สเปกโทรสโคป (Spectroscopy)

1

1. บทน ำ 2. เทคนคอลตรำไวโอเลตและวสเบลสเปกโทรสโคป (UV-VIS Spectroscopy) 3. สวนประกอบของเครองอลตรำไวโอเลตและวสเบลสเปกโทรโฟโตมเตอร (UV-VIS Spectrophotometer)

4. กำรประยกตใช (Application)

http://www.blogspan.org/blogs/permalinks/6-2007/new-tool-for-spectroscopy.html

1.บทน ำ

สเปกโทรสโคป (Spectroscopy) เปนการศกษาอนตรกรยา (interaction) ระหวางสสาร (matter) กบ รงสแมเหลกไฟฟา (electromagnetic radiation) ทเกดจากการเปลยนระดบพลงงานของอเลคตรอน (electronic) การเปลยนระดบพลงงานการหมน (rotation) และการสนสะเทอน (vibration) ของโมเลกล จากสเปกตรมของโมเลกลจะท าใหทราบขอมลหลายอยางเกยวกบโครงสรางของโมเลกลของสสารและสมบตทางเคม เชน - สมมาตรของโมเลกล (symmetry) - ความยาวพนธะ (bond length) - มมพนธะ (bond angle) - ความแขงแรงของพนธะ (bond strength) - การเปลยนแปลงภายในและระหวางโมเลกล

2

3

หรออกนยหนง สเปกโทรสโคป อาจหมายถง การตรวจสอบ และการบนทกพลงงานทเปลยนไปของนวเคลยส อะตอม ไอออน หรอโมเลกล พลงงานทเปลยนไปนเกดจากการปลดปลอย (emission) การดดกลน (absorption) หรอการกระเจง (scattering) ของรงสแมเหลกไฟฟา

http://www.vias.org/science_cartoons/fluorescence_spectroscopy.html

4

รงสแมเหลกไฟฟำ (electromagnetic radiation) เปนพลงงานรปหนงทประกอบดวยสนามแมเหลกและสนามไฟฟาซงเคลอน ทไปในทศทางเดยวกนแตอยในระนาบตงฉากซงกนและกนโดยสมบตจะเปนปฏกรยารวมระหวางสนามไฟฟาและสนามแมเหลก

การเคลอนทของรงสแมเหลกไฟฟา

5

รงสแมเหลกไฟฟำแสดงสมบต 2 ประกำรคอ เปนทงคลน และ อนภำค สมบตควำมเปนคลน (wave) ไดแก ปรากฏการณตาง ๆ เชน การหกเห การสะทอน การเสรมหรอการหกลางกน การกระจาย การแทรกสอด เปนตน สมบตควำมเปนอนภำค (particle) ซงอนภาคของรงสแมเหลกไฟฟาเรยกวาโฟตอน (photon) หรอควอนตม (quantum) ซงมพลงงานทแนนอนและเคลอนทไปดวยความเรวแสง

6

คลนฮำรโมนกอยำงงำย (simple harmonic wave) มสมบตตามแบบ

ของคลนซายน (sine wave) แทนดวยสมการ y = A sin

ควำมเรวเชงมม (angular velocity, ) หนวย rad s-1 ควำมยำวคลน (wavelength, ) หนวย nm หรอ Å ควำมถ (frequency, ) หมายถง จ านวนคลนทผานจด ๆ หนงตอหนงหนวยเวลา มหนวยเปน cycle per second (cps) หรอ per second (s-1) หรอ Hertz (Hz)

y

3 4

A

2

= 180

7

rad = radian เปนหนวยการวดมมอกหนวยหนง 1 rad = มมท arc length เทากบรศมของทรงกลม

1 rad = 57.2958

Angle in degrees = angle in radian (180/) = 22/7 = 3.1416

8

ควำมสมพนธระหวำง และ :

c = ความเรวของคลนในสญญากาศ = 3 108 m s-1

= ดชนหกเหของตวกลางทคลนเคลอนทผาน

ของอากาศ 1 จะได

หรอ

ควำมสมพนธระหวำง เลขคลน (wave number, ), และ :

