هر گونه کپی برداری از مطالب از لحاظ شرعی و قانونی مشکلی نداره ؛)

ولی لطفاً جهت احترام به زحمات تیم ما که گاهی برای پیدا کردن جواب یکی از این سؤالا چندین ساعت وقت میگذاشتن، در صورت کپی کردن منبع مطلب (فروشگاه فایل مراد) ذکر شود.

word + Pdf … قابل ویرایش | 45 صفحه!

 

اسپکتروفتومتری ماوراء بنفش- مرئی (UV-Vis)

1) طیف‌های مربوط به KMnO4 و K2Cr2O7 را رسم کنید.

2) علت استفاده از دو سل با آب مقطر در شروع کار با دستگاه چیست؟

نمونه‌ی بلانک (شاهد) نمونه‌ای است که فاقد آنالیت می‌باشد ولی تمام اجزای سیستم را دارد. از آن جایی که محلول شاهد خود نور با طول موج‌های معینی را جذب کند، برای اندازه‌گیری جذب مربوط به تنها یک گونه‌ی خاص در محلول عوامل جانبی که بر قرائت درصد عبور تاًثیر می‌گذارد باید صفر شوند. بنابراین در ابتدای کار با دستگاه (دو پرتویی) هر دو سلی را که از آب مقطر (محلول شاهد) پر شده‌اند را در جایگاه مخصوص سل‌ها قرار می‌دهیم تا اثر سوء جانبی برطرف شود. حال اگر محلول نمونه به همراه آب در مسیر نور قرار بگیرد هر تغییری در عدد درصد عبور معیاری از کمیت گونه مورد نظر است.

از آن جایی که دستگاه‌های دو پرتویی (جداکننده در زمان) اغلب از نوع صفرند، یعنی باریکه‌ی عبوری از درون مرجع به طور مکانیکی به وسیله‌ی یک گوه‌ی نوری تضعیف می‌شود و در واقع نقطه‌ی صفر به وسیله‌ی حرکت دادن گوه در باریکه تا این که دو تپ الکتریکی یکسان شوند که به وسیله‌ی آشکارساز صفر نشان داده می‌شود، فرا می‌رسد. به همین دلیل چون در دستگاه‌های دو پرتویی عمل حذف جذب بلانک اتوماتیک انجام می‌شود، صفر کردن این دستگاه‌ها می‌تواند صورت نگیرد.

3) پدیده‌ی بازتابش و پخش نور ایجاد شده توسط سل چه تاًثیری بر نتایج جذب اندازه‌گیری شده دارد و آیا قابل رفع است؟

دستگاه دو پرتویی می‌تواند انحرافات دستگاهی ناشی از عواملی مانند نوسان‌های ولتاژ، عدم پایداری منبع نور و پاسخ غیر خطی دتکتور را جبران کند. انحرافات نوری نیز مانند نور سرگردان (هرزه)، فلوئورسانس ناشی از فرکانس‌های ناحیه‌ی ماورای بنفش، پخش نور در سیستم‌های کلوییدی (که به اندازه ذرات و ناحیه‌ی طول موج به کار رفته بستگی دارد) که سبب افزایش ظاهری جذب می‌شود. معمولاٌ عبور و جذب را نمی‌توان در آزمایشگاه اندازه‌گیری کرد زیرا محلول آنالیت را باید در نوعی ظرف یا سلول شفاف نگه داشت. همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است بازتابش در دو سطح مشترک هوا / دیواره و هم چنین دیواره / محلول روی می‌دهد.

تضعیف باریکه‌ی حاصل قابل توجه است و مشاهده شده است که حدود 8.5% باریکه‌ی نور زرد به هنگام عبور از درون یک سلول شیشه‌ای حاوی آب توسط بازتابش تلف می‌شود. علاوه براین، تضعیف باریکه ممکن است با پخش نور در سیستم‌های کلوییدی به وسیله‌ی مولکول‌های بزرگ و گاهی جذب به وسیله‌ی دیواره‌های ظرف روی می‌دهد.

