Ultraviolettisäteilyn absorptio

Energian absorptio

Eri molekyylit absorboivat valon eri aallonpituuksia. UV-säteilyn absorptiossa käytettävät valon aallonpituudet ovat noin 200 nanometristä 800 nanometriin. Tämä on kuvassa näkyvä sähkömagneettisen spektrin osa.

Valon absorptio alkaa, kun molekyyliin kohdistuu tietyn aallonpituuden energiaa UV-säteilyalueella. Valo/energia herättää sitten perustilassa olevat (ei-herätetyt) ulko- tai valenssielektronit herätettyyn tilaan (korkea energia). Tämän tulosta voidaan mitata UV-viisumispektrofotometrillä. Tiedot esitetään spektrinä, jossa absorptio on riippuvainen aallonpituudesta. Tätä kuviota voidaan käyttää molekyylin ominaisuuksien oppimiseen. Vain tietyt molekyylit voivat absorboida valoa tällä alueella.

 

Kromoforit

Molekyylejä, jotka absorboivat valoa näillä aallonpituuksilla, kutsutaan kromoforeiksi. Kromoforit ovat molekyylin funktionaalisia ryhmiä, jotka absorboivat valoa tällä UV- ja näkyvän valon alueella. Niille on useimmiten ominaista delokalisoituneet pii-elektronit. Pi-elektronit viittaavat eräänlaiseen sidokseen, joka syntyy pi-orbitaaleiksi kutsuttujen elektroniorbitaalien välillä. Kun molekyylissä on paljon tällaisia pi-sidoksia, elektronit voivat delokalisoitua tai hajaantua molekyyliin. Alla olevassa kuvassa on esimerkki tällaisesta molekyylistä. Monille väriaineille (värillisille molekyyleille) on ominaista nämä delokalisoituneet pi-elektronit ja niiden väri. Näitä molekyylejä voidaan käyttää pH-indikaattoreina sen määrittämiseksi, onko liuos hapan vai emäksinen. Hapon tai emäksen lisääminen häiritsee delokalisoituneita pi-elektroneita. Tämä häiriö aiheuttaa värimuutoksen.

 

Lakmuspulveri  


Lakmuskomponenttien kromoforin, 7-hydroksifenoksatsonin, kemiallinen rakenne.  

Beerin laki

Molekyylin absorptiota voidaan käyttää molekyylin pitoisuuden määrittämiseen liuoksessa. Pitoisuuden määrittämiseen käytetään Beerin lakia. Tämä on matemaattinen suhde, joka esitetään alla olevassa yhtälössä.

A = a b c {\displaystyle A=abc}

A=absorptio, a=absorptiokerroin, b=polun pituus, c=pitoisuus.

Beerin lain komponentit voidaan määrittää testeillä. Niihin voidaan viitata myös kirjallisuudessa. Jos absorptio mitataan UV-violettispektrofotometrillä (laite, jolla mitataan molekyylien absorptiota ja aallonpituutta), tienpituus (b) liittyy testissä käytettyyn näyteastiaan. Näyteastia (nimeltään kyvetti) on valmistettu materiaalista, joka ei absorboi valoa tällä alueella. Tämän kyvetin paksuus on tunnettu arvo. Tämä on reitin pituus, jonka valo kulkee saavuttaakseen näytteen. Molaarinen absorptiokerroin voidaan laskea mittaamalla tunnetun konsentraation ja tunnetun tienpituuden omaavan näytteen absorptio. Absorptiokertoimen yksiköt ovat riippuvaisia polun pituuden ja konsentraation yksiköistä. Molaarisen absorptiokertoimen yksiköt ovat L mol-1 cm-1, kun konsentraatioyksikköinä käytetään molaarisuutta. Absorptiokyky on mitta, jolla mitataan, kuinka voimakkaasti molekyyli absorboi valoa tietyllä aallonpituudella. Kun tämä vakio on määritetty, tuntemattomat pitoisuudet voidaan määrittää tästä suhteesta.

 

Beckman DU640 UV/Vis -spektrofotometri.