η

cλν

ν

cλ cλν

ν

c

νη

λ

1ν

9

พลงงำนของแสง คลนแมเหลกไฟฟา เปนอนภาคเรยกวาโฟตอนหรอควอนตม โฟตอน 1 ตว มพลงงานทแนนอน ซงจะมมากหรอนอย ขนกบความถ สมการของพลงค (Planck’s equation): E = พลงงานของ 1 โฟตอน หนวยเปน J

h = คาคงตวของพลงค (Planck’s constant) = 6.626 10-34 J s

νhcλ

hchνE

10

ชวงของสเปคตรมของคลนแมเหลกไฟฟำ (Electromagnetic spectrum) คลนแมเหลกไฟฟาทน ามาใชประโยชนทางเคม มชวงคลนตงแต รงสแกมมา

(gamma ray, -ray) จนถงคลนวทย (radio wave)

11

สเปกตรม ควำมยำวคลน (nm)

แสงสมวง แสงสคราม - น าเงน

แสงสเขยว แสงสเหลอง

แสงสแสด (สม) แสงสแดง

400-420 420-490 580-590 590-650 590-650 650-700

แสงสตำงๆ ในแถบสเปกตรมของแสงขำว

http://www.vcharkarn.com/lesson/view.php?id=1168

12

ชวงคลนไมโครเวฟ (Microwave region) : อยในชวงความถ 3X1010 ถง 3X1012 Hz หรอมความยาวคลนประมาณ

1 cm ถง 100 m การเปลยนแปลงของพลงงานเกดจากการหมนของโมเลกล (rotation) ความแตกตางของระดบพลงงานของการหมนอยในชวง 102 J mol-1 การหมนของโมเลกล จะเกดสนามไฟฟา (electric filed) ทเกดอนตรกรยากบสวนทเปนสนามไฟฟาของคลนไมโครเวฟ และใหไมโครเวฟสเปคตรมออกมา เทคนคทเกยวของคอ - microwave spectroscopy

เตำไมโครเวฟ

13

ชวงคลนวทย (Radio-frequency region) : อยในชวงความถ 3X106 ถง 3X1010 Hz หรอมความยาวคลนประมาณ 1 m ถง 1 cm การเปลยนแปลงของพลงงานในชวง 10-3 ถง 10 J mol-1 เกดจากการเปลยนแปลงสปน (spin) ของนวเคลยส (nucleus) หรออเลคตรอน (electron) แลวเกดอนตรกรยากบสนามแมเหลกของคลนแมเหลกไฟฟาทความถทเหมาะสม เทคนคทเกยวของคอ - nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy - electron spin resonance (ESR) spectroscopy

14

ชวงคลนอนฟรำเรด (Infrared region) : อยในชวงความถ 3X1012 ถง 3X1014 Hz หรอมความยาวคลนประมาณ

100 m ถง 1 m การเปลยนแปลงของพลงงานทเกยวของเกดจากการสนของโมเลกล (vibration) ความแตกตางของระดบพลงงานของการสนอยในชวง 104 J mol-1 เทคนคทเกยวของคอ - Infrared (IR) spectroscopy - Raman spectroscopy

15

ชวงคลนวสเบลและอลตรำไวโอเลต (Visible and Ultraviolet region) : อยในชวงความถ 3X1014 ถง 3X1016 Hz หรอมความยาวคลนประมาณ

1 m ถง 10 mm การเปลยนแปลงของพลงงานทเกยวของเกดจากการเปลยนระดบพลงงานของอเลคตรอน ความแตกตางของระดบพลงงานของอเลคตรอนวงนอกสดประมาณ 100 kJ mol-1 เทคนคทเกยวของคอ - UV-Visible spectroscopy

16

ชวงคลนรงสเอกซ (X-ray region) : อยในชวงความถ 3X1016 - 3X1018 Hz เทคนคทเกยวของคอ - X-ray diffractometry

ชวงคลนรงสแกมมำ (-ray region) : อยในชวงความถ 3X1018 - 3X1020 Hz

17

แผนภาพแสดงอนตรกรยาระหวางสารกบกลมของโฟตอน ทมาซ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/molecule/molspecon.html.

