Spectrofotometria, fotometria si calorimetria

Spectrofotometria, fotometria si calorimetria

Spectrofotometria este o ramura a spectroscopiei moleculare ce se ocupa cu analiza calitativa si cantitativa a spectrelor de absorbtie in domeniul UV-VIS a substantelor anorganice sau organice in stare lichida. Din cauza faptului ca in domeniul UV-VIS nu toate substantele sau elementele chimice au spectre de absorbtie cu maxime clare, analiza calitativa nu este atat de reprezentativa ca cea cantitativa, in acest domeniu aplicatia de baza fiind analiza cantitativa.

La analiza cantitativa se foloseste fotometrarea radiatiei absorbite la o anumita lungime de unda ce se gaseste in zona maximului de absorbtie, ca atare pentru analiza cantitativa se foloseste termenul de fotometrie.

Fotometria este una din cele mai utilizate metode din cadrul analizei instrumentale cantitative la substante lichide. Ea cuprinde domeniul ultraviolet si vizibil. Avantajul ei consta in primul rand in faptul ca permite determinarea concentratiilor atat a substantei anorganice cat si a substantelor organice. De asemenea analizei fotometrice ii sunt specifice precizii, reproductibilitati si sensibilitati ridicate. In cazul in care substanta de analizat prezinta absorbtie de radiatie luminoasa in domeniul vizibil sau ultraviolet, fotometria poate fi folosita direct fara transformare de substanta.

Pentru a putea folosi fotometria si la substante ce nu prezinta o absorbtie clara de radiatie luminoasa pe o anumita lungime de unda,(ex. Glucoza, urina, albumina), se poate produce o transformare chimica sau enzimatica a substantei. In cel din urma caz, fie substanta de analizat este transformata cu substante chimice sau cu enzime intr-un produs colorat, fie substanta de analizat insasi provoaca reactii de culoare.

Componentele unui spectrofotometru

Un spectrofotometru este format in principal dintr-o sursa de lumina(1), un sistem optic pentru producerea luminii momocromatice, compus din lentile(2), un sistem de fante(3), un sistem monocromator(4) cu retea de difractie sau cu prisma, spatiu pentru cuve cu solutie de referinta si cuve pentru solutie de analizat(5), un detector de radiatie luminoasa(6), un amplificator(7) si un sistem de afisare(8).

Exista o gama foarte larga de spectrofotometre, deosebirea constand in domeniul de lungimi de unda acoperit, in puterea de dispersie a monocromatorului, in natura detectorului, in mediul optic traversat sau chiar in principiul de constructie al instrumentului in ansamblu.

Tipuri de fotometre:

1)Fotometre cu un singur fascicul: aceste fotometre au un singur fascicul luminos care trece pe rand prin cuva cu solutia de referinta si prin cuva cu solutia de analizat.

2)Fotometre cu doua fascicule: la acest tip de aparate cuva cu solutia de referinta si cuva cu solutia de analizat sunt iradiate paralel.

Din punct de vedere constructiv exista :

- fotometre cu doua fascicule decalate spatial

- fotometre cu doua fascicule decalate in timp:

Sursele luminoase cele mai obisnuite utilizate in domeniul UV-VIS, sunt:

-lampa cu incandescenta : prevazuta de obicei cu filament incandescent de W, deosebindu-se de becurile electrice obisnuite prin aceea ca zona de iesire a radiatiei este confectionata din sticla de cuart si

-lampa cu deuteriu : prevazuta cu arc de descarcare in deuteriu, aflat la o presiune medie (ceea ce asigura un spectru continuu). O astfel de lampa, a carui punct de descarcare este zona cenusie din interiorul cutiei mari permite obtinerea unui spectru continuu pe domeniul 160-400nm, care se completeaza foarte bine cu spectrul becului cu incandescenta

Un spectrometru prevazut cu ambele surse, poate acoperi tot domeniul UV-VIS. Razele de lumina trec prin aer, dar mai nou dirijarea acestora se face si prin fibre optice.

Sistemul dispersiv sau monocromatorul poate fi, in vizibil, un filtru colorat din sticla sau material plastic transparent dar si un filtru cu interferenta, iar in UV-VIS o prisma confectionata din cuart sau, in ultimul timp, sisteme bazate pe retele plane sau concave cu circa 1200 trasaturi per mm. Aceste retele sunt integrate in monocromatoare care permit extragerea unei zone inguste din spectrul UV-VIS, printr-o simpla deplasare a oglinzii.

Latimea domeniului spectral care trece prin monocromator depinde mult de latimea fantelor de intrare si iesire. Cele mai bune rezolutii se obtin prin utilizarea unor oglinzi prevazute cu distante focale mari (0.2-0.5m).

Detectorul transforma semnalul luminos in semnal electric. Acest dispozitiv da, asadar un semnal proportional cu intensitatea care iese din celula de masura. Intensitatea semnalului receptionat va depinde de lungimea de unda, deci de lungimea de unda selectionata prin pozitia oglinzii, dar si prin deschiderea fantelor de intrare, respectiv de iesire, din monocromator. Acestea din urma, limiteaza domeniul spectral dar si intensitatea luminii, in ansamblu. De aceea fiecare modificare de deschidere a fantelor sau de lungime de unda modifica si intensitatea masurata de spectrofotometru.

Colorimetria, una dintre tehnicile utilizate extrem de mult in practica analitica, reprezinta varianta in care intensitatea culorii probei se compara vizual sau instrumental, in lumina alba, cu un set de solutii etalon - preparate in conditii absolut identice cu proba.

Pentru ca principiile sunt identice iar aparatele sunt in multe privinte similare in cele doua domenii, in ultimul timp, in afara de aparatele dedicate domeniului VIS sau a celor pentru UV, de multe ori se utilizeaza un singur instrument pentru ambele intervale de lungimi de unda, ceea ce a dus la denumirea UV-VIS.