody - 1500-650cm-1 – obszar daktyloskopowy (fingerprint), trudny w interpretacji, drgania walencyjne wiązań C-C, C-N, C-O, drgania deformacyjne C-H.

64 Charakterystyczne częstości grup funkcyjnych

65

66

67

68

69

70

71 Ramanowskie rozpraszanie promieniowania Molekuła jest zbiorem ładunków elektrycznych dodatnich i ujemnych. Składowa elektryczna promieniowania elektromagnetycznego musi z nimi oddziaływać. Indukuje ona w molekule moment dipolowy proporcjonalny do natężenia E składowej elektrycznej pola elektromagnetycznego, przy czym współczynnikiem proporcjonalności jest polaryzowalność cząsteczki. Spektroskopia IR i spektroskopia Ramana są metodami komplementarnymi Nieliniowa cząsteczka wykazuje 3N-6 drgań, niektóre z nich ujawniają się jako pasma aktywne w IR, niektóre zaś w widmie Ramana. Zależy to od symetrii cząsteczki i od symetrii drgania. Dla cząsteczek mających środek inwersji obowiązuje zasada wykluczania - drgania aktywne w IR, nie są aktywne w spektroskopii Ramana i odwrotnie. Np. drgania symetryczne CO2 lub N2 są niewidoczne w spektroskopii IR, podczas gdy w spektroskopii Ramana obserwujemy silne pasma odpowiadające tym drganiom. Spektroskopia Ramana wypełnia więc lukę w możliwościach spektroskopii IR. Dopiero silnie polarne molekuły jak np.: NaCl nie dają widma Ramana, ale za to ich widmo w IR jest dozwolone i silne.

72 Zasada komplementarności na przykładzie molekuły CO 2. Cząsteczka CO 2 nie ma trwałego momentu dipolowego, w czasie symetrycznego rozciągającego drgania ν 1 położenie środków ciężkości ładunków nie zmienia się czyli nie zmienia się moment dipolowy, drganie ν 1 jest w IR nieaktywne. W czasie antysymetrycznego rozciągającego drgania ν 3 położenie środka ciężkości ładunku dodatniego przemieszcza się w jedną stronę, a ładunku ujemnego w stronę przeciwną, powstaje oscylujący wokół zera moment dipolowy, drganie ν 3 jest w IR aktywne.

73 Zasada komplementarności na przykładzie molekuły CO 2. W dwukrotnie zdegenerowanym drganiu zginającym ν 2,4 środki ciężkości ładunków rozsuwają się periodycznie w kierunku prostopadłym do osi najwyższej symetrii i powstaje oscylujący wokół zera moment dipolowy prostopadły do osi molekuły, drganie ν 2,4 jest w IR aktywne.

74 Polaryzowalność cząsteczki CO 2 zmienia się inaczej niż jej moment dipolowy. W drganiu ν1 polaryzowalność w jednym półokresie jest mniejsza, a w drugim większa niż w stanie równowagi. Drganie ν1 jest aktywne w widmie Ramana. W przypadku pozostałych drgań: dla ν3 polaryzowalność w obu półokresach jest mniejsza, a dla ν2,4 większa niż w stanie równowagi. Drgania ν3 oraz ν2,4 są w widmie Ramana nieaktywne.

75 Zdarza się, że jakaś substancja występująca w śladowych ilościach w analizowanej próbce, musi być szybko i równocześnie możliwie dokładnie oznaczona ilościowo, jednak nie można jej przeprowadzić w kompleks możliwy do analizy spektrofotometrycznej. Dość łatwo można tę substancję wytrącić w postaci bardzo rozdrobnionej, koloidalnej lub jednorodnej zawiesiny. Jeśli zawiesina jest: bezbarwna (lub znajdziemy długości fal, gdzie nie wystepuje absorpcja promieniowania widzialnego), a poszczegolne jej cząstki są monodyspersyjne (jednakowego kształtu i jednakowych rozmiarow) zawiesina jest trwała (nie ulega koagulacji) i w dostatecznie długim przedziale czasu jej własności optyczne nie ulegają zmianie, to dobrą metodą analityczną okazuje się metoda turbidymetryczna lub nefelometryczna. Zarowno jedna, jak i druga metoda polega na pomiarze wielkości zwanej zmętnieniem związanej zależnością wprost proporcjonalną z liczbą cząstek wywołujących mętność roztworu.

76 Zasada pomiaru turbidymetrycznego lub nefelometrycznego

77 Turbidymetria polega na oznaczaniu ilościowym zawiesiny koloidalnej w badanej próbce przez pomiar natężenia światła przepuszczanego przez tę próbkę. Turbidymetria nie różni się w zasadzie od absorpcjometrii i do celów turbidymetrycznych można stosować zwykły kolorymetr lub spektrofotometr UV- Vis. Nefelometria natomiast polega na oznaczaniu ilościowym zawiesiny lub koloidu w badanej próbce przez pomiar natężenia światła rozproszonego przez tę próbkę; detektor jest umieszczony pod pewnym kątem (najczęściej 45° lub 90°) względem kierunku biegu wiązki świetlnej wychodzącej ze źródła światła. Do celow nefelometrycznych używa się natomiast przyrządów o nieco innej konstrukcji pozwalającej mierzyć natężenie światła rozproszonego zwanych nefelometrami.

