I denne filmen skal vi se på spektroskopi som analysemetode. Vi har to typer spektre, kan vi si, som vi kan analysere. Vi har emissjonsspekter og absorpsjonsspekter. Tidligere har vi lært om sammenhengende spekter, hvor alle bølgelengder i en synlig lys vises.
Her, da ser vi absolutt alle bølgelengder. Et grunnstoff sender ut, hvis vi har en gass her, så sender det ut bestemte bølgelengder avhengig av hvilke energinivåer elektronen eksiteres til. Dette gir et emisjonsspekter. Da får vi et enkelt stripe som er karakteristisk for hvert enkelt grunnstoff. Og hvis vi har hvitt lys fra en glødelampe som inneholder alle fargene, altså har et sammenhengende spekter, og det blir sendt gjennom et gass av et grunnstoff, så vil bestemte bølgelengder bli absorbert.
Da får vi et absorpsjonsspekter. Da får vi svarte striper akkurat i samme plass som emisjonsspektret vil se ut. Ved å se et sånt spekter kan vi bestemme hvilket stoff man har. Det kalles for en kvalitativ analyse. Kvalitetet går på bestemmelse av stoff.
De her eksiteringer som vi snakker om, det er jo det at elektronene som ligger i skall, blir sparket ut når det tilsettes energi. Og så da vil det gjerne falle tilbake igjen, og mengden energi den avgjør, altså når det faller tilbake fra et skall lenger ut til et skall lenger inn, så frigjøres det energi, tilsvarende energinivået mellom de to skallene. Og det energinivået avgjør hvilken energi det er i fotonet som sendes ut, eller energipakken som sendes ut, og altså hvilken bølgelengde det er. Så å falle fra det skallet til det skallet gir rødt lys, derfra til dit gir blått lys, og så videre. Vi ser også her at det kan avgi UV-bølger også, som vi ikke ser.
I tillegg til å måle bølgelengden for linjen, altså for å finne hvilket stoff det er, så kan vi også måle mengden absorbert eller emittert lys. Da kan vi gjøre kvantitative analyser, da kan vi bestemme hvor mye vi har av stoffet i tillegg. Og jo høyere konsentrasjon et stoff har, jo høyere absorpsjon eller emisjon er det. Alle atomer, ioner og molekyler har unike spekter, så et sånt spekter som dette blir et slags fingeravtrykk.
Og bølgelengden til spektrallinjen, altså denne linjen, kan derfor fortelle oss hvilke stoffer man har i en blanding. Da sier vi det er en kvalitativ analyse. Intensiteten i det to-dimensionale spektret forteller oss hvor mye vi har av stoffene.
Hvis vi har dette spektret her, så måler jeg hvilke bølgelengder som det absorberes på. så vil høyden på toppen også fortelle oss hvor mye vi har av stoffet. Hvor toppen kommer hen er jo avhengig av bølgelengden, så det kommer jo an på hvilke stoff det er. Men for å måle hvor mye vi har av disse forbindelsene, så trenger man et instrument som kan måle mengden av absorbert lys eller emittert lys. Og det kalles for et spektrometer.
Når vi bruker et spektrometer så får vi en analysemetode som kalles spektroskopi. Der benytter vi oss av vekselvirkningen mellom partikler og stråling for å finne ut hvilke stoff vi har, hvor mye vi har i en ukendprøve. Et absorpsjonsspektrometer består av en lyskilde, en lampe rett og slett, en linse som fokuserer lyset her, Da ser vi at vi samler bølgelengden, eller lyset, sånn at det blir mer intenst. Et prisme, denne biten, som sprer lyset etter bølgelengden. Da får vi skilt det mellom forskjellige bølgelengder.
Vi har en, ja det skulle stå det her, en spalte som velger ut, eller en bølgelengdevelger kan du kalle den, som velger ut bestemte bølgelengder, som sender det gjennom vannprøvelsen. prøven vår, og så har vi en detektor her, som registrerer lysintensiteten. Vi skal gå litt nærmere gjennom metoden senere.