18

ทบทวน - สมบตของรงสแมเหลกไฟฟา (electromagnetic radiation)

สมบตทเปนคลน

สมบตทเปนอนภำค

ν

cλ

cλν

c

νη

λ

1ν

νhcλ

hchνE

c = ความเรวของคลนในสญญากาศ = 3 108 m s-1

h = คาคงตวของพลงค (Planck’s constant) = 6.626 10-34 J s หรอ 1.58 × 10-34 cal s

19

ตวอยำงท 1 จงหาความถ (Hz) ของคลนทเคลอนทในอากาศทมความยาวคลนหนงรอบเทากบ 5 cm (ตอบ = 6 × 103 MHz ) ตวอยำงท 2 รงสแมเหลกไฟฟามเลขคลน 3.125 × 104 cm-1 จงหาความถ (Hz) และความยาวคลน (nm) (ตอบ = 9.375 × 1014 Hz และ

= 320 nm ) ตวอยำงท 3 จงค านวณหาพลงงานในหนวย J ของรงสวสเบลทมความยาวคลน 600 nm (ตอบ E = 3.31 × 10-19 J) ตวอยำงท 4 จงหาพลงงาน (J) และความถ (Hz)’ของรงสทมความยาวคลน 7 Å (ตอบ = 4.286 × 1017 Hz และ E = 2.84 × 10-16 J) )

20

กำรบำน จงค านวณคาพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟาทเคลอนทผานอากาศ ดงตอไปน และเรยงคาพลงงานดงกลาวจากคานอยไปหามาก 1. ความถ 200 Hz 2. ความยาวคลน 500 นาโนเมตร

3. เลขคลน 800 ตอเมตร

21

ระดบพลงงำน หรอวง

ระดบพลงงำนยอย จ ำนวนอเลกตรอนสงสด ในระดบพลงงำนยอย

จ ำนวนอเลกตรอนสงสด ในระดบพลงงำนหรอวง (2n2)

n = 1 (K) s 2 2

n = 2 (L)

s p

2 6

8

n = 3 (M)

s p d

2 6 10

18

n = 4 (N)

s p d f

2 6 10 14

32

ระดบพลงงำนของอเลกตรอน

22

แผนภำพระดบพลงงำนของอะตอม ทมหลำยอเลกตรอน

Source: http://www.vcharkarn.com/lesson/view.php?id=1168

ระดบพลงงำนยอย s ม 1 ออรบลทล ระดบพลงงำนยอย p ม 3 ออรบลทล ระดบพลงงำนยอย d ม 5 ออรบลทล ระดบพลงงำนยอย f ม 7 ออรบลทล

23 Source: http://www.vcharkarn.com/lesson/view.php?id=1168

24 Source: http://www.vcharkarn.com/lesson/view.php?id=1168

25

กำรดดกลนรงสแมเหลกไฟฟำ โมเลกลของสารใด ๆ ประกอบดวยหลายระดบพลงงานหรอเรยกไดวาพลงงานมลกษณะเปน “quantize” โดยโมเลกลแตละชนดจะมระดบพลงงานตางกนออกไป การเกดทรานสชนระหวางระดบพลงงานสองระดบพลงงานสามารถเกดไดเมอระบบมการดดพลงงาน (absorption) หรอคายพลงงาน (emission)

