Hoe werkt UV-VIS spectrometrie?

UV-VIS spectrometrie is een analysemethode die vooral gebruikt wordt om de concentratie van een stof in een te onderzoeken monster te bepalen. De techniek berust op de absorptie van ultravioletlicht (UV) of zichtbaar licht (VIS = visible = zichtbaar). UV-VIS spectrometrie wordt vooral gebruikt voor stoffen die dubbele bindingen bevatten.

Absorptie van straling

Bij UV-VIS spectrometrie wordt een stof bestraald met uv-licht (golflengte van 200 tot 400 nm) of met zichtbaar licht (golflengte van 400 tot 800 nm). De moleculen kunnen deze straling absorberen (= opnemen).

Als een molecuul voldoende stralingsenergie heeft opgenomen bevindt het zich in een zogenoemde aangeslagen toestand. Het heeft dan een hogere energie dan in de oorspronkelijke grondtoestand. Het molecuul kan vervolgens terugvallen van de aangeslagen toestand naar de grondtoestand onder verlies van die extra energie. Deze energie komt dan vrij in de vorm van warmte of licht. Bij het vrijkomen van licht spreken we wel van fluorescentie of fosforescentie.

Opmerking: Wat er in feite gebeurt bij het opnemen van de stralingsenergie, is dat een elektron van de grondtoestand naar de aangeslagen toestand gaat. Hoeveel energie daar precies voor nodig is, is afhankelijk van de chemische bindingen (met name C=C bindingen) in een stof.

Werking van de UV-VIS spectrometer

Een UV-VIS spectrometer bestaat grofweg uit de volgende onderdelen: een stralingsbron, een plaats voor het te onderzoeken monster en een detector.

Allereerst wordt het licht van de stralingsbron in twee aparte, maar identieke, lichtbundels gesplitst. De ene lichtbundel gaat door een buisje met een oplossing van het te onderzoeken monster. De tweede lichtbundel gaat door een identiek buisje mèt het oplosmiddel maar zonder het te onderzoeken monster. Dit buisje duiden we aan met blanco.

De intensiteit van de lichtbundel door het te onderzoeken monster geven we aan met I. De intensiteit van de lichtbundel door de blanco geven we aan met I₀.

De lichtbundels vallen vervolgens op de detector alwaar de bundels met elkaar worden vergeleken. Zo kan worden bepaald welke golflengte van het licht door het monster is geabsorbeerd. Deze gegevens worden tot slot verwerkt tot een UV-VIS spectrum.

Voorbeeld van een UV-VIS spectrometer. De computer die gebruikt wordt voor de verwerking van de gegevens is niet op de foto te zien.

De buisjes die in de spectrometer worden plaatsen, worden ook wel cuvetten genoemd.

(links) Twee voorbeelden van cuvetten. (rechts) De bovenkant van de spectrometer is geopend. De twee cuvetten, één met het te onderzoeken monster en de ander als blanco, zijn duidelijk zichtbaar.

UV-VIS spectrum

In het UV-VIS spectrum is te zien bij welke golflengte er een maximale absorptie heeft plaatsgevonden. Hieronder is een gedeelte van het UV-VIS spectrum van 2-methyl-1,3-butadieen weergegeven.

UV-licht met een golflengte van 222 nm wordt dus maximaal door de stof 2-methyl-1,3-butadieen geabsorbeerd. We zeggen ook wel dat de stof een λ_max van 222 nm heeft.

Opmerking: UV-VIS spectra worden altijd opgenomen van een oplossing van de te onderzoeken stof. Er wordt dan gekozen voor een oplosmiddel dat zelf geen absorptie vertoont bij de λ_max van de te onderzoeken stof.

Rekenen aan UV-VIS spectra

Er is een recht evenredig verband tussen de concentratie van een stof en de vertoonde absorptie. Dit verband staat bekend als de Wet van Lambert-Beer.

De extinctie (= uitdoving) wordt gebruikt als maat voor de absorptie. Een hoge extinctie betekent een hoge absorptie.

De molaire extinctiecoëfficiënt is een constante die karakterstiek is voor elke stof. In binas-tabel 39A is de molaire extinctiecoëfficiënt van enkele stoffen weergegeven.