LA SPETTROSCOPIA INFRAROSSA

1. LA SPETTROSCOPIA INFRAROSSA ESPERIENZA DI LABORATORIO Le radiazioni INFRAROSSE sono radiazioni non visibili, sono radiazioni di calore. E = h? ? = c ? = c ? ? L�energia dell�infrarosso eccita le molecole dal punto di vista vibrazionale. Se fra la sorgente ed d il rivelatore interponiamo una cella contenente il campione che assorbe nell�infrarosso, la radiazione trasmessa avr� una intensit� inferiore ossia avr� un ?T proporzionale alla quantit� di radiazione assorbita dal campione. Se analizziamo il campione che assorbe nell�infrarosso (400 = ? = 4000 cm-1) le molecole risultano eccitate nello STIRAMENTO o STRETCHING. La RESISTENZA costituita da una lega di Nichel e Cromo fa passare la corrente, va in incandescenza ed emette la radiazione infrarossa suddivisa in: - radiazione di analisi che colpisce il campione; - radiazione di riferimento. Vengono deviate quando attraversando i monocromatori passano in maniera alternata.

2. Preparazione all�Esperimento Dopo aver visionato, come introduzione, un programma illustrativo della tecnica infrarossa nei suoi aspetti teorici, il docente ha proseguito mostrandoci il funzionamento di uno spettrofotometro a raggi infrarossi. L�apparecchiatura, molto delicata, era simile a quella utilizzata per le analisi con i raggi UV, ma ne differiva per la grandezza dello spazio apposito per la cella, molto pi� grande. Quest�ultima era collegata ad un rivelatore di segnali costituito da un cristallo di solfato di triglicina. Tutto era, infine, connesso ad un computer.

3. Rilevatore

4. Gli Strumenti Successivamente il tecnico di laboratorio (signor Domenico Benedetti) ci ha mostrato: delle tipiche CELLE da analisi, e come prepararle per il trattamento a cui sottoporre una sostanza. Le celle per la SPETTROSCOPIA INFRAROSSA sono diverse tra loro come � diversa la procedura per trattare la sostanza da analizzare. Se questa � SOLIDA baster� macinare del bromuro di potassio (KBr) con una parte del campione e renderlo una sfoglia sottile; se il materiale � LIQUIDO il foglio di KBr verr� inserito in un apposito contenitore in cui passer� la soluzione (con un campione in forma liquida bisogna portare attenzione alle quantit� di solvente adoperato a causa del forte assorbimento che fa registrare). Per i CAMPIONI GASSOSI sar� necessario un cammino ottico maggiore (10 cm). Solitamente le celle pi� utilizzate sono in fluoruro di calcio perch� pi� resistente ad agenti aggressivi ( es. cloruro di idrogeno )

5. L�ANALISISI QUANTITATIVA pu� essere fatta per solidi, liquidi e gas. Per l�analisi delle sostanze SOLIDE nella cella vengono usate finestre di bromuro di potassio (KBr ) che viene pressato e sagomato. Per fare l�analisi quantitativa si fa una miscela e poi studiando lo spettro si riconoscono le sostanze in base ai picchi che corrispondono a differenti valori di assorbanza. .Per l�analisi delle sostanze LIQUIDE (solventi molto concentrati come il benzene, l�etanolo..) bisogna usare celle con piccolo spessore (per i solventi puri si usano spessori della cella con raggio di circa 100� (100 � = 0,1 mm) per non avere la parziale o totale assorbanza). Il campione viene prelevato con la siringa e poi viene posizionato nella cella che viene successivamente chiusa.Celle per le sostanze gassose. I rubinetti servono per prelevare il campione. La cella viene riempita con del gas

6. Come prima operazione si fa il Background del solvente;successivamente al solvente si aggiunge il campione incognito;i due spettri del solvente si annullano e rimangono solo gli spettri di assorbanza relativi al campione.Quanto minore � la concentrazione del campione incognito, tanto pi� dobbiamo usare celle con cammino ottico maggiore o diminuire lo spessore della cella.I rubinetti servono per prelevare il campione