ทมคาเทากบ E = E2 - E1

E2

E1

E E = E2 - E1 = h

26

โดย Max Planck อธบายวาการดดหรอคายพลงงานจะอยในรปของคลนแมเหลกไฟฟา

ดงนน จะไดวา E = E2 - E1 = h เมอผานรงสแมเหลกไฟฟาเขาไปในสาร โมเลกลหรอไอออนของสารทอยในระดบพลงงานต าหรอในสภาวะพน (ground state) จะเปลยนสภาวะไปอยในระดบพลงงานทสงกวาหรอสภาวะเรา (excited state) การเปลยนแปลงนอาจจะเปนผลมาจากการเปลยนระดบพลงงานของอเลคตรอน (electronic transition) การเปลยนระดบพลงงานการหมน (rotational transition) และการเปลยนระดบพลงงานการสน (vibration transition) ของโมเลกล

ΔEν =

h

ΔE = hν

27

แผนภาพแสดงระดบพลงงานแบบ electronic, vibrational และ rotational ของโมเลกล

E1

E1 v1

v2

v0

v3

r1

r2

r0

r3

E2 v1

v2

v0

v3

r1

r2

r0

r3

E2 E3

พลง

งำน

พลงงำนทงหมดของโมเลกล: Etotal = Eelect + Evib + Erot

28

Rotational transition: เนองจากโมเลกลหมนรอบแกนตางๆ ดวยพลงงานของการหมนทระดบพลงงานแนนอนหลายระดบ ดงนนเมอโมเลกลดดกลนแสงในชวงไมโครเวฟ โมเลกลจะมระดบพลงงานของการหมนสงขน

Vibrational transition: เนองจากโมเลกลไมอยนง แตละอะตอมทประกอบเปนโมเลกลจะสนตลอดเวลาและเกดทระดบพลงงานแนนอน ดงนนเมอโมเลกลดดกลนคลนแสงในชวงอนฟราเรดแลวถกเปลยนระดบพลงงานมาเปนระดบพลงงานของการสนทสงขน

Electronic transition: เมอโมเลกลดดกลนคลนแสงในชวงอลตราไวโอเลตและวสเบล จะท าใหเกดการเปลยนแปลงระดบพลงงานของอเลคตรอนในโมเลกลนนๆ โดยเกดการเราหรอกระตน และท าใหอเลคตรอนตวหนงไปอยในระดบพลงงานทสงขนกวาเดม การทรานสชนของอเลคตรอนในโมเลกลทกครงจะท าใหเกดการเปลยนแปลงระดบพลงงานของการสนและการหมนดวย

29 Source: http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/PictDisplay/Lambert.html

กฏกำรดดกลนแสง

Johann Heirich Lambert (mathematician, physicist, philosopher and astronomer) Born: August 26, 1728, Mulhouse, France Died: September 25, 1777, Berlin, Germany

August Beer (physicist, chemist and mathematician) Born: July 31, 1825, Trier, Germany

Died: November 18, 1863, Bonn, Germany

?

30

กฏกำรดดกลนแสง กฏของแลมเบรต (Lambert’s law) กลาวไววา “แสงทมความยาวคลนเดยวผานตวกลางเนอเดยว สดสวนของความเขมของแสงทถกดดกลนไมขนอยกบความเขมของแสง แตจะขนอยกบความหนาของตวกลาง” ดงนนตวกลางชนดเดยวกนทมความหนาเทากน จะดดกลนพลงงานแสงไดเทากน I0 = ความเขมแสงเมอเรมตกกระทบสาร (b = 0) I = ความเขมแสงหลงผานสารตวกลาง b = ความหนาของตวกลาง ความสมพนธระหวางความหนาของตวกลางและ การดดกลนแสงเปนดงสมการ เมอ k คอคาคงตวปฏภาค (proportional constant)