اثر بازتابش و پخش نور توسط سل، با اتخاذ نمودن روش‌هایی قابل جبران هستند. برای جبران این آثار کارهای زیر را می‌توان انجام داد:

1- برای کاهش اتلاف بازتابی در یک سطح صیقلی شیشه و یا کوارتز، باید زاویه‌ی باریکه‌ی فرودی را تا حدود 60 درجه افزایش بدهیم که در این زاویه کاهش اتلاف بازتابی به کمترین میزان خود می‌رسد. با وجود این بالاتر از این درجه درصد تابش بازتابیده به سرعت افزایش می‌یابد و در زاویه‌ی فرودی 90 درجه به 100% می‌رسد.

2- یکی از عللی که دو طرف از سل‌ها مات می‌باشند به دلیل جلوگیری از پراکندگی نور توسط سل‌ها می‌باشد.

3- پراکندگی به علت ذرات معلق است. روش معمول برای حذف پراکندگی سانتریفیوژ نمونه قبل از اندازه‌گیری می‌باشد که منجر به حذف ذرات بزرگ و پراکندگی می‌شود. یا به عبارت دیگر ذرات باید نسبت به طول موج تابش کوچک باشند تا تداخل تخریبی تمام تابش‌ها به جز تابشی که در مسیر اولیه‌ی باریکه حرکت می‌کند، حذف شوند.

4- استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری دو پرتویی، به این صورت که باریکه‌ی عبوری از محلول آنالیت را با باریکه‌ی عبوری از سلول یکسان حاوی محلول شاهد مقایسه می‌کنیم که باعث می‌شود عبور و جذب تجربی بسیار نزدیک به عبور و جذب واقعی باشد که با معادلات زیر به دست می‌آید:

5- استفاده از سل‌هایی که دارای پنجره‌های کاملاٌ عمود بر جهت باریکه نور باشد، اتلاف نوری مربوط به پدیده‌ی پخش را کاهش می‌دهد.

در آخر نیز مشاهدات دقیق نشان می‌دهد که حتی با انجام این روش‌ها باز هم کسر بسیار کوچکی از تابش توسط سل و محلول بازتابیده و پخش می‌شود.

4) ناهمگونی سل‌ها چه تاًثیری بر نتایج اندازه‌گیری‌های جذب دارد؟

سل‌های شرکت‌های مختلف می‌توانند از لحاظ جزئیات زیر اندکی با هم تفاوت داشته باشند:

• کیفیت سل
• نوع و جنس دیواره سل
• ضخامت دیواره سل
• اندازه سل
• طول مسیر عبور
• خراش‌های موجود در سل
• جذب دیواره سل‌ها

حال دستگاه‌های دو پرتویی با دو سل متفاوت (از لحاظ عوامل ذکر شده) در اندازه‌گیری‌های کمی، این سل‌های متفاوت پراکندگی و بازتابش و جذب متفاوتی نیز با یکدیگر دارند. از آن جایی که در یک دستگاه دو پرتویی باریکه‌ی عبوری از یک نمونه با باریکه‌ی عبوری از سل دیگر مقایسه می‌شود، بنابراین استفاده از دو سل ناهمگون سبب تفاوت جذب و عبور و داده‌های جذبی اندازه‌گیری شده با مقادیر اصلی می‌شود و در کل باعث خطا در اندازه‌گیری‌های کمی می‌شود.