7. Per inserire il campione nella CELLA lo inseriamo sotto pressione.Usiamo una sorgente in pressione e la colleghiamo con un tubo. PREPARAZIONE HCl: Facendo reagire sodiocloruro con acido NaCl + H2SO4 = HCl + Na2SO4 solforico concentrato si forma acido cloridrico che immediatamente si sviluppa come fosse una schiuma

8. L�INFRAROSSO e� una tecnica fine che ci permette di distinguere le BANDE corrispondenti alle diverse ASSORBANZE Osservando il grafico si notano i picchi di assorbimento dell�H2O e della CO2. Dopo aver fatto il BIANCO non viene calcolato pi� l�assorbimento della dell�H2O e della CO2. che erano presenti nell�aria dell�apparecchio e della cella. Essendo stata sottratta l�aria, il grafico mostrer� dei picchi in negativo. Con l�assorbanza dell�HCl, essendo una sostanza gassosa, vedremo varie bande. Essendo un gas rarefatto c�� assorbanza dovuta ai moti rotazionali. Si registrano 2 bande (una opposta all�altra), poich� l�HCl vibra a frequenze diverse. In particolare la seconda armonica, a minore energia, � molto pi� rumorosa di quella fondamentale. Se avessimo analizzato l�assorbanza di una sostanza liquida avremmo osservato una sola banda.

9. L�Esperimento L�esperimento sul campione di acido cloridrico HCl, prodotto facendo reagire del sodio-cloruro NaCl con dell�acido solforico H2(SO)4, ha inizio mediante la misurazione del bianco,ovvero della cella priva di gas ma piena solo di aria. Effettuata la �taratura� del campione si passa ad analizzare l�acido cloridrico. Infine, ottenuti i due spettri differenti il computer calcoler� automaticamente il rapporto tra il grafico del campione (HCl + aria) ed il bianco e fornir� solo i dati relativi alla sostanza in analisi �sconosciuta�.

10. SPETTROFOTOMETRO a DOPPIO RAGGIO e con TRE MONOCROMATORI INTERNO SPETTROFOTOMETRO Ci sono 3 MONOCROMATORI (ossia 3 RETICOLI di Diffrazione) che separano le diverse radiazioni a lunghezza d�onda compresa fra: 1) monocromatore (4000 = ? = 2000) 2) monocromatore ( 2000 = ? = 1000) 3) monocromatore (1000 = ? = 600) I monocromatori vengono ruotati lentamente per fare arrivare sulla fenditura un numero ristretto di frequenze. Nella figura a lato a destra e sotto s�intravede il CHOPPER che blocca il passaggio delle radiazioni facendo passare alternativamente il raggio che proviene dal bianco e quello che proviene dal campione. Vengono misurate le Intensita delle due radiazioni e viene fatto il rapporto. I FILTRI selezionano le radiazioni a ? diversa. Lo spettro viene registrato su carta, in termini di Trasmittanza.

11. Il monocromatore viene leggermente ruotato in modo da far arrivare sulla fenditura un intervallo molto piccolo di radiazioni.

12. Cella Le pareti della cuvetta devono essere trasparenti per consentire il passaggio della luce che viene fatta passare attraverso le pareti lisce. In questa cuvetta viene inserito il campione (in soluzione) da esaminare. Poich� il vetro non � trasparente alla radiazione ultravioletta (UV), per quest�ultima si usa la cuvetta al quarzo. ? in UV si utilizzano celle in quarzo (SiO2) ? nel VISIBILE in vetro o quarzo o alcuni materiali plastici. ? in IR si rendono necessarie celle in NaCl, KBr, CaF2.....

14. C r e d i t i Partecipazione al PROGETTO NAZIONALE di tipo INTERUNIVERSITARIO �LAUREE SCIENTIFICHE� Universit� degli Studi di Bari � facolt� MFN - Dipartimento di Chimica Liceo Scientifico �G. Salvemini� Bari Anno scolastico 2005 - 2006 Responsabile dell�Unit� Operativa di Bari: PROFESSORE ASSOCIATO M. CASTAGNOLO Speciale ringraziamento al Professore Associato L. CASSIDEI ed al tecnico del laboratorio, sig. D. BENEDETTI Docente referente: professoressa G. RUTIGLIANO Alunna: Valeria Busco IV C