Tekst źródłowy strony Spektroskopia UV-VIS

[[Plik:Bis(triphenylphosphine) nickel (II) chloride UV-vis.JPG|thumb|Niskorozdzielcze widmo VIS barwnego [[związki kompleksowe|kompleksu]] NiCl<sub>2</sub>(PPh<sub>3</sub>)<sub>2</sub>. Widoczne dwa maksima absorpcji, przy 445 i 658 nm]]
[[Plik:Theobromine UV spectrum.png|mały|Widmo [[teobromina|teobrominy]] w zakresie UV, z maksimum absorpcji przy 272 nm]]
'''Spektroskopia UV-VIS''' – rodzaj [[spektroskopia świetlna|spektroskopii świetlnej]], w którym wykorzystuje się [[promieniowanie elektromagnetyczne]] leżące w zakresie [[światło widzialne|światła widzialnego]] ("VIS") oraz bliskiego [[ultrafiolet]]u ("UV") i bliskiej [[podczerwień|podczerwieni]] (długość fali od 200&nbsp;[[Nanometr|nm]] do 1100&nbsp;nm). Urządzeniem służącym do badań za pomocą tej techniki jest [[Spektrofotometria|spektrofotometr]] UV-VIS.

Spektroskopia UV-VIS odnosi się do [[Spektroskopia absorpcyjna|spektroskopii absorpcyjnej]] lub spektroskopii odbicia w zakresie widmowym widocznym w ultrafiolecie. Absorpcja lub odbicie w zakresie widzialnym wpływa bezpośrednio na postrzegany kolor badanych preparatów. W tym obszarze widma elektromagnetycznego w atomach i cząsteczkach występują przejścia elektronowe. Spektroskopia absorpcyjna jest komplementarna do [[Spektrofluorymetria|spektroskopii fluorescencyjnej]], w której [[fluorescencja]] występuje w wyniku przejścia ze stanu wzbudzonego do podstawowego, podczas gdy pomiary absorpcji pozwalają na obserwacje przejść ze stanu podstawowego do wzbudzonego.

== Widmo UV-VIS ==
Elektronowym [[Widmo absorpcyjne|widmem absorpcyjnym]] nazywa się widmo w obszarze UV–VIS (prawidłowo nazywa się je widmem elektronowo–oscylacyjno–rotacyjnym). Na energię cząsteczki składa się energia elektronowa, oscylacyjna i rotacyjna.

Widmo składa się z pasm absorpcyjnych, a nie pojedynczych linii, gdyż przejściom elektronowym towarzyszą przejścia z określonej sekwencji podpoziomów oscylacyjnych i rotacyjnych do ich odpowiedniej kombinacji w stanie wzbudzonym.

Zmiany [[Poziom energetyczny|stanów energetycznych]] [[Elektron walencyjny|elektronów walencyjnych]] (spektroskopia widm elektronowych) wywoływane są przez absorpcję promieniowania w obszarze UV-VIS. Skutkuje to przeniesieniem elektronu z jednego orbitalu na inny o wyższej energii.

Wyróżnia się przejścia związane z przeniesieniem elektronów wiązań pojedynczych (s), wielokrotnych (p) oraz elektrony wolnych [[Para elektronowa|par elektronowych]] (n). Elektrony te mogą być wzbudzane, przechodząc na [[Orbital antywiążący|orbitale antywiążace]] s<sup>*</sup> lub p<sup>*</sup> o wyższej energii. Widmo w ultrafiolecie obserwuje się wtedy, gdy energia promieniowania elektromagnetycznego odpowiada energii odpowiedniego przejścia elektronowego. Największej energii wymaga wzbudzenie elektronów s, odpowiadającej światłu ultrafioletowemu o krótkiej długości fali (daleki nadfiolet). Najczęściej jednak obserwowane są przejścia związane z przeniesieniem elektronów p oraz n, związane z absorpcją promieniowania z obszaru bliskiego nadfioletu. W praktyce spektroskopia UV–VIS ogranicza się do [[Sprzężone wiązania wielokrotne|układów sprzężonych]], których przejścia elektronowe związane są z absorpcją promieniowania z zakresu 200–380 nm<ref>Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych ; R. M. Silverstein, G.C. Bassler, PWN, Warszawa 1970</ref>.

