Instrumentele analyse
Deel 1: Spectroscopie
Inleiding
- Meten en bestuderen van spectra
Hoge energie
- Interactie van elektromagnetische straling met materie
- Absorptiespectroscopie: chemische stoffen straling afzwakt
- Emissiespectroscopie: elektromagnetische straling uitzenden
Gamma Kernchemie: extinctie van atomaire kernen
-staling
X- Elektronische transitie van binnenste kernen -> dicht bij de kern veel
stralen energie voor nodig
U.V- Elektronische transitie van de valentie elektronen -> naar een hogere
Z.B. schil brengen
Molecuulsp IR Veranderingen in vibraties van moleculen -> als ze energie opnemen,
ectroscopie bindingen tussen de atomen rekken. Mol.= gebonden atomen
Microg Veranderingen in rotatie van moleculen
olf
ESR Elektron spin resonantie: veranderingen in spinrotatie van het
elektron, krijgen extra info
NMR Nuclear magnetic resonance: verandering in spinrotatie van de kern
Elektromagnetische stralen Lage energie
Elektromagnetische stralen – golfkarakter
- Grootheden van de golfbeweging:
Golflengte (nm,𝛌): afstand tussen twee opeenvolgende golftoppen. Monochromatische
als de bundel één golflente heeft
Frequentie (s-1 Hz ,v): aantal golftoppen die een bron uitzendt. Wordt niet beïnvloed door
een midden waarin de golf loopt
Periode: (s,T): tijdsverloop tussen het uitzenden van twee golven. T = 1 / frequentie
Golfgetal (cm-1): aantal golftoppen dat doorlopen wordt per eenheid van afgelegde weg.
ჾ= 1/𝛌
Voortplantingssnelheid: V = 𝛌 . v (frequentie)
- Als de golf door een midden gaat is de frequentie onafhankelijk en de golflente afhankelijk,
deze wordt korten er worden meer golven gevormd. (tekening in cursus p.3)
Elektromagnetische straling: fotonen
- Het verband tussen frequentie en energie van ene foton:
E = h . v = h .C / 𝛌 -> grote 𝛌 = kleine energie, kleine 𝛌 = grote energie
H = 6,62.10-34 J.s C = 3.108 m.s-1
- Frequentie is recht evenredig met de energie. Golflengte is omgekeerd evenredig met de
energie.
- Grotere golflengte = kleinere energie
- Frequentie = deeltjeskarakter bespreken
- Intensiteit = meer deeltjes van de energie uitzenden
,Het elektrisch spectrum
- Logaritmische schaal
- ROGGBIV: rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo,
violet
- Grenswaarden:
Rood: 750-800nm
Violet: 350-400nm
UV: 200-400nm
ZB: 400-800nm
IR: 800-100 000 (3 onderdelen)
Kwalitatieve studie van spectra
- Als elektrische energie zicht verplaatst zullen bepaalde frequentie geabsorbeerd worden en
andere worden doorgelaten. De stralingsenergie wordt overgedragen op atomen, ionen en
molecule -> aangeslagen toestand. Een onstabiele toestand, overschot aan energie terug
uitzenden = emissie
- Absorptiespectrum: absorbantie ifv de golflengte of frequentie
- Emissiespectrum: intensiteit ifv de golflengte of frequentie
- Het typisch uitzicht van spectra wordt bepaald door de aard, de fysische toestand en de
omgeving van de componenten -> lijnspectra, bandenspectra en continue spectra
Energieniveaus in atomen – lijnenspectra
- Atomen hebben een bepaald aantal orbitalen met een eigen energieniveau
Grondtoestand is de laagste elektronische toestand
Als een e- naar een hogere energie niveau gaat is het in aangeslagen toestand
Elektrische energie is de energie die een elektron uitzend als het naar een lager energie
niveau springt
- De energie die geabsorbeerd of uitgezonden wordt is gelijk aan de energie tussen beide
niveaus. Het energieverschil komt overeen met een bepaalde golflengte of frequentie.
Spectrum met het overeenkomstige
energiediagram
Kleine lijn spectrum komt overeen
grote lijn energiediagram en
andersom
Tussen 400 en 500 is er geen lijntje
Hier geen schil, dus wordt er niets
geabsorbeerd. Meer energie, meer
lijntjes en bestande lijnen intenser
omdat de fractie elektronen die in
aangeslagen toestand geraken
groter wordt.
Meer energie toevoegen, verandert
de golflengte van de geabsorbeerde
of uitgezonden straling niet.
