Denne metoden krever at du sammenlikner dine ukjente med en serie standarder. r cs

Transkript

1 1 Ikke-instrumentelle metoder. Elektronisk deteksjon har ikke alltid vært mulig. Tidligere absorpsjonsmetoder var basert på å bruke øyet som detektor. I noen tilfeller er dette fremdeles en fornuftig metode. Sammenlikning av farger Denne metoden krever at du sammenlikner dine ukjente med en serie standarder. Fordeler Instrumentet utstyr er ikke nødvendig Billig og enkelt å bruke Bakdeler Mange standarder er nødvendig for rimelig nøyaktighet prøven må ha en farge du kan se vanskelig å arbeide med fargeblandinger Dybdemetoden Dette er en utvidelse av sammenlikningsmetoden Dybden av de to løsningene justeres til fargen synes lik ds cr d = r cs Fordeler Kun en standard. Man kan oppnå større nøyaktigheten enn ved å bruke separate standarder Bakdeler De samme som ved bruk av separate standarder d.v.s. man kan se en farge øyet kan se. Det er vanskelig å arbeide med fargeblandinger Instrumentelle metoder Alle instrumenter består av følgende generelle komponenter lyskilde bølgelengdevelger prøvecelle detektor utskriftsenhet (display) Hvordan disse komponentene er arrangert avhenger av metoden. Vanlig arrangement i UV/synlig absorpsjonsspektrofotometri

2 2 Lyskilder. I et instrument for generelle formål trenger vi en kilde som kan produsere er vidt spekter av λ med omtrent samme intensitet. Vi får sjelden samme intensitet, men de fleste instrumenter kompenserer for dette. La oss se på noen av de vanligste lyskildene. Wolframlampen benyttes i det synlige området. Wolframlampe likner en vanlig lyspære Spekteret er vist på i figur 20-3 side 464. Spekteret fra lampen bestemmes mer av temp. enn av materialet. Stråling fra et svart legeme skyldes atomære og molekylære svingninger fra termisk eksitasjon. Dette gir et kontinuerlig spekter i området nm. Mest stråling fås i det nære infrarøde. Ved vanlig brukte temperaturer, 3000 K, er kun 15 % av den totale strålingen i det synlige området; ved 2000 K kun 1 %. Ved å øke temperaturen over 3000 K øker den totale energi og maksimum for strålingsintensitet forskyves mot kortere bølgelengde. Levetiden forkortes imidlertid drastisk. Levetiden av en wolframlampe kan økes i nærvær av jod eller bromdamp. Glasset er kvarts. Disse lampene kalles halogenlamper. Virkemåte er beskrevet her: søk på Halogen Lights D 2 -lampen λ område nm Deuterium og hydrogen gir kontinuerlige spekter i UV området D 2 + Ee D 2 * D + D + hν Ee = E D2* = E D + E D + hν D 2 lamper benyttes fremfor hydrogen da deuteriumlamper gir størst strålingseffekt. Bølgelengdevelgere Hensikten med bølgelengdevelgeren er at kun en λ skal nå detektoren på et gitt tidspunkt Vanligvis ønsker vi kun å se på en enkelt bølgelengde på et gitt tidspunkt. Noen ganger ønsker vi å ta opp et spekter da ser vi sekvensielt på flere λ. Vi kan egentlig ikke se på kun en bølgelengde om gangen. Ingen monokromator eller filter kan produsere lys med kun en bølgelengde. De vil produsere et bånd senteret rundt en sentral nominell bølgelengde. Når vi plotter %T mot bølgelengde vil bredden av båndet ved halvhøyden være den effektive båndbredden (kalles også bare båndbredden). Båndbredden variere fra en λ-velger (filter eller monokromator) til en annen. Det fins monokromatorer som kan produsere meget tynne bånd. Vi benytter et som kan lage et bånd på 2 nm. Enkelte filter lager bånd med bredde som er hele 200 nm. Et filter er den enkleste type λ-velger. Målet er å velge en smalt område av bølgelengder som tillates å passere. Det fins to typer absorpsjonsfiltre og interferensfiltre. Absorpsjonsfiltre er fargede glassplater som brukes til å absorbere λ uten interesse. De er generelt mindre kostbare og mer robust enn et interferensfilter. Filteret består vanligvis av en