نکته: در این آزمایش بهتر بود برای کاهش خطای ناشی از انحراف شیمیایی از قانون بیر (تجمع یا تفکیک گونه‌های جذب کننده)، در هنگام به حجم رساندن به منظور ساختن نمونه‌هایی با غلظت استاندارد از پتاسیم پرمنگنات و پتاسیم دی‌کرومات از یک محلول اسیدی (H3PO4 0.7 M + H2SO4 1 M) به جای استفاده از آب مقطر استفاده می‌شد. یعنی در این آزمایش محلول شاهد ما به جای آب مقطر بایستی یک محلول اسیدی می‌بود زیرا:

برای پرمنگنات، طبق واکنش زیر اگر در محیط آب داشته باشیم (بعنوان حلال) پرمنگنات به آب حمله کرده و آب را اکسید کرده و خودش احیا می‌شود. لذا غلظت گونه‌ی پرمنگنات کاهش یافته؛ از آنجا که ما در طول موج ماکسیمم برای پرمنگنات جذب‌ها را می‌خوانیم در خواندن جذب‌ها در صورتی که حلال ما آب باشد با خطا روبرو خواهیم شد.

MnO₄^– + 2H₂O + 3e^– ⇋ MnO₂ + 4OH^–

اما برای دی‌کرومات نیز به همین شکل است؛ اگر در محیط آب داشته باشیم دی‌کرومات به گونه‌های دیگر از جمله کرومات تبدیل شده و غلظت آن در محیط کاهش می‌یابد؛ و نیز چون در طول موج ماکسیمم برای دی‌کرومات جذب‌ها را می‌خوانیم (نه در طول موج گونه‌های دیگر) با خطا روبرو خواهیم شد.

Cr₂O₇^2- + H₂O ⇋ 2HCrO₄^– ⇋ 2H⁺ + 2CrO₄^2-

    Ɛ₁                           Ɛ₂                            Ɛ₃ 

در بیشتر طول موج‌ها ضریب جذب 1 تا 3 متفاوت‌اند و جذب در هر طول موج مجموع جذب مربوط به این سه گونه است.

5) عوامل موثر بر ضریب جذب مولی (Ɛ) را بنویسید.

ضریب جذب مولی یک اندازه و مقیاس از قدرت و شدتی است که یک نمونه نور را در طول موج خاص جذب می‌کند که یک خاصیت ذاتی و فیزیکی ماده محسوب می‌شود. عوامل مؤثر بر ضریب جذب مولی عبارت است از:

1. دما 2. نوع حلال 3. نوع ماده حل شده (ماهیت ماده) 4. طول موج

مهمترین عامل از عوامل بالا، ماهیت ماده می‌باشد. در قانون بیر لامبرت ضریب جذب مولی به صورت ε ظاهر می‌شود. واحد SI  برای ε برابر m²/mol می‌باشد.

A = ε b c

6) یک گرم از نمونه‌ی فولاد در حلال مناسب حل شده و منگنز آن توسط پرسولفات به پرمنگنات و کرم آن به دی‌کرومات تبدیل شده است. سپس محلول به حجم 100 میلی‌لیتر رسانده می‌شود. جذب محلول در طـول مـوج 440 نانومتر در یک سلول یک سانتی‌متری، 0.108 و در طول موج 525 نانومتر برابر 1.296 شده است. با توجه به این مقادیر جذب و ضرایب جذب مولی که در این آزمایش به دست می‌آید، درصد منگنز و کروم را در فولاد به دست آورید.

7) دلایل استفاده از λmax را بنویسید (همراه با فرمول).

1) در λmax جذب به ازای واحد غلظت در این نقطه بزرگترین تغییرات را از خود نشان می‌دهد. بنابراین حداکثر حساسیت حاصل می‌شود.
2) از آنجا که شیب منحنی کالیبراسیون حساسیت است، استفاده از λmax در اندازه‌گیری‌ها سبب افزایش شیب منحنی کالیبراسیون می‌شود، یعنی می‌توانیم غلظت‌های پایین‌تری را با دقت بیشتری اندازه بگیریم.
3) λmax مشخصه هر ترکیب و اطلاعات در مورد ساختار الکترونی آنالیت را فراهم می‌کند.
4) اگر ما به دنبال یک مولکول خاص در یک نمونه که شامل بسیاری از مولکول‌های مختلف است باشیم (ترکیبی شامل چندین کروموفور)، برای جلوگیری از تداخل طول موج جذبی هریک از کروموفورها، اندازه‌گیری در حداکثر جذب مولکول (λmax) انجام می‌شود.