I0 I

b

db

0I klog = b

I 2.303

31

กฏของเบยร (Beer’s law) กลาวไววา “อตราการลดลงของความเขมของแสงทถกดดกลน เปนสดสวนโดยตรงกบความเขมขนของสาร” A = คาการดดกลนแสง (Absorbance) = คาโมลารแอบซอรปทวต (molar absorptivity) หนวย dm3 cm-1 g-1

C = ความเขมขนของสารละลาย หนวย g dm-3 หรอ mol L-1 หรอ molar

A = εbc

32

กฎของเบยร-แลมเบรต (Beer-Lambert’s law): ความเขมของแสงทถกดดกลนขนอยกบความเขมขนและความหนาของสารละลายตวกลาง A = คาการดดกลนแสง (Absorbance) = คาโมลารแอบซอรปทวต (molar absorptivity) หนวย dm3 cm-1 g-1

C = ความเขมขนของสารละลาย หนวย g dm-3 หรอ mol L-1 หรอ molar

คาการสองผานของแสง (transmittance, T): จะได

0IA = log = εbc

I

0

0

IT =

I

I%T = ×100

I

0

IA = -log = -logT

I

33

ทบทวน - กฎของเบยร แลมเบรต (Beer-Lambert’s law) A = คาการดดกลนแสง (Absorbance) T = คาการสองผานของแสง (Transmittance) = คาโมลารแอบซอรปทวต (molar absorptivity) หนวย dm3 cm-1 g-1

C = ความเขมขนของสารละลาย หนวย g dm-3 หรอ mol L-1 หรอ molar b = ความหนาของตวกลาง (cm)

0IA = log = εbc

I

0 0

I IT = , %T = ×100

I I

0

IA = -log = -logT

I

34

ตวอยำงโจทย 1. สารละลายชนดหนง ดดกลนแสงรอยละ 40 ทความยาวคลน 200 nm สารละลายนใชสารอนทรยทมทมมวลโมเลกลเทากบ 400 g mol-1 หนก 0.1 mg ละลายในเฮกเซน 15 cm3 ในการวดการดดกลนแสงใชเซลลทมความหนา 1 cm จงค านวณหาคา molar

absorptivity ของสารละลายน (ตอบ = 13259 L mol-1 cm-1) 2. สารละลายชนดหนงวดคา absorbance ได 0.8 จงหา %T (ตอบ 15.84%) กำรบำน: สารละลายชนดหนงมความเขมขน เทากบ 0.0010 โมลาร จากการทดลอง โดยใชเทคนคสเปกโทรสโคป พบวา สารละลายดงกลาวมคา Transmission เทากบ 0.10 และความกวางของเซล เทากบ 10 มลลเมตร จงหาคา Absorbance และคา molar absorptivity ของสารละลายน

35

สเปกโทรโฟโตเมทร การวดการดดกลนคลนแสงและการปลอยคลนแสงจะใชเครองมอวดสมบตทางแสงหรอทเรยกวาสเปกโทรมเตอรหรอสเปกโทรโฟโตมเตอร ซงมหลายชนด โดยแตละชนดจะมสวนประกอบพนฐานทเหมอนกน เพยงแตการจดวางสวนประกอบตางกน ซงประกอบดวย 1.แหลงก ำเนดคลนแสง (source) ทมพลงงานคงท 2.อปกรณเลอกควำมยำวคลน (monochromator) ทท าหนาทแยกแสงออกมาเปนความยาวคลนตางๆ จากคลนแสงประเภท polychromatic radiation ออกเปน monochromatic radiation 3.ภำชนะใสตวอยำง (sample container) เปนภาชนะโปรงแสงส าหรบใสสารทวเคราะห 4.สวนตรวจวดสญญำณ (detector) ระบบอานสญญาณเพอใหสญญาณทขยายแลว ออกมาอยในรปทผใชสามารถน าคามาใชตอได

36

2. เทคนคอลตรำไวโอเลตและวสเบลสเปกโทรสโคป (UV-VIS Spectroscopy)

