Kosmisk strålning Gammastrålning Röntgenstrålning Ultraviolet Synligt Infrarött Mikrovågor Radar Television NMR Radio Ultraljud Hörbart ljud Infraljud SEKTROSKOI () Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi, KTH Kemivärlden 5 Ljus - en vågrörelse Elektromagnetisk strålning Magnetiskt fält Elektriskt fält Utbredningsriktning Klassiska vågmodellen Kvantteori, energiknippen, fotoner c = ν λ, 8 m/s En foton har energin: E = h ν h = lancks konst 6,6 - Js c = νλ =. 8 m/s Gäller i vakum Brytningsindex η i ett förhållande mellan hastigheter η i = c/v i Det elektromagnetiska spektrumet Synligt ljus Frekvens [Hz] 9 7 5 6 - - Ultraviolet Synligt Infrarött - - -8-6 - - Våglängd [m] 6 8 Våglängd nm Observerad färg Absorberat ljus -5 Violett Gul-grön 5-8 Blå Gul 8-9 Blå-grön Orange 9-5 Grön-blå Röd 5-56 Grön urpurröd 56-58 Gul-grön Violett 58-595 Gul Blå 595-65 Orange Blå-grön 65-75 Röd Grön-blå E = hυ υ = c/λ
Absorption Excitation: M + M* Relaxion: M* M + värme eller fotokemiskt sönderfall eller sekundär strålning Emission Excitation Kort livstid (mikro - nano s) M* M + Emissionspektra linje,band,kontinuerliga Fluorescens, fosforescens Bohr-modellen för atomär spektroskopi Energinivådiagram-atomspektrum Grundtillstånd 6 S D / /,/ /,5/ Exciterade atomer 5 5s s s E = 5. ev ion Na 589 5p p p 5896 88 5d d d 895.5..... 589. 589.6 Absorption Emission Fluorescens Våglängd, nm Energinivådiagram - molekyler IR-Spektrum Energi E E E IR VIS UV λ λ λ' λ'5 λ'' λ''5 Exciterat tillstånd Exciterat tillstånd Grundtillståndet.5... 6 8 Våglängd, µm
UV-Vis Spektrum Emission av strålning.5... I = k *konc alt I = k *mängd E 5 5 5 55 65 75 Våglängd, nm Linjäriteten bestäms av detektorns linjäritet Absorption av strålning Allt är icke önskad absorption M + M * b Kyvett med absorberande lösning T = %T = % A = - log T log = Reflektionsförluster i gränsytor Ljusspridningsförluster M * M + värme Reflektionsförluster i gränsytor Kvantitativ spektroskopi Avvikelser från Beers lag Beers lag: A = a b c A = ε b c b Transmittansen: T = en: A = - log T log = Om halten ges i t.ex. g/l - a har då enheten L/(g*cm) Om halten ges i molar - ε har då enheten L/(mol*cm) Verkliga avvikelser. Kemiska avvikelser. Instrumentella avvikelser. a resp. ε beror av vilket ämne det är och av våglängden
Kemisk störning av Beers lag Instrumentell störning av Beers lag olykromatiskt ljus + - HIn H + In 5 Ka =. ε ε57 HIn 6. 7. In.6 9.6 från olika komponenter i provet adderas. λ = nm.8.6. 8 λ = 57 nm 6.5... B A 5 6 7 8 9 Våglängd, nm Koncentration Koncentration, M 5 Ströljuseffekten Osäkerhet vid spektrofotometri..6..8. %. % % 5 % Relativt koncentrationsfel, % 8 6 8 6.5.5.5 Skalavläsning Detektorbrus Cellpositionering Koncentration Spektrofotometrisk instrumentering Strålningskällan Bredbandiga Smalbandiga, monokromatiska Strålningskälla rov Analysator Detektor Registrering Dator rinter x/t skrivare rovbehållaren Vilka krav ställs på den?
åfågelfjädrarna Kemivärlden 6 Olika dispersiva element Reflektionsgitter risma Icke linjär dispersion Temperaturkänslig Förstärkande interferens om skillnaden i väglängd mellan två strålar är en multipel av λ Gitter CB + BD = nλ r Linjär dispersion Överlagrade ordningar nλ =d(sin(i)+sin(r)) i A C d D B Första Andra ordningen ordningen Interferensfilter Val av bandbredd Vitt ljus ϕ Monokromator rocent transmittans Glas Dielektrikum Metall A B t λ 5 nm Interferensfilter Begränsat våglängdsband Väglängd genom dielektrikumet = t/cos ϕ nλ = t/cos ϕ tnär ϕ nm λ = λ η λ = tη/n Våglängd
Fotomultiplikator Kisel-fotodiod Metallkontakt Foton Hög känslighet vid låga ljusintensiteter Högt signal/brus förhållande Stötkänslig Katod Dynoder Anod Brett dynamiskt område Mycket högt signal/brus förhållande vid höga intensiteter Solid state V SiO p lager n lager Kisel Guldkontakt IR-detektorer Konventionell spektrofotometer Lägre energi än vid UV-vis kräver andra detektorer. Bygger på att värmeenergi omvandlas till elektrisk energi. Thermocouple, två konduktorer. Ferroelektriskt material, temperaturberoende polarisering. Fotokonduktiv detektor, halvledare påverkas. Monokromator Utgångsspalt Ljusspridande element Ingångsspalt Ljusdelare Lampa Referens rov Detektor Detektor Diod-array spektrofotometer Diod array detektor Ljus Gitter Spalt Lins rov Slutare Lins -dioders array Deuteriumlampa Wolframlampa Brett dynamiskt område Mycket högt signal/brus förhållande vid höga intensiteter Solid state Mångkanalsmätning Fotodiod Kapacitans Shift register Transistor switch Signal ut Avläsnings cykel