Analiza instrumentală - spectrofotometre

Spectrofotometria este o ramurã a spectroscopiei moleculare ce se ocupã cu analiza calitativã şi cantitativã a spectrelor de absorbţie în domeniul UV-VIS a substanţelor anorganice sau organice în stare lichidã. Din cauza faptului cã în domeniul UV-VIS nu toate substanţele sau elementele chimice au aspecte de absorbţie cu maxime clare analiza calitativã nu este atât de reprezentativã ca ce-a cantitativã, în acest domeniu aplicaţia de bază în acest domeniu fiind analiza cantitativă. La analiza cantitativă se foloseşte fotometrarea radiaţiei absorbite la o anumita lungime de undă ce se gaseşte în zona maximului de absorbţie ca atare pentru analiza cantitativă se foloseşte termenul de fotometrie.

Fotometria este una din cele mai utilizate metode din cadrul analizei instrumentale cantitative la substanţe lichide. Ea cuprinde domeniul ultraviolet si vizibil. Avantajul ei constă în primul rînd in faptul că permite determinarea concentraţiilor atît a substanţelor organice cît şi a substantelor anorganice. De asemenea analizei fotometrice îi sunt specifice precizii, reproductibilităţi si sensibilităţi ridicate. Limita de detecţie este si ea deosebit de buna situandu-se normal în limite cuprinse între M si M, iar prin măsuri specifice ea poate fi coborîtă pînă la nivelul de M si M. În cazul în care substanţa de analizat prezintă absorbţie de radiaţie luminoasă în domeniul vizibil sau ultraviolet fotometria poate fi folosită direct fără transformare de substanţă( ex. permanganatul de potasiu, sulfat de cupru, clorura de nichel ş.a.). Pentru a putea folosi fotometria şi la substanţe ce nu prezintă o absorbţie clară de radiaţie luminoasă pe o anumită lungime de undă (ex. Glucoza, urina, albumina, creatinina, aminoacizi), se poate produce o transformare chimică sau enzimatică a substanţei. În cel din urma caz fie substanţa de analizat este transformată cu substanţe chimice sau cu enzime într-un produs colorat, fie substanţa de analizat însăşi provoacă reacţii de culoare specifică.

Un spectrometru este format principal dintr-o sursă de lumină (1), un sistem optic pentru producerea luminii monocromatice, compus din lentile(2), un sistem de fonte(3), un sistem monocromator(4) cu reţea de difracţie sau cu prismă, spaţiu pentru cuve cu soluţie de referinţă şi cuve pentru soluţia de analizat(5), un detector de radiaţie luminoasă(6), un amplificator(7) si un sistem de afişare(8).

Fig. 1. Schema de principiu a unui fotometru.

Surse de lumină- la fotometre se folosesc fie surse de radiaţie cu spectru larg(metale înroşite) fie surse de radiaţie cu bandă spectrală îngustă. Sursele de radiaţie cu spectru larg emit în mod continuu lumină într-un domeniu întins de lungimi de undă, astfel:

- Lampa cu filament de Wolfram (engl. Tungsten) emite lumina in domeniul lungimilor de undă cuprinse între 300-1000 nm. Lampa radiază cu intensitate crescînd începînd cu 300 nm. Intensitatea de radiaţie creşte progresiv. Randamentul acestei lămpi este slab în domeniul ultraviolet. La lămpile obişnuite de wolfram la temperaturile filamentului de cca 3000k se evaporă atomi de wolfram şi se condensează pe sticla lămpi. Aceste precipitate nu duc numai la modificarea intensităţii luminoase ci şi la modificarea spectrului. Din acest motiv aceste lămpi se schimbă la intervalele de timp bine determinate fără a se aştepta arderea filamentului. La lămpile mai moderne cu filament wolfram si mediu gazos halogen, cel din urmă absoarbe în prima fază aceşti atomi, la răcirea lămpii atomii se condensează din nou pe filament în felul acesta este evitată formarea unui depozit metalic pe partea interioară a sticlei lămpii.

- Lampa cu halogen( lampă din sticlă cu cuarţ şi vapori de iod) emite în domeniul 300-1000 nm. Această lampă prezintă o intensitate de radiaţie mai mare decît lampa cu filament de wolfram.

- Lampa cu deuterium emite în ultraviolet în domeniul lungimilor de undă 180-360 nm.

- Lampa cu xenon emite fulgere de lumină de mare intensitate în domeniul lungimilor de undă 200-1000 nm.

Surse de radiaţie cu bandă spectrală îngustă- lămpile din această categorie emit lumina pe un domeniu îngust de lungimi de undă. Dacă se încălzeşte mercur sau cadmiu pînă la evaporare ele emit un spectru de linii pe lungimi de undă bine definite. Lampa cu vapori de mercur emite pe lungimile de undă: 254, 265, 280, 302, 313, 334, 365, 405, 436, 492, 546, 578, 623, 691 Fig.2. Sursele de radiaţie cu bandă spectrală îngustă prezintă, faţă de sursele cu bandă largă, avantajul unei intensităţi mai ridicate precum şi avantajul unui domeniu spectral îngust din care se poate izola fară eforturi mari un domeniu spectral şi mai îngust. Dezavantajul principal este acela ca domeniul spectral îngust emis de aceste surse nu se suprapune totdeauna cu absorbţia optimă a substanţei analizate.