Spectroscopia UV-VIS

Spectroscopia UV-VIS este utilizata in studiul interactiei dintre materie si radiatii

electromagnetice din domeniul ultraviolet si vizibil, cu lungimi de unda cuprinse intre 180 si

800nm. In aceasta regiune a spectrului electromagnetic, moleculele sufera tranzitii electronice.

Principiul acestei metode consta in absorbtia energiei corespunzatoare radiatiilor din domeniul

UV si vizibil de catre electronii de valenta si cei neparticipanti ai moleculelor unei probe, avand

loc promovarea acestor electroni de pe orbitalele moleculare de legatura pe cele de antilegatura.

In domeniul vizibil se analizeaza substante colorate, iar in domeniul UV se analizeaza substante

incolore, care contin nuclee aromate sau grupe functionale polare [1].

Spectroscopia UV-VIS este utilizata in general in chimia analitica pentru determinarea calitativa,

dar mai ales cantitativa a diferitilor analiti. Analiza se efectueaza in special pentru solutii, dar pot

fi de asemenea analizate si substante solide sau gazoase.

Instrumentul utilizat in spectroscopia ultraviolet-vizibil se numeste spectrofotometru UV-VIS.

Acesta masoara intensitatea radiatiei ce trece prin proba (intensitatea transmisa, I) si o compara

cu intensitatea radiatiei incidente (I0). Raportul I/I0 se numeste transmitanta si este de regula

exprimata in procente (%T). Absorbanta A se bazeaza pe transmitanta:

A=−lg(%T /100 % ) (3)

Spectrofotometrele UV-VIS pot fi de asemenea configurate astfel incat sa masoare reflectanta. In

acest caz este masurata intensitatea radiatiei reflectate de proba (I) si comparata cu intensitatea

radiatiei reflectate de un material de referinta (I0). Raportul I/I0 se numeste reflectanta si este

exprimata de regula in procente (%R) [2].

Un spectrofotometru UV-VIS este alcatuit dintr-o sursa de radiatie, un monocromator, o cuveta

cu proba, un detector, un amplificator si un inregistrator. Radiatia incidenta, monocromatica,

realizata cu ajutorul monocromatorului, trece prin cuveta cu proba, unde intensitatea scade fata

de situatia in care in locul probei de analizat se pune o asa-numita proba martor– o proba de

referinta de concentratie zero. Apoi fasciculul cade pe detector, unde semnalul optic este

transformat in semnal electric. Semnalul rezultat, dupa o amplificare, poate fi in final masurat si

inregistrat [3]. In domeniul spectral UV se folosesc lampi cu vapori de mercur sau cu deuteriu ca

sursa de UV, cuve si monocromator din cuart, iar in domeniul vizibil se folosesc ca sursa lampi

incandescente si cuve din cuart, sticla optica sau plexiglas [1].

Absorbtia luminii monocromatice de catre solutii urmeaza legea Bouguert-Lambert-Beer.

Aceasta reprezinta legea de baza folosita in analizele cantitative spectrofotometrice:

A=lgI 0

I t=ε⋅c⋅x (4)

Unde A reprezinta absobanta masurata, I0 este intensitatea radiatiei incidente, It este intensitatea

transmisa, c reprezinta concentratia speciei absorbante, x este lungimea drumului optic, iar ε este

o constanta- coeficientul de absorbtie a luminii [1].

Rezultatele analizei spectrofotometrice sunt spectrele de absorbtie, care reprezinta dependenta

semnalului de lungimea de unda, λ. Exista mai multe variante de prezentare dar cea mai utilizata

este varianta reprezentarii absorbantei in functie de lungimea de unda: A = f(λ). Celelalte

variante, mai putin utilizate sunt T = f(λ), R=f(λ), log A = f(λ), ε = f(λ) sau log ε = f(λ). Fiecare

substanta are un spectru de absorbtie caracteristic, ca forma generala, ca domeniu spectral, ca

numar de maxime (denumite picuri) precum si ca raporturi intre intensitatile diverselor picuri.

Pozitia picului este caracterizata de valoarea sa maxima, λmax. Se numeste maxim de absorbtie

atat varful ca atare cat si lungimea de unda care corespunde maximului. Pot exista unul sau mai

multe maxime de absorbtie. Numarul de maxime precum si forma generala a curbei, reprezinta

caracteristica calitativa dupa care se pot identifica substantele. Analiza chimica calitativa se

bazeaza pe compararea spectrelor de absorbtie ale substantelor sau materialelor in domeniul UV-

VIS, cu spectre cunoscute. Acest procedeu permite identificarea unui anumit numar de specii

chimice, dar numai pentru acele substante care absorb in acest domeniu.

Analiza chimica cantitativa in spectrofotometria de absorbtie se bazeaza pe legea Lambert-Beer.

Se utilizeaza o curba de calibrare (etalonare): A = f(C), trasata pentru probe de concentratii

cunoscute, in aceleasi conditii cu cele de analizat, evident lucrandu-se cu aceeasi celula si la o

lungime de unda cat mai riguros monocromatica. Dupa trasarea dependentei A = f(C), se va

determina spectrofotometric absorbanta solutiei necunoscute, iar pe baza graficului, prin

extrapolare se va stabili concentratia acesteia [3].

In figura 6 sunt redate spectrele de absorbtie UV-VIS (A = f(λ)) ale unei solutii de metiloranj

inainte si dupa diverse perioade de fotodegradare in prezenta fotocatalizatorului ZnO.

Metiloranjul prezinta picuri de absorbtie la 272 si 462nm. Pe masura ce fotodegradarea

metiloranjului avanseaza, solutia se decoloreaza, astfel ca se observa o scadere a absorbantei,

picurile micsorandu-se, ca in final sa dispara, indicand degradarea colorantului [4].

Figura 1 Spectrele de absorbtie UV-VIS ale metiloranjului in decursul fotodegradarii [4]