Spektrometri

Plocka fram

• Spektrofotometer

Vad är spektrometri?

Materia växelverkar med elektromagnetisk strålning:

1. Ljus
   • UV, vis-, IR
2. Magnetfält

Strålning kan upptas.

Kan också avges, i bestämda energikvanta.

Jämför vad Bohr gjorde med väteatomen! (Fast egentligen var det nog inte han som gjorde det, men han drog vackra slutsatser.)

Spektrofotometri

Det elektromagnetiska spektrumet.

Ljus får passera genom en kyvett med en lösning.

En viss mängd ljus absorberas av lösningen.

Absorbansen \(A\) definieras: \(A = \lg\frac {I_0}{I}\).

• \(I_0\) är intensiteten på det ingående ljuset.
• \(I\) är intensiteten på det utgående ljuset.

Hur en spektrofotometer fungerar.

En del ljus absorberas av kyvetten & lösningsmedlet.

• Man "nollar" först mot en kyvett som endast innehåller lösningsmedlet.

Kalibreringskurva

För att bestämma koncentrationen på en okänd lösning, mäter man först absorbansen på några lösningar där koncentrationen är känd.

• Koncentrationer (M): 0,1; 0,2; 0,3; 0,4
• Absorbansvärden: 0,05; 0,10; 0,15; 0,20
• Sätt in dem i ett diagram: Absorbans på \(y\)-axeln och koncentration på \(x\)-axeln

Okänd lösning: Aborbans: 0,125. Koncentration?

Samma princip kan tillämpas på många olika sätt, exempelvis i AAS och IR-spektrofotometri.

AAS, atomabsorptionsspektrometri

Exempel på en kalibreringskurva.

Speciell lampa, hålkatodlampa, med den metall man vill undersöka, t.ex. bly.

Provlösningen innehåller metalljoner, t.ex. Pb²⁺.

Provlösningen förbränns vid hög temperatur, c:a 2200°C.

Endast "metallspecifikt" ljus sänds ut - endast "metallspecifikt" ljus tas upp.

Mängden upptaget ljus (absorbansen) proportionell mot koncentrationen metall i lösningen.

Hur en AAS fungerar.

IR-spektroskopi

IR = infrarött ljus

Används framför allt för undersökning av organiska molekyler.

IR-ljuset får molekylerna att vibrera.

• Bindningarna sträcks & böjs & vrids.

Hur mycket och vid vilken våglängd bindningarna sträcks/böjs beror på vilka atomer/atomgrupper som bildar bindningen.

• Man kan alltså läsa ut ett ämnes struktur med hjälp av IR-spektroskopi!

IR-spektrum av etanol. Den breda toppen (egentligen "dalen") vid 3391 är typisk för OH-grupper, toppen vid 2961 är typisk för bindningen mellan C–H och topparna vid 1102/1055 är typiska för bindningen mellan C–O.

NMR (nukleomagnetisk resonans)

En del atomer, exempelvis väteatomer, har ett magnetiskt spinn (figur a). Detta gör att de får en "nordpol" och en "sydpol".

Väteatomerna ställer in sig i ett magnetfält (figur b).

Genom att tillföra strålning i radioområdet (radiovågor, d.v.s. vågor med en våglängd på 1 meter och mer), kan väteatomerna fås att "flippa".

• Väteatomerna vänder sig i "fel" riktning i magnetfältet – pilar uppåt i bilden till höger.

När de flippar tillbaka, sänder de ut strålning.

Den utsända strålningen mäts.

Hur gärna de flippar, och vid vilken våglängd, beror på vilka atomer som finns i dess närhet.

• Atomerna i närheten skärmar nämligen av strålningen från radiovågorna.
• Olika atomer och strukturer skärmar av olika mycket, och vid olika frekvenser.
• Detta medför att arean under topparna i ett NMR-spektrum är proportionell mot antalet protoner i den absorberande gruppen.

NMR-spektrum för etanol.

Väteatomer har ett magnetiskt spinn och ställer in sig i ett magnetfält.

MS (masspektrometri)

I en masspektrometer slår man sönder ett ämne i småbitar, och mäter hur mycket bitarna väger. Med hjälp av detta kan man få veta mycket om ett ämnes struktur.

Hur en masspektrometer fungerar.

Ämnet slås sönder i joniseringskammaren. Då bildas joner av bitarna.

Jonerna accelereras i ett elektriskt fält, och får sedan böja av i ett magnetiskt fält. De böjer av olika mycket beroende sin vikt.

En detektor mäter hur mycket de böjer av, och därmed kan man räkna ut hur mycket fragmenten väger.

Bilden nedan visar ett masspektrum från bensoesyra, .

Masspektrum av bensoesyra.

• Vid 122 finns en topp som motsvarar hela bensoesyrans vikt, 122u.
• Toppen vid 105u visar att det finns en hydroxylgrupp i strukturen, eftersom fragmentet på 105u bildas när hydroxylgruppen (–OH) slås av från bensoesyran.
• Toppen vid 77u bildas då bensenringen slås sönder (C₅H₅), och visar alltså att det finns en bensenring i strukturen.
• Toppen vid 28u visar att det finns en karbonylgrupp, , i strukturen, då dess molekylvikt är just 28u.