5) در λmax نسبت سیگنال به نویز حداکثر است که سه مزیت آن به شرح زیر می‌باشد:

الف) باعث بهبود دقت اندازه‌گیری می‌شود.
ب) طبق رابطه زیر بهبود سیگنال به نویز با تکرار اندازه‌گیری‌ها رابطه مستقیم دارد پس در نتیجه، زمانی که از طول موج ماکسیمم استفاده می‌کنیم دیگر نیازی نیست داده‌های اندازه‌گیری شده را به تعداد زیادی تکرار کنیم.
ج) می‌توانیم از نویز(خطای تصادفی) مربوط به آزمایش خودمان تا حد زیادی اطمینان حاصل می‌کنیم.

6) به دلیل آن که طیف نورسنج نمی‌تواند یک تک طول موج را جدا کند بلکه نواری از طول موج‌ها را جدا می‌کند انحراف از قانون بیر (انحراف دستگاهی ظاهری با تابش چند فامی) ایجاد می‌شود. رابطه‌ی زیر تاثیر تابش چند فامی را بر قانون بیر نشان می‌دهد:

هنگامی که تفاوت بین Ɛ و ’Ɛ افزایش یابد انحرافات بزرگتری از خطی بودن رابطه‌ی بین A_m و C را می‌توان انتظار داشت به همین دلیل در اندازه‌گیری‌ها برای به حداقل رساندن انحرافات دستگاهی ظاهری با تابش چند فامی، از λ_max در ناحیه‌ای که در آن T% به سرعت با طول موج تغییر نمی‌کند، استفاده می‌کنند (ناحیه A) زیرا منحنی جذب اغلب در این ناحیه مسطح است و Ɛ ها در طول نوار تغییر زیادی نمی‌کنند، در اینصورت وضعیت مشابه زمانی است که دستگاه بتواند یک تک طول موج را جدا کند، بنابراین می‌توان انتظار داشت که از قانون بیر تبعیت کند.

8) تمام انتقالات پرمنگنات (^_–MNO₄) را بنویسید.

گونه‌های درگیر در انتقالات الکترونی جذب نور به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند:

• گونه‌های جاذب حاوی الکترون‌های σ ، π ، n شامل ترکیبات آلی و یون‌های معدنی
• گونه‌های جاذب شامل الکترون‌های d و f شامل کمپلکس‌های معدنی که اتم مرکزی آن‌ها جزء سری لانتانیدها و اکتینید‌ها می‌باشد.
• گونه‌های حاوی الکترون‌های انتقال بار شامل کمپلکس‌های معدنی.

از آنجایی که یون پرمنگنات یک کمپلکس معدنی می‌باشد، اغلب انتقالات 2 و 3 مطرح می‌شوند.

اتم منگنز در کمپلکس بالا عدد اکسایش (+7) دارد، آرایش الکترونی آن به شکل زیر می‌باشد:

• Mn = [Ar] 3d⁵ 4s²
• Mn7+ = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁰
• O = 1s² 2s² 2p⁴
• O2- = 1s² 2s² 2p⁶

چون اوربیتال d فلز منگنز (+7) به طور کلی خالی می‌باشند پس انتقالات الکترونی d ⟶ d در اینجا مطرح نمی‌شود. در نتیجه تنها انتقالات الکترونی مطرح، انتقالات الکترونی انتقال بار هستند.

جهش‌های الکترونی انتقال بار به سه دسته تقسیم‌بندی می‌شوند:

• جهش‌های الکترونی انتقال بار لیگاند به فلز (LMCT)
• جهش‌های الکترونی انتقال بار فلز به لیگاند (MLCT)
• جهش‌های الکترونی انتقال بار لیگاند به لیگاند (LLCT)

انتقالات MLCT به شرح زیر می‌باشد:

طبق نمودار اوربیتال مولکولی بالا اوربیتال t₂ دارای خواص لیگاند و اوربیتال e دارای خواص فلز می‌باشد. اوربیتال‌های t₂ همان اوربیتال‌های پُر (πP) لایه‌ی ظرفیت لیگاند اکسیژن و اوربیتال‌های e همان اوربیتال‌های خالی d فلز می‌باشند.