, Wit licht heeft een continu spectrum
Wit licht door gas: donkere absorptielijnen , bij de dezelfde golflengte als de emissielijnen
van het gas.
Als gas een bepaalde energie uitzend kan het deze ook opnemen.
Uitstulping: kleur weg, licht opgeslorpt
Door een wolk van elektronen
Atomen zelf geven licht
Fotografische plaat -> licht, zwarte plaat,
maar alle kleuren zijn aanwezig. (witte
plaat)
bij een é zonder kinetische energie, buiten de
invloedsfeer van de kern -> schil met n = oneindig en
E=0
Energieën negatief zijn, heeft te maken met hoe we het
nulpunt definiëren.
Energieniveaus bij hogere energieën dichter bij elkaar
liggen.
- De baan het dichtste bij de kern heeft de laagste energie
- Ionisatie-energie: energie om een atoom te ioniseren.
- Te veel energie toevoegen, elektronen verwijderd uit het atoom.
- Kinetische energie is niet gekwantifieerd: gebeurt in verschillende stappen ( alle waarden zijn
gelijk)
, B
Energieniveaus in moleculen – bandenspectrum
- Moleculen bezitten naast elektrische energie ook vibrationele en rotationele energie.
- E = E elektronisch +/ > E vibratie +/> E rotatie
- E vibratie = de energie van een molecule te wijten aan
interatomische vibraties
- E rotatie = de energie van een molecule te wijten aan rotaties
- E elektrisch = de elektrische energie van de grondtoestand, de eerste
aangeslagen toestand (E0 , E1)
- Moleculen: geen starre structuur
In vibrationeel aangeslagen toestand brengen -> IR-energie
nodig
In rationeel aangeslagen toestand -> door absorptie van laag
energetische fotonen
- Atomen: tove geen vaste structuur aan + voeren trillingen uit
- In een molecule kunnen atoomgroepen tove roteren rond een
bindingsas
- Bij elk elektrisch niveau zijn er een aantal vibratieniveaus en daarbij
een aantal rotatieniveaus -> moleculen hebben een groter aantal energieniveaus
De verschillen energieniveaus of
moleculaire orbitalen van het molecule
N2 -> de bindingselektronen zullen
aangeslagen zijn + naar een hoger
elektrische niveau. De
elektronenverdeling wordt eerst nog
gegeven.
Deel 1: Spectroscopie
Inleiding
- Meten en bestuderen van spectra
Hoge energie
- Interactie van elektromagnetische straling met materie
- Absorptiespectroscopie: chemische stoffen straling afzwakt
- Emissiespectroscopie: elektromagnetische straling uitzenden
Gamma Kernchemie: extinctie van atomaire kernen
-staling
X- Elektronische transitie van binnenste kernen -> dicht bij de kern veel
stralen energie voor nodig
U.V- Elektronische transitie van de valentie elektronen -> naar een hogere
Z.B. schil brengen
Molecuulsp IR Veranderingen in vibraties van moleculen -> als ze energie opnemen,
ectroscopie bindingen tussen de atomen rekken. Mol.= gebonden atomen
Microg Veranderingen in rotatie van moleculen
olf
ESR Elektron spin resonantie: veranderingen in spinrotatie van het
elektron, krijgen extra info
NMR Nuclear magnetic resonance: verandering in spinrotatie van de kern
Elektromagnetische stralen Lage energie
Elektromagnetische stralen – golfkarakter
- Grootheden van de golfbeweging:
Golflengte (nm,𝛌): afstand tussen twee opeenvolgende golftoppen. Monochromatische
als de bundel één golflente heeft
Frequentie (s-1 Hz ,v): aantal golftoppen die een bron uitzendt. Wordt niet beïnvloed door
een midden waarin de golf loopt
Periode: (s,T): tijdsverloop tussen het uitzenden van twee golven. T = 1 / frequentie
Golfgetal (cm-1): aantal golftoppen dat doorlopen wordt per eenheid van afgelegde weg.
ჾ= 1/𝛌
Voortplantingssnelheid: V = 𝛌 . v (frequentie)
- Als de golf door een midden gaat is de frequentie onafhankelijk en de golflente afhankelijk,
deze wordt korten er worden meer golven gevormd. (tekening in cursus p.3)
Elektromagnetische straling: fotonen
- Het verband tussen frequentie en energie van ene foton:
E = h . v = h .C / 𝛌 -> grote 𝛌 = kleine energie, kleine 𝛌 = grote energie
H = 6,62.10-34 J.s C = 3.108 m.s-1
- Frequentie is recht evenredig met de energie. Golflengte is omgekeerd evenredig met de
energie.