โมเลกลทดดกลนคลนแสงในชวงอลตราไวโอเลตและวสเบล จะท าใหเกดการเปลยนแปลงระดบพลงงาน (การทรานซชน) ของอเลคตรอนในโมเลกลไปอยในระดบพลงงานทสงขนกวาเดม พลงงานทโมเลกลดดกลนเขาไปขนอยกบความยาวคลนหรอความถของคลนแสงนน รงสแมเหลกไฟฟาในชวง UV-VIS มชวงความยาวคลนคอ 1. รงส Ultraviolet มความยาวคลนในชวงประมาณ 200 – 400 nm

2. รงส Visible มความยาวคลนในชวงประมาณ 400 – 800 nm

37

หลกกำรดดกลนรงส UV ของสำรอนทรย เมอสารดดกลนรงส UV เขาไปจะท าใหอเลกตรอนถกกระตนขนไปอยทระดบพลงงานสงกวาเดม อเลกตรอนเหลาน เปนอเลกตรอนวงนอกสดทหลดไดงาย แบงออกเปน 3 ชนด ไดแก

1. อเลกตรอนทท าใหเกดพนธะซกมา () 2. อเลกตรอนทท าใหเกดพนธะไพ () 3. อเลกตรอนทไมไดสรางพนธะ หรออเลกตรอนคโดดเดยว (n)

ออรบทอลเชงโมเลกลทสรางพนธะของฟอรมาลดไฮด (CH2O)

C O

H

H

-bond

-bond -bond

n

38

C O

*- bond

*- bond *- bond

H

H

ออรบทอลเชงโมเลกลทตานการสรางพนธะของฟอรมาลดไฮด

ล าดบของระดบพลงงาน:

< < n < * < *

39

เมออเลกตรอนวงนอกไดรบพลงงานจากรงส UV จะเกดการเปลยนระดบพลงงานจากออรบทอลเชงโมเลกลทมพลงงานสงสดและมอเลกตรอนบรรจอย (highest occupied molecular orbital หรอ HOMO) ไปสออรบทอลทวางและมพลงงาต าสด (lowest unoccupied molecular orbital หรอ LUMO)

พลงงานทอเลกตรอนไดรบมคาเทากบ: E = h = hc/

*

*

Ener

gy

n Ground state

Excited state

* *

* *

n * n *

1

65 n

m

> 19

0 nm

> 18

5 nm

2

80 n

m

การเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอน

40

ตวอยางการดดกลนรงสแมเหลกไฟฟาทท าใหเกดการเปลยนระดบพลงงาน ของอเลกตรอนวงนอกสดของสารอนทรยบางชนด

สำรประกอบ กำรทรำนซชน

-C=C- -C=C-C=C- C=O (O มอเลกตรอนคโดดเดยว) C=N (N มอเลกตรอนคโดดเดยว) C=S (S มอเลกตรอนคโดดเดยว) CH3Cl (Cl มอเลกตรอนคโดดเดยว) R-OH (O มอเลกตรอนคโดดเดยว) R-NH2 (N มอเลกตรอนคโดดเดยว)

สำรประกอบแอลเคน

* * n * n * n * n * n * n * *

pi-electron functions and hetero atoms having non-bonding valence-shell electron pairs chromophore.

41

โครโมฟอร (Chromophore): สารอนทรยทมหมแทนททไมอมตว (unsaturated functional group) ทสามารถดดกลนแสงชวง UV-Vis ได มดวยกน 3 แบบ 1. โครโมฟอรทม multiple bond ระหวาง 2 อะตอมของธาต โดยไมมอเลกตรอนคโดดเดยว เชน 2. โครโมฟอรทม multiple bond ระหวาง 2 อะตอมของธาต โดยมอเลกตรอนคโดดเดยว เชน 3. โครโมฟอรทม benzene ring ไดแกสารประกอบพวกอะโรมาตกไฮโดรคารบอน เชน

