Spettrofotometria: Principi Fondamentali, Metodi Ottici e Applicazioni della Legge di Beer-Lambert

Classificazione dei Metodi Ottici

Metodi Non Spettroscopici

• Rifrattometria
• Polarimetria

Metodi Spettroscopici

• Spettrofotometria UV
• Assorbimento Atomico
• Fotometria a Fiamma

Principi Fondamentali della Spettrofotometria

Natura della Luce e Spettro Elettromagnetico

Per definire il metodo: la luce ha un carattere elettromagnetico e ondulatorio, ma anche corpuscolare. È suddivisa in diverse lunghezze d'onda, che sono disposte in quello che viene chiamato spettro elettromagnetico.

La costituzione dell'onda è data da due campi, uno elettrico e uno magnetico, che si intersecano ad angolo retto tra loro e rispetto alla direzione di propagazione dell'onda.

La velocità di propagazione dell'onda nel vuoto è di 3x10¹⁰ cm/sec. Questa velocità non cambia quando l'onda si propaga attraverso un mezzo, ma il mezzo può causare la dispersione dell'onda stessa.

Un esempio di dispersione è il fenomeno di decomposizione della luce visibile in diversi colori, come quando un fascio di luce solare attraversa un prisma di vetro, permettendo di osservare lo spettro della luce.

Cosa sono i Quanti?

Sono unità di energia radiante, fisse e definite.

Processo di Emissione e Spettro di Emissione

Gli elementi (atomi o molecole) possono essere portati a livelli di energia superiori attraverso l'assorbimento di determinate quantità di energia di qualsiasi tipo.

Atomi e molecole entrano così in uno stato di equilibrio instabile, che tendono a lasciare rilasciando l'energia in eccesso sotto forma di radiazioni.

Tutta la radiazione così emessa costituisce lo spettro di emissione della sostanza.

Spettro di Assorbimento

Se l'energia comunicata alla sostanza è energia radiante ed è stata aggiunta in quantità tale che il nuovo stato di atomi o molecole è stabile, una parte di tale energia incidente, consistente in alcune frequenze specifiche, verrà assorbita.

Livelli Energetici e la loro Relazione con Spettri di Emissione e Assorbimento

I livelli energetici sono: elettronici, vibrazionali e rotazionali.

Per causare cambiamenti in ciascuno di questi tipi di livelli è necessario utilizzare diverse quantità di energia.

Concetti Chiave in Spettrofotometria

Cromoforo

È il gruppo responsabile dell'assorbimento della luce in una molecola e, di conseguenza, del conferimento del colore caratteristico.

Effetti Batocromico e Ipercromico

Quando due o più gruppi cromofori sono coniugati, si produce uno spostamento della zona del massimo di assorbimento verso il rosso, chiamato effetto batocromico, e un aumento dell'intensità di assorbimento, chiamato effetto ipercromico.

Effetti Ipsocromico e Ipocromico

Quando l'area del massimo di assorbimento si sposta verso il blu, si ha l'effetto ipsocromico. Se diminuisce l'intensità di assorbimento, si ha l'effetto ipocromico.

Auxocromi

Sono gruppi che aumentano la potenza colorante del cromoforo. Aumentano la mobilità degli elettroni degli atomi, facilitando l'assorbimento della luce, ma di per sé non sono in grado di assorbirla.

La Legge di Beer-Lambert

Quando una radiazione colpisce un corpo trasparente, una parte viene riflessa, una parte assorbita e una parte attraversa il corpo ed esce, ma può anche essere dispersa o produrre fenomeni di fluorescenza.

La Legge di Beer-Lambert stabilisce una proporzionalità diretta tra l'assorbanza e la concentrazione di una soluzione, assumendo come unità lo spessore del percorso attraversato dalla radiazione.

Cause di Inadempienza della Legge di Beer-Lambert

• Il solvente utilizzato non deve assorbire nella stessa zona del soluto.
• Possono essere polari e non polari, ed è sempre possibile un'interazione soluto-solvente.
• Se si aumenta la concentrazione, la Legge di Beer-Lambert smette di essere valida, modificando lo spettro di assorbimento.
• Altri fattori includono pH e potenziale redox.

Requisiti per le Sorgenti di Radiazione in Spettrofotometria

Le sorgenti di radiazione visibile per soluzioni di qualsiasi tipo devono soddisfare i requisiti di base:

• Devono fornire un'intensità sufficiente per misurazioni precise e rilevabili.
• La radiazione emessa deve coprire tutte le lunghezze d'onda nella regione di studio e produrre un'interazione continua.
• Deve essere emessa una corrente costante nel tempo.