Widmo UV–VIS przedstawia się w postaci zależności [[Absorpcja (optyka)#Absorbancja|absorbancji]] A od [[Długość fali|długości fali]] promieniowania λ (nm). [[Prawo Lamberta-Beera]] stwierdza, że absorbancja roztworu jest wprost proporcjonalna do stężenia cząsteczek absorbujących w [[Roztwór|roztworze]] i długości ścieżki optycznej. Tak więc dla stałej długości ścieżki można zastosować spektroskopię UV–VIS w celu określenia stężenia absorbera w roztworze. Trzeba wiedzieć, jak szybko zmienia się absorbancja wraz ze stężeniem. Można to zaczerpnąć z odniesień (tabele molowych współczynników ekstynkcji) lub wyznaczonych z krzywej kalibracji.

<math>A=log(I^0/I)=\epsilon c l</math>

: ''A'' – mierzona absorbancja, ''I<sub>0</sub>'' – natężenie światła padającego, ''I'' – natężenie światła po przejściu przez próbkę (roztwór), ''l'' – długość ścieżki (grubość próbki, np. szerokość kuwety), ''c'' – stężenie cząsteczek absorbujących w roztworze, ''ε'' – molowy współczynnik ekstynkcji (ta stała jest podstawową właściwością molekularną w danym rozpuszczalniku, w określonej temperaturze i ciśnieniu)

Prawo Lamberta-Beera jest bardzo użyteczne w charakteryzowaniu wielu związków, ale nie można go traktować jako uniwersalnego dla wszystkich substancji. Istnieją bowiem takie, w których występuje wielomianowy związek drugiego rzędu pomiędzy absorpcją a stężeniem(na przykład {{link-interwiki|oranż ksylenolowy|Q=Q286281}} lub [[Czerwień metylowa|czerwień obojętna]]).

Linia podstawowa znajduje się na dole wykresu, natomiast absorpcji promieniowania odpowiada pasmo skierowane do góry.

== Zastosowania ==
Spektroskopia UV–VIS jest rutynowo stosowana w [[Chemia analityczna|chemii analitycznej]] do [[chemiczna analiza ilościowa|ilościowego]] oznaczania różnych związków, takich jak jony [[Blok d|metali przejściowych]], silnie sprzężone [[związki organiczne]] i makromolekuły biologiczne. Analiza spektroskopowa jest zwykle przeprowadzana w roztworach, ale można również badać [[Ciało stałe|ciała stałe]] i gazy.

Przy pomiarach widm UV-VIS stosuje się różne [[rozpuszczalnik]]i, które nie powinny absorbować promieniowania w obszarze badanym. Takimi rozpuszczalnikami są m.in. [[węglowodory nasycone]], [[woda]] i proste [[alkohole]]. To, w jaki sposób rozpuszczalnik wpływa na widmo UV, zależy od jego właściwości – głównie od [[Polarność|polarności]].

W przypadku niepolarnych substancji rozpuszczonych w rozpuszczalniku niepolarnym, widmo związku w roztworze zbliżone jest do jego widma w fazie gazowej, natomiast układy polarne powodują przesunięcie maksimum absorpcji. Największe przesunięcia maksimów obserwuje się w przypadku polarnej substancji rozpuszczonej w polarnym rozpuszczalniku.

Roztwory jonów metali przejściowych mogą być zabarwione (to znaczy absorbują światło widzialne), ponieważ elektrony z podpowłoki d w atomach metali mogą być łatwo wzbudzane z jednego stanu elektronowego do innego. Na kolor roztworów jonów metali silnie wpływa obecność innych dodatków, takich jak niektóre [[anion]]y lub [[Ligand (chemia)|ligandy]]. Na przykład kolor rozcieńczonego roztworu [[Siarczan miedzi(II)|siarczanu miedzi(II)]] jest bardzo jasnoniebieski; dodanie [[amoniak]]u intensyfikuje kolor i zmienia długość fali dla maksymalnej absorpcji.