C=C

C=O

OH

42

3. สวนประกอบของเครอง UV-VIS Spectrometer

43

องคประกอบส ำคญของเครอง UV-Vis Spectrometer

http://www.public.asu.edu/~laserweb/woodbury/classes/chm467/bioanalytical/spectroscopy/absflr.html

Mirror

44

1. แหลงก ำเนดแสง

Deuterium หรอ hydrogen lamp ซงใหก าเนดแสงทงชวง UV ( 160-400 nm) และ visible ( 400-800 nm)

Tungsten filament lamp หรอ tungsten/halogen lamp ใหก าเนดแสง

ในชวง visible ( 350-2500 nm)

Deuterium lamp http://www.safir.be/D2%20-%20Lamps%20description.htm

http://visual.merriam-webster.com/house/electricity/lighting/tungsten-halogen-lamp.php

Tungsten lamp

Halogen: F2 Cl2 Br2 I2

2. Monochromator (Wavelength Selector) ท าหนาทแยกล าแสงจากแหลงก าเนดแสง โดยแสงจะผานเขาท entrance slit และจะถกแยกดวย grating หรอ prism จากนนแสงทความยาวคลนเดยวทตองการเทานนจะออกจาก Monochromator โดยผานทาง exit slit.

45 http://www.files.chem.vt.edu/chem-ed/optics/selector/spectrom.html

3. Sample container (Cuvette) เปนอปกรณส าหรบใสตวอยางทตองการวเคราะหโดยจะตองมลกษณะโปรงแสง การวเคราะหในชวง UV วสดทนยมใชไดแก Quartz หรอ fused silica และการวเคราะหชวง Visible วสดทเปน silicate glasses

46

http://www.labshops.com/shop/product_info.php?products_id=301&osCsid=37cdeec13c67639692eedab3f81c5491

http://www.ussolid.com/10-quartz-cuvette.html

47

4. Detector เปนอปกรณส าหรบตรวจวดแสงทผานสารตวอยางออกมา โดย detector ทใชมหลายชนด ไดแก

4.1 Photomultiplier tube เปน detector ทไวตอแสงทงในชวง UV และ visible โดยสามารถตรวจวดไดอยางรวดเรว และตรวจวดสารทมปรมาณต าๆ ไดด ในชวงความยาวคลน 190-900 นาโนเมตร

http://learn.hamamatsu.com/articles/photomultipliers.html

เพมจ ำนวนอเลกตรอน (ขยำยสญญำณ)

เพมจ ำนวนอเลกตรอน (ขยำยสญญำณ)

รวบรวมกระแลไฟฟำทเกดขน

48

4.2 Photodiode array detector เปน multichannel detector ทสามารถตรวจวดหลายความยาวคลนของแสงไดในเวลาเดยวกน มราคาถกและ

ตรวจวดคลนแสงไดตงแตชวง 190-1100 นาโนเมตร

http://www.globalspec.com/reference/49713/203279/3-2-diffraction-gratings-and-tunable-filter-spectrometers

49

แบบตำง ๆ ของเครอง UV-Vis spectrophotometer 1. UV-Vis spectrophotometer แบบล ำแสงเดยว

http://chemtech.org/cn/cn212/212-6.htm

ขอด - เลอกความยาวคลนท จะวดไดงาย - ราคาถก

ขอเสย - วดไดครงละ 1 ความยาวคลน

- ตองใชแบลงค (blank) ทกครงทเปลยนความยาวคลน

50

2. UV-Vis spectrophotometer แบบล ำแสงค

2.1 Double beam and single detector

http://cnx.org/content/m34601/latest/?collection=col10699/latest

51

http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/spectrpy/uv-vis/uvspec.htm

2.2 Double beam and double detector

ขอด - เลอกความยาวคลนไดหลายความยาวคลนในครงเดยว - สแกนชวงความยาวคลนทตองการวดได (ได spectrum) - วดไดรวดเรว ประหยดเวลา ขอเสย - ราคาแพง

