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SPETTROSCOPIA, ., ., ., . - Coggle Diagram
SPETTROSCOPIA
STRUMENTAZIONE
Lo strumento spettroscopico è formato da cinque componenti fondamentali:
- Sorgente stabile di energia radiante
- Contenitore trasparente per il campione
- Selettore di lunghezza d'onda
- Rilevatore che converte la radiazione in segnale elettrico
- Elaboratore con dispositivo di presentazione
La disposizione di questi elementi varia a seconda della tecnica: il punto chiave è dove si posizione il selettore di lunghezza d'onda rispetto al campione
- UV-VIS = radiazione passa prima dalla sorgente, poi dal selettore, dal campione (che riceve radiazione monocromatica) e poi dal rilevatore
- IR = il selettore è posizionato dopo il campione, irradiato da radiazione policromatica
- SPETTROSCOPIA AD EMISSIONE = il campione stesso parte dalla sorgente in quanto viene eccitato per produrre la radiazione misurata
SORGENTI A RIGHE = emettono lunghezze d'onda discrete, caratteristiche degli elementi costituenti
SORGENTI CONTINUE = coprono un intervallo ampio e vanno abbinate a un selettore per isolare la banda di interesse
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RILEVATORI = convertono l'energia radiante in segnale elettrico
- FOTOMOLTIPLICATORI = sensibili ai fotoni
- TERMICI = sensibili al calore (termocoppie, bolometri, trasduttori piroelettrici
FENOMENI DI NON-ASSORBIMENTO = la radiazione viene deviata, rallentata o diffusa senza variazioni permanenti di energia
DIFFRAZIONE = un fascio parallelo di onde viene piegato quando attraversa una barriera o un'apertura stretta. Il fenomeno è apprezzabile quando la fenditura e la lunghezza d'onda hanno dimensioni comparabili.
Essa è una conseguenza all'interferenza che si osserva combinando onde della stessa frequenza
TRASMISSIONE = atomi e molecole vengono polarizzati e poi riemettono la stessa energia incidente: non c'è assorbimento netto e la frequenza non varia, cambia solo la velocità e il tempo necessario a trattenere e rilasciare l'energia
A causa dell'interferenza distruttiva la riemissione avviene solo nella direzione del raggio incidente
L'energia non trasmessa si dice DIFFUSA:
- RAMAN = una piccola parte della radiazione emessa ha frequenza diversa da quella incidente
- RAYLEIGH = intensità proporzionale alla polarizzabilità del mezzo
RIFRAZIONE = conseguenza diretta della variazione di velocità che avviene quando la radiazione attraversa la superficie di separazione tra due mezzi con diverso indice di rifrazione. Essa è governata dalla LEGGE DI SNELL:
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STATI ENERGETICI
Le particelle non possono possedere un'energia qualsiasi: esistono solo STATI DISCRETI, ciascuno con un valore preciso di energia
Per passare da un livello di energia all'altro la specie deve assorbire o emettere esattamente la differenza tra due livelli
Il livello più basso è lo STATO FONDAMENTALE, quelli superiori sono gli STRATI ECCITATI
Il numero e il tipo di livello dipendono dalla complessità del sistema.
- Atomo = energia elettronica
- Molecola = energia elettronica + vibrazionale + rotazionale
SPETTRI A RIGHE = tipici degli atomi
SPETTRI A BANDE = descrivono le transizioni elettroniche delle molecole
ASSORBIMENTO = trasferimento permanente di energia. Avviene solo se l'energia del fotone incidente coincide esattamente con quella necessaria per la transizione tra due livelli
Dato che la distribuzione degli stati energetici è caratteristica di ogni sostanza, le frequenze assorbite sono un'impronta digitale dell'analita
L'assorbimento avviene quasi tutto dallo stato fondamentale. Una temperatura di atomizzazione troppo elevata lo spopolerebbe, riducendo l'intensità del segnale (LEGGE DI BOLTZMANN)
TRASMITTANZA = frazione di radiazione tramessa ASSORBANZA = misura logaritmica di quanta radiazione è stata assorbita
Determinato da:
- Natura chimica dell'analita
- Concentrazione
- Livello di partenza
Una transizione corrisponde a un valore esatto e discreto di energia: la larghezza della riga dovrebbe essere zero. In realtà ogni riga rappresenta una LARGHEZZA SPETTRALE
EFFETTO LORENTZ (allargamento per pressione) = nasce dalle collisioni della specie assorbente o emittente con gli atomi, molecole o ioni presenti nella miscela gassosa. Gli urti perturbano i livelli energetici dell'analita, alterando le frequenze di assorbimento ed emissione
ALLARGAMENTO NATURALE = lega l'incertezza sull'energia di uno stato al tempo di vita dello stato stesso = i meccanismi di rilassamento danno allo stato eccitato una vita media finita e quindi un limite fisico alla lunghezza d'onda
EFFETTO DOPPLER = se la sorgente di avvicina all'osservatore la frequenza aumenta; se si allontana la frequenza diminuisce
EMISSIONE = una specie eccitata si rilassa a un livello inferiore liberando energia sotto forma di radiazione elettromagnetica. Perché avvenga la specie deve essere eccitata
RILASSAMENTO:
- RADIATIVO = l'energia in eccesso viene liberata come radiazione elettromagnetica (fluorescenza e fosforescenza)
- NON RADIATIVO = l'energia si dissipa senza emissione, solitamente tramite urti
Studio delle interazioni tra la radiazione elettromagnetica e i sistemi atomici, molecolari e ionici. Comprende anche l'interazione tra la materia e le altre forme di energia.
Lo scambio di energia tra radiazione e matria permette di estrarre informazioni sulla composizione e sulla struttura del campione
PRINCIPI GENERALI:
- Informazioni diverse e complementari
- Modelli semi-empirici
- Proprietà di simmetria
L'onda elettromagnetica è formata dalla componente elettrica e da quella magnetica. In queste tecniche andremo a considerare solo le componenti elettriche in quanto è esso ad interagire in modo significativo (le interazioni con il campo magnetico risolta molto debole)
Per ogni frequenza, il tipo di interazione osservato dipende dalle proprietà della materia analizzata, non dalla radiazione in sé.
Quindi la stessa radiazione, a seconda del campione con cui viene messa a contatto piò dare diversi fenomeni
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