78 Do pomiaru dużych zmętnień z powodzeniem mogą być stosowane obie metody – obie są w tym wypadku równorzędne. Do pomiaru małych stężeń lepiej nadaje się metoda nefelometryczna – jest ona czulsza. Obie metody należą do klasy najczulszych metod analitycznych. Wykrywalność metody nefelometycznej sięga niekiedy 1/300 ppm (1:300000000) – np. dla oznaczania fosforu wytrąconego odczynnikiem strychninomolibdenianowym; w przypadku oznaczania amoniaku za pomocą odczynnika Nesslera wykrywalność sięga 1/160 ppm.

79 Metoda nefelometryczna lub turbidymetryczna bywa z powodzeniem stosowana do takich standardowych analiz, jak oznaczenie siarki i siarczanów w postaci siarczanu barowego, halogenkow w postaci halogenkow srebra, ołowiu w postaci siarczanu ołowiu itp. Ponadto stosuje się ją do oznaczania zanieczyszczeń zawartych w powietrzu (dymy, aerozole), gazów bojowych, niektórych bakterii, do oznaczania fazy rozproszonej w emulsjach koloidalnych (np. w mleku), do określenia efektywności procesu filtracyjnego, do oznaczania tłuszczów i smarów, do różnych analiz biochemicznych (moczu, krwi i innych płynow fizjologicznych), do oznaczania białka i in.

80 Aby zapewnić powtarzalność pomiarów i dużą ich dokładność, opracowano szczegółowe przepisy analityczne precyzujące: stężenia odczynników, ilości jakie mają być użyte do oznaczania, szybkość, sposób i czas wytrącania osadu czy mieszania, czas jaki powinien upłynąć od momentu wytrącenia osadu do chwili pomiaru zmętnienia. Ponadto istotnym czynnikiem jest temperatura oraz ilości dodatkowych odczynników zwiększających stopień rozdrobnienia i trwałość zawiesiny, takich jak koloidy ochronne np. żelatyna lub też jonowe dodatki peptyzujące. Wymienione odczynniki zapewniają otrzymanie zawiesin o odpowiedniej i jednolitej w całej masie wielkości ziarna cząstek rozpraszających światło.

81 Niezależnie od sposobu, w jaki wielkość zmętnienia jest zdefiniowana, jest ona ściśle powiązana z rozproszeniem światła R=Ir/I0, czyli wielkością, którą zaniedbywaliśmy w pomiarach spektrofotometrycznych jako znikomo małą, a która tutaj gra rolę dominującą. Rozproszenie jest to proces złożony, w którym ma miejsce odbicie (również całkowite), wewnętrzne załamanie oraz ugięcie (dyfrakcja) promieni światlnych. Procesy te przebiegają różnie w zależności od długości fali promieniowania i rozmiarów cząstek rozproszonych. Wszystkie pomiary nefelometryczne i turbidymetryczne prowadzone są względem wzorców, w ściśle standaryzowanych warunkach. Szczególnie istotnym jest przestrzeganie ustalonego czasu odczytu liczony od przygotowania roztworów.

82 W wyrażeniu definiującym rozproszenie (I 0 = Ia + Ir + It), Ir - jest natężeniem światła rozproszonego, I 0 - natężeniem światła padającego na probkę, Ia – zaabsorbowana część światła. W turbidymetrii, która nie różni się w zasadzie od absorpcjometrii, zmętnienie oznacza się najczęściej literą T (turbidance): gdzie: I 0 – natężenie światła padającego na badaną probkę, I t – natężenie światła przepuszczanego przez zawiesinę (nierozproszonego). Wielkość T zależna jest od wielu czynników takich jak: długość fali ( ) światła stosowanego w pomiarach; przeciętna średnica cząstek substancji tworzącej zawiesinę/koloid (d); grubość warstwy (I); liczba cząstek zawiesiny znajdujących się w biegu promieni; rodzaj zawiesiny; a nawet metoda pomiaru.

83 Zależność turbidancji od omówionych parametrów ujmuje z dobrym przybliżeniem wzór Wellsa: k jest współczynnikiem proporcjonalności zależnym od rodzaju zawiesiny i metody pomiaru, a to stała charakterystyczna dla danej metody pomiarowej, c jest stężeniem analizowanej substancji, wyrażonym często w jednostkach ppm. Dla danej substancji, oznaczonej za pomocą metody w świetle monochromatycznym, wzor powyższy przyjmuje postać, będącą odpowiednikiem prawa Lamberta-Beera:

84

85 gdzie: F – wielkość współczynnika załamania światła w roztworze, N – liczba cząstek w danej objętości, v – przeciętna objętość cząstki, l - Długość fali światła padającego, r – odległość pomiędzy próbką a detektorem, Θ - kąt pomiędzy kierunkiem światła padającego a kierunkiem obserwacji światła rozproszonego.

