uv visibile

PRINCIPI TEORICI
La spettrofotometria UV/Visibile si basa sull’assorbimento selettivo da parte di molecole, delle radiazioni con lunghezza d’onda compresa fra 10nm e 780nm. Tale gamma spettrale si può suddividere in 3 regioni:

Questo tipo di assorbimento comporta l’eccitazione degli elettroni di valenza, la quale richiede energie tanto più elevate quanto più grande è la distanza fra il livello elettronico di partenza e di arrivo delle transizioni. Tale fenomeno lo si può sfruttare a fini analitici, irraggiando il campione in esame con una radiazione, a lunghezza d’onda conosciuta, di intensità fittizia (I); rilevando poi l’intensità della radiazione emergente (I-x) si definisce trasmittanza la grandezza

Ricordando che ogni singola sostanza da analizzare assorbe ad una lunghezza d’onda specifica, la legge che descrive questo tipo di assorbimento, è la legge di Lambert-Beer, la quale è applicabile soltanto nel caso di radiazioni monocromatiche. La sua formulazione è: A= a·b·C dove: A= assorbanza (log1/T),a= coefficiente di estinzione (molare se la concentrazione viene espressa in mol/l),b= spessore della cella, C= concentrazione della specie in esame.
Lo strumento da noi utilizzato è uno spettrofotometro UV/Visibile Perkin-Elmen Lambda5 a doppio raggio.
Lo SCHEMA dello strumento è il seguente:

	LEGENDA
	1 - specchio mobile	SORGENTE
	2 - elemento disperdente	MONOCROMATORE
	3 - filtro ottico
	4 - chopper	COMPARTO CELLE
	5 - campione
	6 - bianco
	7 - sistema riallineamento
	8 - fototubo	RIVELATORE
	9 - SISTEMA DI ELABORAZIONE DATI

SORGENTE
La sorgente è costituita da una lampada, la quale deve emettere una radiazione più possibile costante e riproducibile. Per emissioni nella regione del visibile si usano lampade a filamento di tungsteno che coprono un intervallo di lunghezze d’onda compreso fra 930 e 330nm; la temperatura di lavoro è di circa 3000 K e naturalmente l’intensità della radiazione luminosa dipende dal voltaggio applicato, secondo la relazione I=V⁴. Per lavorare nella regione UV si usano invece lampade al deuterio (un isotopo dell’idrogeno) le quali emettono in modo continuo al di sotto dei 400 nm; il bulbo della lampada è infatti riempito di questo isotopo che viene eccitato tramite scarica elettrica, D₂ + E = D₂^*; ritornando allo stato fondamentale, l’elettrone emette una radiazione di energia uguale ad hn : D₂^*= D₂+ hn . Questo fascio luminoso viene poi diretto verso uno specchio mobile che lo riflette verso il monocromatore.
SCHEMA

MONOCROMATORE
Il monocromatore è costituito da due parti: un elemento disperdente e un filtro ottico. Questo strumento riesce a scomporre la radiazione policromatica emessa, in bande monocromatiche.
La qualità di tale strumento dipende da due parametri: l’ampiezza della banda passante ( responsabile della scelta di una particolare radiazione) e il potere risolvente (la capacità di separare fra di loro più lunghezze d’onda). Come nel caso del monocromatore di cui è fornito il nostro apparecchio, vengono spesso usati sistemi a riflessione che garantiscono un recupero energetico di circa 80% sulla radiazione policromatica incidente; in questi dispositivi l’elemento disperdente è costituito da un piano caratterizzato da solchi con un particolare angolo di taglio (angolo di Blaze), e vi sono due tipologie di reticoli: echelle (la riflessione avviene sul lato più lungo) o echellette (la riflessione avviene sul lato più corto). Come in tutti i monocromatori, la radiazione policromatica viene divisa in tanti raggi i quali possono dare un interferenza costruttiva (quando la differenza di cammino ottico è uguale ad un numero intero di lunghezze d’onda e cioè ky=d(senA-senB)) o distruttiva in tutti gli altri casi.
E' importante ricordare che ogni elemento disperdente a riflessione funziona in maniera ottimale ad una particolare lunghezza d’onda, chiamata l di Blaze, dove cioè l’angolo di riflessione e l’angolo di diffrazione coincidono dando luogo ad una radiazione monocromatica ad elevata intensità.
SCHEMA

COMPARTO CELLE
Questa sezione dello spettrofotometro è quella dove il raggio incidente viene sdoppiato con un chopper, in due radiazioni di uguale intensità e diretto rispettivamente verso il campione e verso il bianco. Questa modalità a doppio raggio permette di eliminare i problemi dovuti alla non costante emissione della lampada; infatti si riesce con tale artificio a rilevare un assorbimento in maniera relativa facendo un rapporto bianco/campione.
Le soluzioni da analizzare vengono poste in celle (di larghezza circa uguale ad 1cm) di materiale diverso a seconda che si lavori con radiazioni di lunghezza d’onda compresa nella regione UV o visibile, si usano rispettivamente cuvette rettangolari di quarzo o vetro.
SCHEMA

RIVELATORE
I più comuni rivelatori sono: celle fotovoltaiche, fotodiodi, fototubi, i fotomoltiplicatori.
Nel caso dei primi due tipi si riesce a trasformare la radiazione luminosa in segnale elettrico, grazie a caratteristiche dei conduttori, nei quali gli elettroni sottoposti a radiazione luminosa passano dagli orbitali di legame (banda di valenza) a quelli di antilegame (banda di conduzione). Nei primi due modelli, abbastanza simili, la radiazione colpisce un semiconduttore, rivestito da due lamine di metallo, e produce un segnale di corrente misurato da un galvanometro; l’unica grossa differenza consiste nell’applicazione, nelle celle fotoconduttive, di un generatore che permette quindi una misura relativa della corrente (prima e dopo che la radiazione ha colpito il semiconduttore).
Nei fototubi e nei fotomoltiplicatori si sfrutta l'effetto fotoelettrico grazie al quale un metallo è ionizzato da una radiazione di opportuna energia. I fotomoltiplicatori hanno una elevata sensibilità e sono in grado di ampliare il segnale prodotto dalla radiazione che colpisce la griglia di metallo, grazie ad una disposizione in serie di anodi a potenziale crescente dall’alto verso il basso. Si ottiene così un effetto a cascata che amplifica il segnale di 10⁶ rispetto a quello che si ottiene dai fototubi. Per tutti i detector esiste una relazione di proporzionalità fra l’intensità di corrente generata e quella della radiazione incidente.
SCHEMA

SISTEMA DI ELABORAZIONE DATI
Questa sezione dello strumento serve alla rielaborazione e alla presentazione dei dati ottenuti. Solitamente sono presenti microprocessori in grado di dare il risultato direttamente in assorbanza e di scegliere fra varie modalità di gestione dello spettrofotometro, quali: il tipo di lampada, la banda passante del monocromatore, la risoluzione, il tempo di risposta, il rapporto segnale-rumore etc.

Le nostre analisi spettrofotometriche sono state finalizzate alla ricerca di anioni nelle acque piovane; più precisamente abbiamo determinato: ammonio, nitrati, nitriti, solfati e cloruri.
SCHEMA INIZIO