- Grotere golflengte = kleinere energie
- Frequentie = deeltjeskarakter bespreken
- Intensiteit = meer deeltjes van de energie uitzenden
,Het elektrisch spectrum
- Logaritmische schaal
- ROGGBIV: rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo,
violet
- Grenswaarden:
Rood: 750-800nm
Violet: 350-400nm
UV: 200-400nm
ZB: 400-800nm
IR: 800-100 000 (3 onderdelen)
Kwalitatieve studie van spectra
- Als elektrische energie zicht verplaatst zullen bepaalde frequentie geabsorbeerd worden en
andere worden doorgelaten. De stralingsenergie wordt overgedragen op atomen, ionen en
molecule -> aangeslagen toestand. Een onstabiele toestand, overschot aan energie terug
uitzenden = emissie
- Absorptiespectrum: absorbantie ifv de golflengte of frequentie
- Emissiespectrum: intensiteit ifv de golflengte of frequentie
- Het typisch uitzicht van spectra wordt bepaald door de aard, de fysische toestand en de
omgeving van de componenten -> lijnspectra, bandenspectra en continue spectra
Energieniveaus in atomen – lijnenspectra
- Atomen hebben een bepaald aantal orbitalen met een eigen energieniveau
Grondtoestand is de laagste elektronische toestand
Als een e- naar een hogere energie niveau gaat is het in aangeslagen toestand
Elektrische energie is de energie die een elektron uitzend als het naar een lager energie
niveau springt
- De energie die geabsorbeerd of uitgezonden wordt is gelijk aan de energie tussen beide
niveaus. Het energieverschil komt overeen met een bepaalde golflengte of frequentie.
Spectrum met het overeenkomstige
energiediagram
Kleine lijn spectrum komt overeen
grote lijn energiediagram en
andersom
Tussen 400 en 500 is er geen lijntje
Hier geen schil, dus wordt er niets
geabsorbeerd. Meer energie, meer
lijntjes en bestande lijnen intenser
omdat de fractie elektronen die in
aangeslagen toestand geraken
groter wordt.
Meer energie toevoegen, verandert
de golflengte van de geabsorbeerde
of uitgezonden straling niet.
, Wit licht heeft een continu spectrum
Wit licht door gas: donkere absorptielijnen , bij de dezelfde golflengte als de emissielijnen
van het gas.
Als gas een bepaalde energie uitzend kan het deze ook opnemen.
Uitstulping: kleur weg, licht opgeslorpt
Door een wolk van elektronen
Atomen zelf geven licht
Fotografische plaat -> licht, zwarte plaat,
maar alle kleuren zijn aanwezig. (witte
plaat)
bij een é zonder kinetische energie, buiten de
invloedsfeer van de kern -> schil met n = oneindig en
E=0
Energieën negatief zijn, heeft te maken met hoe we het
nulpunt definiëren.
Energieniveaus bij hogere energieën dichter bij elkaar
liggen.
- De baan het dichtste bij de kern heeft de laagste energie
- Ionisatie-energie: energie om een atoom te ioniseren.
- Te veel energie toevoegen, elektronen verwijderd uit het atoom.
- Kinetische energie is niet gekwantifieerd: gebeurt in verschillende stappen ( alle waarden zijn
gelijk)
, B
Energieniveaus in moleculen – bandenspectrum
- Moleculen bezitten naast elektrische energie ook vibrationele en rotationele energie.
- E = E elektronisch +/ > E vibratie +/> E rotatie
- E vibratie = de energie van een molecule te wijten aan
interatomische vibraties
- E rotatie = de energie van een molecule te wijten aan rotaties
- E elektrisch = de elektrische energie van de grondtoestand, de eerste
aangeslagen toestand (E0 , E1)
- Moleculen: geen starre structuur
In vibrationeel aangeslagen toestand brengen -> IR-energie
nodig
In rationeel aangeslagen toestand -> door absorptie van laag
energetische fotonen
- Atomen: tove geen vaste structuur aan + voeren trillingen uit
- In een molecule kunnen atoomgroepen tove roteren rond een
bindingsas
- Bij elk elektrisch niveau zijn er een aantal vibratieniveaus en daarbij
een aantal rotatieniveaus -> moleculen hebben een groter aantal energieniveaus
De verschillen energieniveaus of
moleculaire orbitalen van het molecule
N2 -> de bindingselektronen zullen
aangeslagen zijn + naar een hoger
elektrische niveau. De
elektronenverdeling wordt eerst nog
gegeven.