3 3 farget glassplate som ved absorpsjon fjerner deler av den innsendte strålen. Et absorpsjonsfilter har båndbredde i området nm. Interferensfilter utnytter optisk interferens for å lage et relativt smalt bølgelengdeområde. Et interferensfilter består av et meget tynt lag av et transparent materiale, vanligvis CaF 2 eller MgF 2, dekt på begge sider med en tynn film av et metall, vanligvis sølv. Det transparente laget er 1 eller 2 bølgelengder tykt. Med et filter kan man ikke scanne et bølgelengdeområde. Monokromator er i stand til å produsere mange forskjellige λ Gittermonokromatorer er de mest benyttede i UV/synlig. De består av en polert overflate med en serie parallelle linjer etset inn, i UV/synlig linjer/mm. Kyvetter Vi trenger noe å ha prøven i. Det vi har prøven i må være transparent for alle de λ vi er interessert i. Kyvetten må ha en bestemt lengde for kvantitativt arbeide, 1 cm er vanlig. Materiale λ område (nm) kvarts glass plastikk Kvarts kan også benyttes i synlig området, men kvarts er mer kostbart enn glass og plastikk. Detektorer. Vi trenger en metode for å detektere lys som har klart å gå gjennom systemet vårt. Formålet med en detektor er å omdanne lys til et målbart signal Transdusere, signalomformer. Effekten av strålen må omformes for å kunne avleses. Til dette trengs en eller annen form for signalomformer, en transduser som omformer til en fysisk størrelse som gir en mer anvendelig form for informasjon. En ideell detektor har høy sensitivitet, høyt signal/støy forhold og konstant respons over et stort bølgelengdeintervall. Man ønsker hurtig respons og minimalt signal dersom den ikke bestråles.

4 4 G = kp + k G elektrisk respons (strøm, motstand eller potensial) k sensitivitet P strålingseffekt k bakgrunnssignal når k = 0 er G = kp Vanlige detektorer Detektortype λ område, nm Fotorør Fotomultiplikatorrør Dioder Fotorør. Et fotorør består av en halvsylinderisk katode og en tråanode. Den siden som er konkav er dekt innvendig med et alkalimetall eller et metalloksid. Når fotoner treffer alkalimetallet eller metalloksidet vil det sendes ut elektroner. Når det legges en spenning over elektrodene vil de elektronene som sendes ut (emitteres) gå til anoden. Det produseres en strøm som forsterkes og deretter skrives signalet ut. Antall elektroner som sendes ut fra katoden er direkte proporsjonalt med strålingseffekten på strålen som treffer den. Når man påtrykker en spenning på 90 V vil alle emitterte elektroner nå anoden. Fotorør vil vanligvis ha et bakgrunnssignal p.g.a. termisk indusert emisjon. Fotomultiplikatorrør (PM). Disse detektorene likner fotorør fordi man også her har en katode hvor et innkommende foton forårsaker at et elektron sendes ut. PM forsterker signalet via en serie dynoder Katodeoverflaten er av samme materiale som i fotorør. Elektronene akselereres mot en dynode merket 1 i figuren. Denne er 90 V mer positiv enn katoden. Elektronene akselereres mot dynode merket 2. Denne er 90 V mer positiv enn dynode 1. Ca elektroner produseres ved anoden for hvert foton som treffer katoden i et fotomultiplikatorrør. Dioder er laget av silisium. Silisium er et gruppe IV element har 4 valenselektroner og er en halvleder. Termisk eksitasjon av et elektron etterlater et hull (positivt ladet). Hullet er mobilt på samme måte som et elektron. Et elektron fra et nabosilisium hopper inn i hullet og lager et nytt hull. Ledning i halvledere beror på forflyttning av hull og elektroner. Ledningsevnen av silisium kan økes ved at man doper med små mengder bor el. gallium (p-leder) eller arsen el. fosfor (n-leder) Dioder leder strøm en retning men ikke i motsatt retning.

5 5 forward biased, forspent i lederetningen leder strøm reversed biased, forspent i sperreretningen leder ikke strøm En diode som er forspent i sperreretningen kan brukes som strålingsdetektor. Fotoner i UV og synlig lys har tilstrekkelig energi til å lage hull og elektroner i det tomme laget der p-lederen og n-lederen møtes. Økning i ledningsevne kan måles og er direkte proporsjonal med strålingseffekten. Når en diode utsettes for lys forstyrres den og den tillater at det går strøm. Strømmen som går er proporsjonal med lyset som treffer dioden. I et diodearray spektrofotometer er det mulig å måle på mange bølgelengder samtidig.