86 Refraktometria jest metodą analityczną polegającą na pomiarze współczynników załamania światła n na granicy dwóch różnych ośrodków. Współczynnik załamania światła danego ciała jest jednym z parametrów charakteryzujących to ciało, podobnie jak gęstość lub temperatura topnienia i wrzenia. Refraktometria znalazła zastosowanie w analizach biochemicznych i farmaceutycznych oraz w przemyśle i kontroli środków spożywczych (mleka, masła, piwa, wina, soków, miodu itp.). Pomiar współczynnika załamania umożliwia identyfikację substancji, oznaczenie jej czystości oraz stężenia roztworów. Refraktometria korzysta z praw optyki geometrycznej, do której należą prawa odbicia i załamania światła.

87

88

89 gdzie: n 2 - wspołczynnik refrakcji drugiego ośrodka  gran - wartość graniczna kąta w drugim ośrodku

90

91 Wartość refrakcji molowej bardzo wyraźnie zależy od budowy cząsteczki związku organicznego, a więc od składu empirycznego badanego połączenia, a także od sposobu powiązania atomów w cząsteczce. W szczególności obecność w cząsteczce wiązań podwójnych, potrójnych lub układu sprzężonych wiązań podwójnych powoduje znaczne i swoiste dla każdego z wymienionych typów wiązań odchylenia od wartości obliczonej na podstawie wzoru sumarycznego. Odchylenie to nosi nazwę „egzaltacji” (nadwyżka ponad sumę inkrementow w przypadku wiązania sprzężonego). Egzaltacja refrakcji jest to różnica pomiędzy wartością refrakcji wyznaczoną doświadczalnie a wartością teoretyczną wyliczoną na podstawie addytywności refrakcji. Znając, zatem wzór sumaryczny połączenia, a nie znając jego wzoru strukturalnego, można za pomocą pomiaru refrakcji molowej uzyskać informację o obecności wiązań wielokrotnych w cząsteczce.

92 Innym zastosowaniem pomiarów refrakcji jest określenie składu mieszaniny. Dla roztworów refrakcja molowa może być obliczona jako suma udziałów refrakcji molowych poszczególnych składników, jeżeli oddziaływania między nimi są nieznaczne. Dla roztworu dwuskładnikowego słuszne są następujące równania:

93 Refraktometr Abbego – schemat

94 POLARYMETRIA

95

96 Polaryzacja liniowa - odbicie i załamanie Odbicie (ośrodki izotropowe) W ośrodku izotropowym gdy α=n (kąt padania równy współczynnikowi odbicia substancji) mamy do czynienia z sytuacją, gdy promień odbity jest całkowicie spolaryzowany i dodatkowo tworzy z promieniem załamanym kąt 90˚. Taki kąt α nazywamy kątem Brewstera. Kąt Brewstera dla wody wynosi 53˚.

97 Załamanie światła (ośrodki anizotropowe) Promień światła pada na powierzchnię płytki np. szpatu islandzkiego, który należy do substancji charakteryzujących się dwójłomnością. Promień ten podzieli się na dwa promienie - promień zwyczajny, stosujący się do prawa załamania światła i nadzwyczajny, nie stosujący się do prawa załamania światła. Oba promienie są całkowicie spolaryzowane w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych. Zjawisko to nazywamy podwójnym załamaniem i spotykane jest w ośrodkach zwanych dwójłomnymi. Polaryzator Nicola Wykorzystuje zjawisko podwójnego załamania światła do jego polaryzacji. Polaryzator ten tworzy się przez połączenie balsamem kanadyjskim o n=1.53 dwóch części kryształu szpatu islandzkiego (rodzaj kalcytu) przeciętego wzdłuż płaszczyzny przechodzącej przez oś optyczną kryształu. Promień padający dzieli się na zwyczajny i nadzwyczajny przy czym promień zwyczajny pada na warstwę balsamu pod kątem większym od granicznego. Ponieważ ścianki kryształu są zaczernione promień ten ulega wygaszeniu i wydostaje się tylko promień spolaryzowany w jednej płaszczyźnie - nadzwyczajny.

98 Zjawisko dichroizmu kołowego (CD) jest rodzajem spektroskopii absorpcyjnej pozwalającej na mierzenie różnic w absorpcji światła lewoskrętnie i prawoskrętnie spolaryzowanego kołowo. DICHROIZM KOŁOWY (CD)

99 Superpozycja dwóch fal o tych samych amplitudach, prostopadłych do siebie, różniące się od siebie fazą (+90 o, - 90 o )

100 Próka optycznie nieaktywna Próka optycznie aktywna

101 Światło lewoskrętnie spolaryzowanle Światło prawoskrętnie spolaryzowanle Światło niespolaryzowanle Dla roztworu o A = 1  A = 10 -4 – 10 -6 ABSORBCJA ŚWIATŁA

102 [  ] (deg*cm 2 *decimol -1 ) – eliptyczność molowa l (cm) – długość ścieżki optycznej c (mol/dm 3 ) – stężenie substancji [  ] (mdeg) – eliptyczność ELIPTYCZNOŚĆ MOLOWA

103

104