52

http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/spectrpy/uv-vis/uvspec.htm

http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C108952&Units=SI&Mask=480

OH

ตวอยำงสเปกตรมกำรดดกลนแสงของสำรอนรย

Shen, X., Wu, J., Bai,S., Zhou, H. Journal of Alloys and Compounds 506 (2010) 136–140

Graphene

53

ขอจ ำกดในกำรใชกฎของ Beer-Lambert

กฎของ Beer-Lambert จะใชไมไดเมอ คา Absorbance ทวดได ไมเปนปฏภาค โดยตรงกบความเขมขน เมอเขยนกราฟความสมพนธระหวาง Absorbance กบ ความเขมขน จะไมไดเสนตรง

Abso

rban

ce

Concentration

54

สำเหตกำรเบยงเบนจำกกฎของ Beer-Lambert อาจเกดจาก - สมดลเคม การเปลยนแปลงสมดล ท าใหความเขมขนของสารในระบบเปลยน - ควำมเขมขน กฎของ Beer-Lambert จะใชไดกบสารละลายทมความเขมขนต า ๆ - อณหภม บางปฎกรยาสมดลเคมเปลยน เมออณหภมเปลยน - ตวท ำละลำย บางชนดอาจดดกลนแสงในชวง UV-Vis

3.4 กำรประยกตใช (Applications)

กำรวเครำะหเชงคณภำพ: โมเลกลของสารอนทรยทมโครโมฟอรสามารถใหสเปกตรมทเกดจากการดดกลนรงส UV-Vis ได สารแตละตวจะแสดงสเปกตรมเฉพาะ เราสามารถน าคณสมบตนไปวเคราะหสารในเชงคณภาพได

กำรวเครำะหเชงปรมำณ: สามารถค านวณหาความเขมขนของสารละลาย

จากคา Absorbance ท max

- หาอตราการเกดปฏกรยาเคม

- หาคาคงทอตรา (k) ของปฏกรยาเคม

55

56

ใชตรวจสอบอญมณ เชน ทบทม แซฟไฟร ตรวจจ าแนกอญมณสงเคราะหกบอญมณธรรมชาต ตรวจสอบแหลงก าเนดของอญมณ ตรวจสอบการปรบปรงคณภาพในอญมณบางชนด และตรวจสอบความเปนธรรมชาตของสเพชร ศกษาชนดของธาตทท าใหเกดสในพลอย พลอยแท พลอยสงเคราะห เปนตน

กำรประยกตใชดำนอน ๆ

http://www.tatgreenheart.com/archives/2662 http://www.thaitechno.net

57

Chrome tourmaline Emerald

Scarratt, K. Lab Report. JewelSiam, Aug/Sept 1994. P 128-133.

58

วเครำะหฮอบส (Hops) ในเบยร

Uwe Oppermann

‘...the determination of hop content in the beer is the most important quality assurance measurement. The taste is determined in the first instance through the hop content: the more hops, the bitterer and stronger the taste of the beer. The analytical wavelength used for hops determination is 275 nm...’

Source: G.I.T. Laboratory Journal 4/2004

59 http://www.authorstream.com/Presentation/ginogeo-108151-uv-vis-food-monitoring-ceccarelli-slim2008-finale-science-technology-ppt-powerpoint/

วเครำะหควำมสดของผลไม

60 http://www.authorstream.com/Presentation/ginogeo-108151-uv-vis-food-monitoring-ceccarelli-slim2008-finale-science-technology-ppt-powerpoint/

61 http://www.authorstream.com/Presentation/ginogeo-108151-uv-vis-food-monitoring-ceccarelli-slim2008-finale-science-technology-ppt-powerpoint/

62 http://www.authorstream.com/Presentation/ginogeo-108151-uv-vis-food-monitoring-ceccarelli-slim2008-finale-science-technology-ppt-powerpoint/