Spektroskopie

im IR- und UV/VIS-Bereich

Allgemeine Einführung

Dr. Thomas SchmidHCI D323

schmid@org.chem.ethz.ch

http://www.analytik.ethz.ch

SpektroskopieUnter Spektroskopie versteht man die Untersuchung von Proben aufgrundihrer Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung.

Das elektromagnetische Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum

Wellenlänge: λ z.B. [nm = 10-9 m], [µm = 10-6 m]

Frequenz: [Hz] = [s-1]

c ≈ 3 ⋅ 108 m s-1

Wellenzahl: [cm-1]

Energie ...... eines Photons: E = hν [J]

h = 6.626 ⋅ 10-34 Js

... von 1 mol Photonen: E = h ⋅ NA ⋅ ν [J mol-1]

NA = 6.022 ⋅ 1023 mol-1h ⋅ NA ≈ 4 ⋅ 10-10 J s mol-1

! =c"

!! =

1"

toder

z

λ

SpektroskopieEmission von Strahlung nach Absorption

Ablenkung der Strahlung durch Partikel oderMoleküle (elastisch oder inelastisch)

Transmission

Lumineszenz(z.B. Fluoreszenz)

Reflexion

Anregung

Absorptionsspektroskopie

Grundzustand E0

angeregter Zustand E1

Frequenz νWellenlänge λ

ΔE = E1 - E0

Bohrsche Frequenzbedingung

ΔE = hν = h(c/λ)

νλ = c

Absorptionsspektroskopie

Bohrsche Frequenzbedingung

ΔE = hν = h(c/λ)

νλ = c

Jablonski-Termschema

Bohrsche Frequenzbedingung

ΔE = hν = h(c/λ)

νλ = c

E

Allgemeiner Aufbau einesSpektrometers

d

I0

IProbe

Lichtintensität

Abstand

Strahlungs-quelle

Monochromator Probenzelle(Küvette)

Detektor Signalerfassungund

-auswertung

UV- und VIS-Bereich: Anregung elektronischer Übergänge in den äußeren Schalen

(Valenzelektronen, chemische Bindungen, nichtbindende Orbitale)

IR-Bereich:Anregung von Molekülschwingungen

Rhodamin B

VIS-Absorptions-

spektrum

Ext

inkt

ion

(Abs

orba

nce)

Wellenlänge /nm

Absorptionsspektroskopie

A = lg I0I= ! "( ) c !

I = I010#! "( ) c !

T =II0

= 10#! "( ) c !

Lambert-Beersches Gesetz

A .... Extinktion (Absorbance)T .... Transmission (Transmittance)ε .... dekadischer Extinktionskoeffizientc .... Konzentration .... Schichtdicke

d

I0

IProbe

Lichtintensität

Abstand

Lich

tinte

nsitä

t I