Prøven skal analyseres heller opp i en kjuvette, som vi har her. som en gjennomsiktig beholder, og plasseres i spektrometret slik at lys med bestemt farge sendes gjennom prøven. Utgangspunktet for denne analysmetoden er Berlambærs lov.
Det er tre faktorer som avgjør hvor mye lys som absorberes. Det ene er hvilken bølgelengde det er. En prøve som vi skal analysere vil absorbere forskjellige lysbølger på forskjellige måter.
Nå kan bølgelengden absorberes mer enn andre bølgelengder. Lengden av kvettet, altså hvor tjukt den er, hvor mye væske skal lyse gjennom, vil også påvirke hvor mye lys som absorberes. Og konsentrasjonen av stoffet. Hvis det er et stoff som absorberer farget, jo høyere konsentrasjon du har av stoffet, jo mer av lyset blir absorbert.
Denne sammenhengen setter vi opp i B-Lambærs lov. Hvor A er absorbansen. K er en konstant som er avhengig av stoffets absorbanser ved en bestemte bølgelengde. L er lengden lyset går gjennom kuvetten, altså bredden på kuvetten, og C er konsentrasjon av løsninga. Vi bruker, sørger for at vi alltid bruker samme kuvette, slik at K og L er konstant, hvilket betyr at absorbansen, altså AN, er linjær i forhold til konsentrasjonen.
Absorbansen er en konstant gang i konsentrasjon. For å få best mulig resultat, bør man bruke lys med farge som er komplementær til fargen på prøven. Når vårt øye opplever en farge, så skyldes det at lys med en bestemt bølgelengde reflekteres fra gjenstanden.
Det er denne fargen vi opplever at gjenstanden har. Det betyr... egentlig at motsatt farge, eller en komplementær farge, blir absorbert.
Så hvis vi ser på en gjenstand at det er gul, la oss si det er gul t-skjorte, så betyr det egentlig at det er gul fargen som reflekteres, og det betyr at den vil absorbere de andre fargene, kanskje allermest den fargen som er komplementær, som ligger rett over i. I det første her har vi klare linjer mellom de forskjellige fargene, og angir bestemte bølgelengder, at den på 600 nanometer skiljer mellom gul og orange. Men vi ser på den andre her at dette er glidende overganger. Så på forskjellige fargesirkler vil det anges på forskjellige verdier, fordi det er ikke eksakt.
Vi ser også at det er forskjellig størrelse på sektoren her. Ja, partiklene absorberer ulike deler av spekterne, og den fargen vi ser er ofte en blanding av flere farger også. Sånn at selv om vi ser gul, så kan det være en blanding av gul og grønn for eksempel.
Så det er ikke alltid at komplementærfargen til fargen vi ser har størst absorpsjon. Så denne fargesirkelen her er en forenkling. For å få en nøyaktig bølgelengde til gjennomføring av en slags spektroskopi, absorpsjonsspektroskopi, så må man analysere prøveløsningen med alle bølgelengder innen synlig lys. Den bølgelengden som absorberer mest lys vil gi mest nøyaktige resultater. Dette synliggjøres i et absorpsjonsspekter, hvor vi bruker alle bølgelengdene til synlig lys.
Her ser vi det. Her har vi synlig lys fra 400 til 700 nanometer. I denne prøven her hvor vi har testet klorofyll A og B, så ser vi at det absorberes mye lys på klorofyll B, som er den blå kurven. Så absorberes det mye lys ved 470 nanometer, og ganske mye med 640. Så absorberes det ikke så mye lys mellom der.
Så der har vi på en måte en avansert måte å finne komplementærfargen på, kan du si. Så vi kan godt si at komplementærfargen her vil ha den bølgelengden, vil være blå. Den vil ha den bølgelengden der.
Det er den som absorberes best. Da er det bølgelengden vi bør bruke når vi kjører absorpsjonsspektroskopi. Vi har til nå sett bare på synlig lys spektroskopi. Men vi kan også bruke IR-spektroskopi og UV-spektroskopi. Da er vi avhengig av analyseapparatet, for disse bølgene ser jo ikke vi.
