Kalibracja spektrometru IR. Wyznaczanie grubości kiuwet. Oznaczanie zawartości naftalenu w roztworach.

Całkowita energia cząsteczki jest sumą trzech energii: elektronowej, oscylacyjnej i rotacyjnej.

Energia elektronowa związana jest z ruchem elektronów, energia oscylacyjna z ruchem oscylacyjnym natomiast energia rotacyjna z ruchem rotacyjnym.

Ruch oscylacyjny jest to ruch atomów danej cząsteczki wzdłuż wiązań i w różnych kierunkach w stosunku do nich.

Ruch rotacyjny jest to obrót cząsteczki jako całości wokół osi przechodzącej prze środek masy cząsteczki.

Energie cząsteczki różnią się wartościami.

E_e>>E_os>E_rot E_e:E_os:E_rot = 1000:10:1

Spektroskopia w podczerwieni wykorzystuje zjawisko absorpcji promieniowania podczerwonego prze cząsteczki, w wyniku czego następuje zmiana energii.

W przypadku zaabsorbowania promieniowania podczerwonego w zakresie dalekiej podczerwieni następuje zmiana energii rotacyjnej, którą przedstawia widmo rotacyjne. Zaabsorbowanie promieniowania podczerwonego w zakresie bliskiej podczerwieni powoduje zmianę energii oscylacyjnej a także rotacyjnej czemu odpowiada widmo oscylacyjno - rotacyjne.

Widmo przedstawia zależność zmiany transmitancji próbki w stosunku do odnośnika jako funkcję długości fali lub liczby falowej. Obserwując widmo można ustalić strukturę związku.

Prawa absorpcji:

Pierwsze prawo absorpcji:

A - absorbancja

T - transmitancja (stosunek natężenia wiązki promieniowania po przejściu przez ośrodek do natężenia padającego promieniowania

Drugie prawo absorpcji:

A=abc a - współczynnik absorpcji (
)

b - grubość warstwy absorbującej [cm]

c - stężenie roztworu

II. Część doświadczalna.

1. Cel ćwiczenia.

a) W pierwszej części celem ćwiczenia jest wyskalowanie spektrofotometru IR za pomocą polistyrenu oraz wyznaczenie grubości kiuwety z wykresu fal interferencyjnych. W tym celu najpierw wykonano widmo polistyrenu a następnie widmo pustej, suchej kiuwety (zakres optym. 700-1200cm^-1).

2. W drugiej części celem ćwiczenia jest wyznaczenie absorbancji i stężenia roztworu naftalenu metodą linii podstawowej. W tym celu kiuwetę z cykloheksanem umieszczono na drodze wiązki porównawczej spektrofotometru; druga kiuwetę napełnioną najmniej stężonym roztworem naftalenu umieszczono na drodze wiązki pomiarowej. Te same czynności powtórzono dla pozostałych roztworów i dla roztworu o nieznanym stężeniu naftalenu.

2. Odczynniki:

• film polistyrenowy

• spektrofotometr SPECORD 71 IR

• naftalen w cykloheksanie

3. Wyniki pomiarów i obliczenia:

a) odczytano położenie najbardziej intensywnych pasm polistyrenu i porównano odczytane wartości z wartościami tabelarycznymi

Zmierzona liczba falowa [cm^-1]	Wartość tablicowa [cm^-1]	Różnica
3070	3027	43
1612	1601	11
1188	1181	7
915	907	8

b) obliczono grubość kiuwety korzystając z poniższego wzoru:

L - długość drogi optycznej (grubość kiuwety) [cm]

n - liczba fal interferencyjnych

ν₁ , ν₂ - liczby falowe

n=22

ν₁=1100 [cm^-1]

ν₂=700 [cm^-1]

L=0,0275cm = 0,275mm

Rzeczywista grubość 0,275mm

c) na każdym widmie odczytano wartość transmitancji tła T₀% i roztworu T_s% postępując zgodnie z metodą linii podstawowej.

T₀ =88% T_s1=64% dla stężenia 0,2%

T₀ =90% T_s2=52% dla stężenia 0,4%

T₀ =87,5% T_s3=44% dla stężenia 0,6%

T₀ =88% T_s4=40% dla stężenia 0,8%

T₀ =88% T_sx=47%

Transmitancję liczono dla długości fali 779 cm^-1

d) obliczono absorbancję naftalenu o stężeniu x, korzystając ze wzoru:

A=0,27238

e) wykreślono wykres A=f(c) i wyznaczono stężenie naftalenu c_x

A	c
0,138302698	0,2
0,238239166	0,4
0,298555377	0,6
0,342422681	0,8

Równanie prostej: y = 0,336x + 0,086

A = 0,336c + 0,086=>

c_x=0,55 %

III. Wnioski.

Błąd w oznaczeniu stężenia może być spowodowany tym, że otrzymana krzywa wzorcowa nie przechodzi dokładnie przez wszystkie punkty pomiarowe.

---