انتقال مهم و اصلی کمپلکس پرمنگنات همان LMCT می‌باشد. این جهش از اوربیتال‌های پر اتم اکسیژن به اوربیتال‌های d خالی یون منگنز می‌باشد. انتقال MLCT زمانی روی می‌دهد که فلز اوربیتال‌های پر و لیگاند اوربیتال‌های خالی با انرژی پایین داشته باشد. در کمپلکس پرمنگنات این انتقال وجود ندارد زیرا هیچ الکترونی در اوربیتال d یون فلزی وجود ندارد که به لیگاند اکسیژن انتقال یابد.

ازجمله انتقالاتی که می‌تواند رخ دهد از تراز حالت پایه به تراز های برانگیخته صورت میگیرید. رنگ بنفش محلول پتاسیم پرمنگنات به دلیل انتقال الکترونی در ناحیه‌ی مریی (17700 Cm^-1) می‌باشد. انتقلات دیگری که می‌تواند رخ دهد بین الکترون های در حالت برانگیخته صورت می‌گیرد، یعنی الکترون از یک تراز برانگیخته به تراز برانگیخته ی دیگر می‌تواند جهش پیدا کند. از آن جایی نیز که این جهش ها از نظر تقارن (اسپین) مجازند رنگ مشاهده شده در پرمنگنات بسیار شدید می‌باشد.

9) مزایای دستگاه دوپرتویی نسبت به تک‌پرتویی را بنویسید.

اسپکتروفتومترها بر اساس تعداد پرتوهای نوری که به آشکارساز دستگاه می‌رسد به دو نوع تک‌پرتویی و دوپرتویی تقسیم می‌شوند. اسپکتروفوتومترهای تک پرتو اولین نسل اسپکتروفوتومترها بوده و تمام نور از بین نمونه عبور می‌کند. در این نوع اسپکتروفتومتر برای اندازه‌گیری شدت نور تابشی باید به این نکته توجه داشت. در ابزارهای تک پروتویی، چون تنها یک مسیر نور وجود دارد که از بین نمونه می‌گذرد ، بنابراین این ابزار نیازمند این هستند که به صورت دستی کووت مرجع با کووت نمونه برای کالیبراسیون عوض شود. این اسپکتروفوتومترها ارزان‌تر هستند چرا که بخش‌های کمتری داشته و سیستم آن‌ها پیچیدگی کمتری دارند.

نسل جدیدتر اسپکتروفوتومترها نوع دو پرتو است. در این نوع اسپکتروفتومتر، نور قبل از اینکه به نمونه برسد به دو پرتو مجزا تفکیک می‌شود که این مسئله یک امتیاز تلقی می‌شود زیرا خواندن منبع و نمونه به صورت همزمان انجام می‌شود. در برخی از اسپکتروفوتومترهای دوپرتویی، دو آشکارساز وجود دارد بدین ترتیب امکان اندازه‌گیری همزمان پرتوهای نمونه و مرجع فراهم می‌شود. سایر اسپکتروفوتومترهای دو پرتویی که تنها یک آشکارساز دارند از برشگر پرتو استفاده می‌کنند که این وسیله در هر لحظه یک پرتو را سد کرده و آشکارساز اندازه‌گیری پرتو نمونه و مرجع را به صورت یک در میان انجام می‌دهد. این دستگاه‌ها بسیار حساس می‌باشند.

مزیت دیگر اسپکتروسکوپی دو پرتویی نسبت به تک پرتویی، به غیر از سرعت و دقت بالای آن این است که چون در هر لحظه نور منبع به دو قسمت تقسیم می‌شود، درنتیجه تغییرات و نوساناتی که در فرکانس و شدت منبع نور و دتکتور رخ می‌دهد، تأثیری بر نتیجه‌ی آنالیز نمی‌گذارد.

