Spektroskopie im IR- und UV/VIS-Bereich Allgemeine Einführung

Spektroskopie
im IR- und UV/VIS-Bereich
Allgemeine Einführung
Dr. Thomas Schmid
HCI D323
[email protected]
http://www.analytik.ethz.ch
Spektroskopie
Unter Spektroskopie versteht man die Untersuchung von Proben aufgrund
ihrer Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung.
Das elektromagnetische Spektrum
Das elektromagnetische Spektrum
Wellenlänge:
λ
Frequenz:
!=
z.B. [nm = 10-9 m], [µm = 10-6 m]
c
"
[Hz] = [s-1]
c ≈ 3 ⋅ 108 m s-1
Wellenzahl:
!! =
1
"
[cm-1]
λ
Energie ...
... eines Photons:
E = hν
[J]
h = 6.626 ⋅ 10-34 Js
... von 1 mol Photonen: E = h ⋅ NA ⋅ ν
[J mol-1]
NA = 6.022 ⋅ 1023 mol-1
h ⋅ NA ≈ 4 ⋅ 10-10 J s mol-1
t
oder
z
Spektroskopie
Emission von Strahlung nach Absorption
Lumineszenz
(z.B. Fluoreszenz)
Anregung
Transmission
Reflexion
Ablenkung der Strahlung durch Partikel oder
Moleküle (elastisch oder inelastisch)
Absorptionsspektroskopie
angeregter Zustand E1
Frequenz ν
Wellenlänge λ
ΔE = E1 - E0
Grundzustand E0
Bohrsche Frequenzbedingung
ΔE = hν = h(c/λ)
νλ = c
Absorptionsspektroskopie
Bohrsche Frequenzbedingung
ΔE = hν = h(c/λ)
νλ = c
Jablonski-Termschema
E
Bohrsche Frequenzbedingung
ΔE = hν = h(c/λ)
νλ = c
Lichtintensität
Allgemeiner Aufbau eines
Spektrometers
d
I0
Probe
I
Abstand
Strahlungsquelle
Monochromator
Probenzelle
(Küvette)
Detektor Signalerfassung
und
-auswertung
UV- und VIS-Bereich:
Anregung elektronischer Übergänge in den äußeren Schalen
(Valenzelektronen, chemische Bindungen, nichtbindende Orbitale)
IR-Bereich:
Anregung von Molekülschwingungen
Extinktion (Absorbance)
Rhodamin B
VISAbsorptionsspektrum
Wellenlänge /nm
Lichtintensität I
Lichtintensität
Absorptionsspektroskopie
Lambert-Beersches Gesetz
I0
A = lg = ! ( " ) c !
I
d
I = I 0 10 # ! ( " ) c !
I0
Probe
I
I
T = = 10 # ! ( " ) c !
I0
Abstand
A .... Extinktion (Absorbance)
T .... Transmission (Transmittance)
ε .... dekadischer Extinktionskoeffizient
c .... Konzentration
 .... Schichtdicke