Teorien blir likevel den samme. Vi kan kjøre et absorpsjonsspekter, og hvis vi er på ultraviolett så er vi på nedskje her, er vi på interfløret så er vi på øverskje. Så vi avhenger absorpsjonsspekter for å finne bølgelengden med best absorbans. Her ser vi hele det elektromagnetiske spekteret.
Det er bare den lille her som er det synlige lyset som vi ser. Og så har vi det området der som er ultraviolett, og hele det området der som er infrarød. Og disse bølgene kan også absorberes bestemte bølgelengder der.
Der har vi figuren vår, og en analyse på et spektrometer foregår på følgende måte. Løsningen som skal analyseres plasseres i kvetten, og den ser gjerne sånn ut. Den er firkantet, og så setter vi på lys med bestemt bølgelengde.
Så hvis vi har funnet ut at absorbansen... er størst, altså gult lys er den fargen som absorberes mest, så setter vi på denne bølgelengdeveljen på gult lys. Og det er det lyset som sendes gjennom kuvetta med løsninger. Vi vet intensiteten på lyset som sendes inn i kuvetta. Den kalles for I0.
Den her lysintensiteten inn. Og så måler vi lysintensiteten ut, det som kalles IT her, i bruken kalles bare for I normalt, det måles av detektoren hvor mye intensitet det er på lyset som kommer ut. Og da kan man beregne absorbansen som kommer opp på displayen her, ved å ta logaritmen til I0 delt på I. Da har man beregnet en størrelse vi kaller for absorbans. Og dette kan vi gjøre for alle prøver, og så vil den forskjellige...
Det er forskjellig absorbans, alt etter konsentrasjon på løsninger. Så når vi da skal gjøre en analyse med spektrometer, så vet vi hvilke stoff vi skal ha, finne konsentrasjon av, og vi vet også hvilken bølgelengde som er optimal. Vi lager fem løsninger.
Det må ikke være fem, men normalt fem løsninger, med kjent konsentrasjon. Disse kalles for standardløsninger. Disse fem standardløsningene måler vi absorbansen til, og så lager vi en linjær graf. Vi sa jo det at ifølge Bela-Mers-lov er det en linjær sammenheng mellom absorbans og konsentrasjon.
Så vi lager en linjær graf, altså rett linje, hvor konsentrasjon er x-verdi og absorbansen er y-verdi igjen. Dette kalles vi for en standardkurve. Her har vi målt 1, 2, 3, 4, 5, 6 standardløsninger. Vi ser at det blir ikke helt linjert, men vi gjør en regresjon sånn at vi får en linjær kurve.
Så tar vi den ukjente løsningen, eller løsningen med ukjent konsentrasjon, og måler observansen i den. Og så leser vi av kurven for å finne konsentrasjon på analyseløsningen. Vi har sikkert et eksempel her, ja.
Vi skal finne konsentrasjon av kaliumpermangandratløsning ved hjelp av spektroskopi. Kaliumpermanganat er lilla, så vi bør da bruke komplementærfargen til lilla når vi skal analysere. Vi lager fem standardløsninger med kjent konsentrasjon. 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 og 0,5 molar.
Absorbansen til hver av disse fem standardløsningene, og til den ukjente blir målt. Der har vi standardløsning 1, 2, 3, 4, 5, og så har vi den ukjente. Der har vi absorbansen som er målt.
Vi får jo absorbansen. ut av apparatet, vi måler ikke lysintensiteten, vi får bare vite absorbansen fra apparatet. Ut fra absorbansen til standardløsningen, så lager vi en standardkurve, som ser sånn ut.
Der har vi standardløsningen, vår konsentrasjon, og der har vi absorbansen. Vi plotter inn punktene, og så lar vi en linjær regresjon for å legge den beste kurven. Så bruker vi absorbansen til den utkjente.
og les konsentrasjon av standøykurven. Absorbansen til ukjenten var 0,64, der legger vi en linje bort dit, til vi finner skjæring med kurven, og så leser vi avverdien der. Og da ser vi det at konsentrasjonen var på 0,37 mol per liter.
Da har vi funnet konsentrasjonen på den ukjente løsningen, ut fra en standøykurve. Jepp. Det var hele spektroskopien.
Håper det var forståelig, og det... Jeg gikk for fort. Takk