Polaryzacja i [[Skala pH|pH]] rozpuszczalnika mogą wpływać na widmo absorpcji związku organicznego. Takim przykładem jest [[tyrozyna]], która zwiększa maksima absorpcji i molowy współczynnik ekstynkcji, gdy pH wzrasta od 6 do 13 lub gdy spada polarność rozpuszczalnika.

Podczas gdy kompleksy transferu ładunku również powodują powstawanie kolorów, są one często zbyt intensywne, aby można je było zastosować do pomiaru ilościowego<ref>Praca zbiorowa pod redakcją W. Zielińskiego i A. Rajcy; Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne Warszawa 2000</ref>.

== Spektrofotometr UV-VIS ==
Przyrządem stosowanym w spektroskopii UV-VIS jest spektrofotometr UV–VIS. Mierzy on intensywność światła przechodzącego przez próbkę i porównuje ją z intensywnością światła padającego na próbkę.

Podstawowymi częściami spektrofotometru są:
# źródło światła
# uchwyt na próbki
# [[monochromator]], [[pryzmat]] lub [[siatka dyfrakcyjna]]
# detektor
# miernik ([[mikroprocesor]]).

Źródłem promieniowania jest często włókno [[wolfram]]owe (300–2500 nm), [[deuter]]owa [[lampa łukowa]], której widmo jest ciągłe w obszarze promieniowania nadfioletowego (190–400 nm), [[ksenonowa lampa łukowa]], której widmo jest ciągłe od 160 do 2000 nm lub [[Dioda elektroluminescencyjna|diody elektroluminescencyjne]] (LED).

Jako detektory stosuje się [[fotopowielacz]]e, [[Fotodioda półprzewodnikowa|fotodiody]], układy fotodiodowe lub [[matryca CCD|matryce CCD]]. Pojedyncze detektory fotodiody i fotopowielacze stosowane są w skanujących monochromatorach, które filtrują wiązkę światła tak, że tylko pojedyncza długość fali dociera do detektora w tym samym czasie.

Monochromator skanujący przesuwa siatkę dyfrakcyjną do "stopniowania" każdej długości fali tak, że jej intensywność może być mierzona jako funkcja długości fali. Stałe monochromatory są używane z CCD i matrycami fotodiodowymi. Ze względu na to, że oba urządzenia składają się z wielu detektorów zgrupowanych w jedno- lub dwuwymiarowe macierze, są w stanie zbierać światło o różnej długości fali na różnych pikselach lub grupach pikseli jednocześnie.

== Inne zastosowania ==
* UV–VIS można zastosować do określenia [[Kinetyka chemiczna|kinetyki]] lub [[Stała szybkości reakcji|stałej szybkości reakcji chemicznej]]. Reakcja zachodząca w roztworze musi wykazywać zmianę barwy lub jasności.
* Za pomocą spektroskopii UV–VIS można również wyznaczać [[Stała równowagi|stałą równowagi]]. Po określeniu optymalnej długości fal dla wszystkich reagentów biorących udział w równowadze, reakcję można doprowadzić do równowagi, a stężenie substancji określa się przy różnych znanych długościach fal.

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Bibliografia ==
* Małgorzata Krasodomska, Zastosowanie spektroskopii UV/VIS w określaniu struktury związków organicznych, UDA-POKL.04.01.02-00-097/09-00
* Praca zbiorowa pod redakcją W. Zielińskiego i A. Rajcy; Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne Warszawa 2000
* Określanie struktury związków organicznych metodami spektroskopowymi. Tablice i ćwiczenia. Red. M. Szafran i Z. Dega–Szafran, PWN 1988
* Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych ; R. M. Silverstein, G.C. Bassler, PWN, Warszawa 1970
* Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych; R. M. Silverstein, F.X. Webster, D. J. Kiemle, PWN, Warszawa 2007 5. Metody spektroskopowe wyznaczania struktur związków organicznych; L. A. Kazicyna, N. B. Kupletska, PWN 1976.

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Spektroskopia]]