Ультрафиолетовая спектрофотометрия

Санкт – Петербургский национальный университет информационных технологий, механики и оптики.

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Ультрафиолетовая спектрофотометрия»

 

 

 

Студент: Шуктомова Г.Л.

Группа: 6246

Преподователь: Шерстобитова А.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт – Петербург

2014

Содержание:

Введение___________________________________________________________3

Характеристика метода_____________________________________________3-4

Сферы использования______________________________________________4-5

Устройство спектрофотометра______________________________________5-11

Видимая область спектра__________________________________________11-13

История открытия________________________________________________13-15

УФ излучение___________________________________________________16-17

История открытия________________________________________________17-18

Вывод_____________________________________________________________19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Спектрофотометрией называется специальный метод исследования и анализа веществ, который основан на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения.

На практике обычно различают спектрофотометрию в ИК, УФ и видимой областя спектра. Для измерения спектров используются специальные приборы-спектрофотометры. Такой прибор состоит из источника излучения, диспергирующего элемента, кюветы, где содержится исследуемое вещество, а также регистрирующее устройство.

В УФ области источником излучения является дейтериевая или водородная лампа, а в ближней ИК и видимой областях - вольфрамовая лампа накаливания или галогенная лампа. Фотоэлектронные умножители и фотоэлементы, то есть фоторезисторы служат приемниками излучения. В качестве диспергирующего элемента прибора используется призменный монохроматор или монохроматор с дифракционными решетками.

 

Обычно спектр получается в графической форме, однако в современных спектрофотометрах есть встроенная мини-ЭВМ, позволяющая получить результат в графической и цифровой форме. Микропроцессоры (или мини-ЭВМ) осуществляют автоматизированное управление прибором и различную математическую обработку получаемых экспериментальных данных.

 

Характеристика метода

 

УФ спектрофотометрия  основывается на измерении количества поглощения веществом электромагнитного излучения в определенной узкой  волновой области. Обычно для УФ – измерений используют приближенно монохроматическое излучение в области от 200 до 800 нм. В качестве источников излучения в УФ-области используют главным образом дейтериевые лампы. Для монохроматизации света можно используют светофильтр.

Количественное  определение. Спектрофотометрия в ультрафиолетовой области широко используется для количественного определения лекарственных средств. Чувствительность метода определяется в основном способностью вещества к поглощению и выражается молярным коэффициентом поглощения. Предельные концентрации веществ, анализируемые при помощи спектрофотометрии, как правило, меньше, чем при обычных, применяемых в кислотно-основном титровании или при весовых измерениях. Это обстоятельство и объясняет тот факт, что спектрофотометрия используется при определении небольших количеств веществ, особенно в различных лекарственных формах.

Основным условием для  количественного анализа является соблюдение закона Бугера–Ламберта–Бэра: относительная оптическая плотность прямо пропорциональна толщине кюветы. 

 
 
 
где С – концентрация вещества в г/100мл; 
 
А – оптическая плотность испытуемого раствора; 
 
А1%1см – удельный показатель поглощения вещества; 
 
b – толщина поглощающего слоя, в см.

При помощи данного метода можно определить вещества, в составе молекул которых присутствуют определенные группы –хромофоры, а так же в состав которых входят ароматические фрагменты, тройные или двойные связи, а так же следующие группы: азо -, нитро -, и др.

Основным недостатком  этого метода является общеизвестный  факт, что различные спектрофотометры дают значительные отклонения по величине поглощения для одного и того же стандартного раствора.

Более достоверные и воспроизводимые  результаты обеспечивает сравнение  поглощения испытуемого вещества с  поглощением стандартного образца, определяемого в тех же условиях. При этом учитываются многочисленные факторы, влияющие на спектрофотометрические измерения, например установка длины волны, ширина щели. Поглощение кюветы, поправки на поглощение растворителя и т.п.