10) انحرافات قانون بیر- لامبرت را بنویسید.

قانون بیر لمبرت (BEER LAMBERT LAW) با فرض به دست می‌آید و آن این است که اولاً ذرات با یکدیگر برهمکنش نداشته باشند و هر ذره به طور مستقل عمل نماید. همچنین ممکن است یک ذره کاملاً در امتداد ذره‌ی دیگر قرار گیرد، یعنی یک ذره در سایه‌ی ذره‌ی دیگر واقع شده باشد. با این فرض‌ها قانون بیر درست در می‌آید و با آن می‌توان غلظت محلول را بدست آورد، تنها در صورتیکه محلول بسیار رقیق باشد و مطمئن باشیم که فاصله‌ی ذرات به قدر کافی زیاد است که با هم برهمکنش نداشته باشند و در سایه‌ی یکدیگر نیز قرار نگرفته باشند.

همچنین در محلول‌های غلیظ، بدلیل افزایش تأثیرات متقابل ذرات، لاندای ماکزیمم و درنتیجه ضریب جذب تغییر می‌کند، در این حالت نمودار جذب بر حسب غلظت از حالت خطی خارج می‌شود. برای حذف محدودیت واقعی یا فیزیکی باید از محلول‌های رقیق و در بافت‌های یکسان کار کرد (برای هم بافت کردن از الکترولیت بی‌اثر یا افزایش استاندارد می‌توان استفاده نمود).

انحرافات از قاون بیر به سه دسته تقسیم می‌شوند:

قانون بیر در محلول‌های خیلی رقیق و خیلی غلیظ صادق نمی‌باشد.
حضور الکترولیت‌ها: حضور الکترولیت‌ها هم درغلظت‌های بالا و هم در غلظت‌های پایین در انحراف از قانون بیر مؤثر است.
انحرافات شیمیایی: در اثر تجمع یا تفکیک گونه‌ها صورت می‌گیرد. برای حذف این انحرافات معمولاً می‌توان از محلول بافر استفاده نمود. دیگر انحراف‌های شیمیایی عبارتند از تفکیک، پلیمری شدن, تجمع، تشکیل کمپلکس‌های مختلف، حلال‌پوشی ترکیبات مورد اندازه‌گیری، تغییر PH محیط و… .
انحرافات فیزیکی: تغییر رنگ برخی از مواد متناسب با تغییر غلظت، تفاوت ضریب شکست (N) در محلول‌های رقیق و غلیظ، انحرافات تابش‌های هرز.
انحرافات دستگاهی: تکفام نبودن تابش، آلودگی سل‌ها، خطی نبودن جریان حاصل در دتکتور (فتوسل) با شدت نورتابشی، تغییر در مقدار الکتریسیته و درجه حرارت. قانون بیر در طول موج تکفام صادق است (خطی است). بنابراین باید در لاندای ماکزیمم اندازه‌گیری‌ها انجام شود تا انحراف ناشی از تکفام نبودن حذف شود.

11) مکان طول موج‌گزین در دستگاه UV-Vis کجاست؟

دستگاه تک‌پرتویی

 

دستگاه دوپرتویی

 

________________________________________

پاسخ سؤالات آزمایش‌های شیمی دستگاهی (اسپکتروفتومتری UV-Vis / شناسایی کیفی توسط طیف IR / طیف‌سنجی نشر اتمی شعله‌ای / کروماتوگرافی گازی) به رایگان در اختیار شما قرار داده شده است و می تونید با گشتی تو سایت پاسخ باقی سؤالات رو پیدا کنید.

لازم به ذکره که تمامی این سؤالات به صورت یکجا تو یه فایل کامل (45 صفحه‌ای) موجوده که شما می‌تونید فایل را تهیه و همه‌ی سؤالات رو یکجا داشته باشید.