Laitteistot ja menetelmät Reaktion seuranta UV

>Teoria Harjoitukset

Mitä on UV-spektroskopia? (Ultraviolet spectroscopy)

Ultraviolettisäteily (UV-säteily) on sähkömagneettista säteilyä. UV-säteilyksi kutsutaan säteilyä, joka esiintyy 100-400 nm ja näkyväksi valoksi 400-800 nm esiintyvää säteilyä. Molekyylit voivat absorboida näkyvää tai UV-valoa tietyillä aallonpituuksilla, joiden seurauksena molekyylin elektronit virittyvät. Virittyminen on mahdollista vain tietyillä aallonpituuksilla, jotka vastaavat siirtymään tarvittavaa energiaa. Tällöin tapahtuu elektronien virittymistä elektroniselta perustilalta viritystilalle (HOMO – LUMO). Kun molekyyli absorboi energiaa, joka vastaa siirtymään tarvittavaa energiaa, absorptiospektrissä havaitaan absorptiovyö. Tätä ilmiötä hyödyntävää menetelmää kutsutaan UV-spektroskopiaksi tai UV-Vis-spektroskopiaksi, jos näkyvän valon alue on mukana mittauksissa. UV-spektri saadaan rekisteröimällä absorboituneen säteilyn intensiteetti aaltoluvun funktiona.

Kaikki molekyylit absorboivat UV-valoa. Virittyminen ei kuitenkaan tapahdu yhtä helposti kaikilla yhdisteillä. Yhdisteet, jotka absorboivat säteilyä näkyvän valon alueella virittyvät helpommin kuin yhdisteet, jotka absorboivat valoa UV-alueella eli lyhyemmällä aallonpituudella. Orgaaniset yhdisteet, joilla on konjugoituja kaksoissidoksia virittyvät suhteellisen helposti, koska kaksoissidoksissa olevien pi-elektronien virittyminen vaatii vähemmän energiaa kuin yksöissidoksissa olevien elektronien virittyminen. Kaksoissidoksien määrä ja konjugoituneisuus vaikuttavat UV-spektriin voimistamalla absorptiovyötä. Lisäksi absorptiomaksimi siirtyy pidemmälle aallonpituudelle kaksoisidoksien määrän kasvaessa.

Värit, joita näemme johtuvat tyypillisesti konjugoituneista sidoksista. Molekyylin osaa, joka mahdollistaa absorption, kutsutaan kromoforiksi.

Milloin UV-spektroskopiaa käytetään?

Orgaanisessa kemiassa UV-spektroskopia on käyttökelpoinen menetelmä reaktioiden seurannassa ja yhdisteiden identifioinnissa, kun yhdiste sisältää konjugoituneita kaksoissidoksia kuten aromaattisia renkaita tai peräkkäisiä kaksoissidoksia. UV-spektroskopian avulla ei saada tarkkaa tietoa molekyylirakenteista.

Miten UV-näyte valmistetaan?

UV-spektrit mitataan tyypillisesti alkoholiliuottimessa (etanoli, metanoli). UV-laitteiden herkkyys on suuri ja siksi käytetään pieniä näytemääriä laimeina liuoksina. Tyypillinen näyte on noin 1 mg analysoitavaa ainetta liuotettuna 100 ml liuotinta. Mitattavan näytteen määrä on noin 1 ml. Mittauksissa käytetään vertailuaineena puhdasta liuotinta.

UV-mittausta varten valmistettu näyte ja vertailuna käytettävä liuotin laitetaan mittauskennoihin (kyvetti), jotka ovat kvartsilasia. Kennoon saa koskea vain kennon yläreunasta. Ennen mittauksia kennot kannattaa huuhdella käytettävällä liuottimella ja kennon ulkopinta pyyhitään varovasti nukkaamattomalla paperilla (Kleenex®, Kimwipe®).

UV-mittauksen vaiheet:

1. Täytä vertailukenno puhtaalla liuottimella.
2. Täytä mittauskenno näyteliuoksella.
3. Mittaa UV-spektri UV-laitteiston ohjeiden mukaisesti.
4. Tyhjennä näytekenno näyteastiaasi ja puhdista kenno huuhtelemalla sitä käyttämälläsi liuottimella. Tyhjennä vertailukenno jäteliuotinastiaan. Laita kennot kuivumaan niille varattuun paikkaan.

Mitä UV-spektristä saadaan selville?

UV-spektrin avulla voidaan selvittää sisältääkö yhdiste konjugoituneita sidoksia.

Esimerkki UV-spektristä: lisääntyvä konjugaatio näkyy selkeästi UV-spektrisstä.

Kuva 1. Fenantreenin ja pentaseenin UV-Vis-spektrit.
Kuvien lähde: http://webbook.nist.gov/chemistry/