Сферы использования

 

В последние годы в связи  с созданием записывающих приборов особенно расширилось применение спектрофотометрии  для количественного и качественного анализа и в химической кинетике. При исследовании кинетики химических реакций обычно используется тот факт, что исходные вещества и продукты реакции имеют разное поглощение. Это позволяет следить за изменением их концентраций во времени. УФ спектрофотометрия нашла широкое применение в фармации, так как это наиболее простой и эффективный метод анализа лекарственных средств. Его используют на всех этапах фармацевтического анализа лекарственных препаратов. Разработано большое число способов качественного и количественного анализа различных лекарственных форм при помощи этого метода.

На основе УФ-спектрофотометрии  разработана унифицированная методика анализа сульфаниламидных препаратов, лекарственных веществ гетероциклического ряда, алкалоидов, стероидных соединений, витаминов; усовершенствована методика стандартизации лекарственных веществ, являющихся производными барбитуровой кислоты.

Метод УФ-спектрофотометрии  перспективен для контроля качества лекарственных средств, полученных на основе носителей, содержащих магнетит и проявляющих магнитные свойства. Гепарин определяют в УФ-области при длине волны 257 нм. В фармацевтическом анализе спектрофотометрию в УФ - и видимой областях нередко сочетают с методами разделения (тонкослойная и другие виды хроматографии). Так же применяется для определения природных соединений в растительном и животном сырье. Разработаны методики определения флавоноидов, основанные на образовании окрашенного продукта с хлоридом алюминия в среде уксусной кислоты (406.410 нм), для стандартизации гомеопатических настоек, получаемых из туи  и чистотела.

Помимо этого есть данные о том, что УФ-спектрофотометрия  применяется для определения  концентрации РНК и ДНК. РНК и  ДНК абсорбируют УФ свет и за счет этого есть возможность количественно  определять концентрацию этих веществ.

Для идентификации могут  быть использованы атлас спектров лекарственных веществ, систематизирующие сведения о характере спектральных кривых и значения удельных показателей поглощения.

Устройство спектрофотометра

 

Устройство спектрофотометров и их характеристики могут значительно отличаться в зависимости от производителя и задач, для решения которых рассчитан прибор. Однако основные элементы конструкции у всех приборов сходны. Это источник света, монохроматор, кюветное отделение с образцом и регистрирующего детектора. В качестве источника света чаще всего используются ртутные или галогеновые лампы. Монохроматор — устройство для выделения из всего излучаемого спектра какой-то узкой его части (1-2 нм). Монохроматоры могут быть построены на основе разделяющих свет призм либо на основе дифракционной решетки. Также в некоторых приборах могут дополнительно применяться наборы светофильтров. Кюветное отделение может быть оборудовано механизмами для термостатирования, перемешивания, добавления вешеств непоспедственно в ходе процесса измерения. Для исследований малых объемов веществ может использоваться безкюветная технология, когда образец удерживается за счет сил поверхностного натяжения жидкости.

1 - источник световой энергии (видимая область); 2 - поворотный  отражатель; 3 - источник световой  энергии (ультрафиолетовая область); 4 - оптическая система, направляющая  поток энергии на входную щель; 5 - входная щель; 6 - оптическая система, формирующая параллельный поток  световой энергии; 7 - диспергирующий элемент (призма или дифракционная решетка); 8 - оптическая система, направляющая поток энергии на выходную щель; 9 - выходная щель; 10 - оптическая система, формирующая поток энергии, проходящий через кювету; 11 - кювета; 12 - фотоприемник; 13 - аналого-цифровой преобразователь; 14 - микро-ЭВМ; 15 - индикатор; 16 - пульт оператора; 17 - интерфейс связи с внешней ЭВМ и регистрирующим устройством

Поворотный отражатель (2) направляет поток световой энергии от одного из источников (1 или 3), через оптическую систему (4) на входную щель (5) монохроматора. С выхода монохроматора через щель (9) поступает монохроматический поток световой энергии с определенной длиной волны λ. Установка необходимой длины волны чаще всего осуществляется путем изменения угла падения полихроматического потока световой энергии по отношению к плоскости диспергирующего элемента (7). Оптическая система (10) формирует световой поток таким образом, чтобы при минимально допустимом объеме исследуемого раствора и многократной установке кюветы (11) в кюветное отделение геометрия потока не изменилась.

Полихроматический свет от источника проходит через монохроматор, который разлагает белый свет на цветовые компоненты. Монохроматическое излучение с дискретным интервалом в несколько нанометров проходит через ту часть прибора, где располагается образец с исследуемой пробой.

Основные узлы спектрофотометра

Источник света

Спектрофотометр UV/VIS (ультрафиолет + видимый свет) имеет два источника света: для видимого участка спектра и источник ультрафиолета - от 200 до 390 нм.

Источником видимого света служит вольфрамовая, как правило, галогенная лампа, дающая постоянный поток света в диапазоне 380 - 950 нм, являясь стабильным и долговечным источником световой энергии со средним сроком службы более 500 ч.

В качестве источника УФ используются водородные или дейтериевые лампы. Ультрафиолетовые лампы, содержащие дейтерий, имеют высокую интенсивность излучаемого потока и непрерывный спектр в диапазоне от 200 до 360 нм.

 

 

Кюветы

Как известно исследуемый образец помещается в специальные приставки. Для каждого вида образцов они разные. Для твердых - это специальные зажимы, а при спектральных измерениях жидких образцов используются специальные контейнеры из кварцевого стекла, так называемые кюветы.

В большинстве спектрофотометров применяются стандартные кюветы, которые предназначены для такого размещения, которое предусматривает горизонтальную траекторию луча света. Основным недостатком подобных кювет является то, что только небольшая часть образца (около 10%) освещается измеряющим светом. В случае большой ценности образца или доступности его в небольшом объеме, можно использовать микрокюветы или ультрамикрокюветы с объемом 50 или даже 2,5 мкл. Кюветы очень маленьких объемов проявляют капиллярные свойства, и возникают проблемы с образованием пузырьков воздуха, что требует дегазации. Наконец, из таких кювет сложно извлечь обратно образец. Стандартные кюветы имеют внешние размеры: 12,5 12,5 45 мм, а внутренние - 10 10 мм. Кюветы с меньшим внутренним объемом, выпускаемые одним производителем имеют тот же внешний размер, что и стандартные, но внутренний, например 10 1,25 мм.

Диспергирующий элемент

В спектрофотометрах в качестве диспергирующего элемента чаще всего используют призмы и дифракционные решетки.

Дифракционная решетка технологически более сложное изделие, чем призма. Большинство применяемых в настоящее время решеток изготовлены способом выжигания и голографического копирования и представляют собой пластины с большим числом параллельных штрихов - до нескольких сот на миллиметр.

Основным преимуществом использования призмы в спектрофотометре является ее низкая стоимость.

Преимущество дифракционных решеток состоит в том, что они обеспечивают линейную дисперсию света на всем диапазоне видимого и УФ спектров. Отрицательным моментом применения дифракционных решеток является их высокая стоимость в сравнении с призмами и светофильтрами.

Одной из самых важных характеристик монохроматоров является полоса пропускания, выражаемая в единицах длин волн – нанометрах.

Если интерференционные фильтры дают ширину пропускания в диапазоне 6-20 нм, то призмы и дифракционные решетки дают более узкую полосу - менее 5 нм, а следовательно, и большую "чистоту" (монохромность) света, падающего на кювету с образцом. Полоса пропускания является одной из важнейших характеристик спектрофотометра. Уменьшение полосы пропускания влечет за собой повышение разрешающей способности спектрофотометра - значимой характеристики качества спектрофотометрических приборов.

 

 Монохроматоры

Действие спектральных приборов - спектрофотометров - основано на том, что в некоторых физических системах условия прохождения света оказываются различными. Такие системы называются диспергирующими. Обычно в качестве диспергирующего элемента используют призму или дифракционную решетку. Устройства, позволяющие разделить полихроматический свет на монохроматический спектр излучения, называются монохроматорами.