Il colore che vediamo di una sostanza chimica è il colore della luce che viene riflessa dalla sostanza chimica. Ad esempio, una sostanza chimica rossa riflette la luce con lunghezze d'onda associate al colore rosso, mentre assorbe le altre lunghezze d'onda. Una sostanza chimica nera assorbe tutta la luce che la colpisce, quindi non vediamo alcun colore.

I pigmenti sono sostanze che assorbono la luce in modo selettivo. I pigmenti sono responsabili del colore di molte sostanze chimiche, come i coloranti e i farmaci.

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Pigmenti e colore delle sostanze chimiche

I materiali trasparenti sono materiali che consentono alla luce di passare attraverso. I materiali trasparenti non hanno pigmenti, quindi non assorbono la luce. I materiali traslucidi sono materiali che consentono alla luce di passare attraverso, ma la luce viene diffusa. I materiali opachi sono materiali che non consentono alla luce di passare attraverso.

Il colore delle sostanze chimiche può essere influenzato da una varietà di fattori, tra cui:

• La struttura della sostanza chimica: la struttura della sostanza chimica può influenzare il modo in cui la luce viene riflessa e assorbita. Ad esempio, una sostanza chimica liscia rifletterà più luce di una sostanza chimica ruvida.

• La concentrazione della sostanza chimica: la concentrazione della sostanza chimica può influenzare la quantità di luce che viene assorbita. Una concentrazione più alta assorbirà più luce di una concentrazione più bassa.

• La temperatura della sostanza chimica: la temperatura della sostanza chimica può influenzare il modo in cui la luce viene assorbita. Una sostanza chimica più calda assorbirà più luce di una sostanza chimica più fredda.

Il colore delle sostanze chimiche è un fenomeno complesso che può essere influenzato da una varietà di fattori.

• Rappresentazione spaziale di un'onda elettromagnetica

• Rappresentazione temporale: mostra l'andamento dei campi elettrico e magnetico nel tempo.

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• Rappresentazione temporale di un'onda elettromagnetica

Grandezze

Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate da tre grandezze fondamentali:

• Lunghezza d'onda (λ): è la distanza tra due punti consecutivi della stessa fase dell'onda.

• Frequenza (ν): è il numero di oscillazioni complete dell'onda in un secondo.

• Velocità di propagazione (c): è la velocità con cui l'onda si propaga nello spazio.

La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche è costante nel vuoto e vale:

c = 299.792.458 m/s

Relazione tra lunghezza d'onda e frequenza

La lunghezza d'onda e la frequenza di un'onda elettromagnetica sono inversamente proporzionali:

λν = c

Energia dell'onda elettromagnetica

L'energia di un'onda elettromagnetica è proporzionale alla sua frequenza:

E = hν

dove h è la costante di Planck, che vale 6,62607004 × 10^-34 J⋅s.

Tipi di onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche sono classificate in base alla loro lunghezza d'onda. Le onde elettromagnetiche con lunghezze d'onda più corte, come i raggi gamma e i raggi X, sono caratterizzate da un'elevata energia e possono danneggiare i tessuti viventi. Le onde elettromagnetiche con lunghezze d'onda più lunghe, come le onde radio e le onde infrarosse, sono caratterizzate da una bassa energia e sono generalmente innocue per i tessuti viventi.

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Spettro elettromagnetico

Applicazioni delle onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche hanno un'ampia gamma di applicazioni, tra cui:

• Comunicazioni: le onde elettromagnetiche vengono utilizzate per la trasmissione di segnali radio, televisivi e telefonici.

• Medicina: le onde elettromagnetiche vengono utilizzate per la diagnostica e la terapia medica.

• Industria: le onde elettromagnetiche vengono utilizzate per la lavorazione dei materiali e per il riscaldamento.

• Ricerca scientifica: le onde elettromagnetiche vengono utilizzate per studiare la struttura della materia e l'universo.

La spettrofotometria UV/Vis è una tecnica versatile che può essere utilizzata per una varietà di applicazioni, tra cui:

• Analisi quantitativa: la spettrofotometria UV/Vis può essere utilizzata per determinare la concentrazione di una sostanza chimica in una soluzione.

• Analisi qualitativa: la spettrofotometria UV/Vis può essere utilizzata per identificare una sostanza chimica in base al suo spettro di assorbimento.

• Studi strutturali: la spettrofotometria UV/Vis può essere utilizzata per studiare la struttura di una molecola in base al suo spettro di assorbimento.

Principio di funzionamento

La spettrofotometria UV/Vis si basa sul principio che le sostanze chimiche assorbono la luce in modo selettivo. La lunghezza d'onda della luce assorbita dipende dalla struttura della sostanza chimica.

In un'analisi spettrofotometrica UV/Vis, un campione di soluzione viene posto in un cuvettone e illuminato con luce ultravioletta o visibile. La luce che non viene assorbita dalla soluzione passa attraverso il cuvettone e viene rilevata da un fotorilevatore.

La quantità di luce assorbita dalla soluzione è proporzionale alla concentrazione della sostanza chimica in soluzione.

Spettro di assorbimento

Lo spettro di assorbimento di una sostanza chimica è un grafico che mostra l'assorbimento della luce in funzione della lunghezza d'onda.

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Spettro di assorbimento di una sostanza chimica

Lo spettro di assorbimento di una sostanza chimica può essere utilizzato per identificare la sostanza chimica e per determinare la sua concentrazione.

Applicazioni

La spettrofotometria UV/Vis ha una vasta gamma di applicazioni, tra cui:

• Analisi chimica: la spettrofotometria UV/Vis viene utilizzata per analizzare una varietà di sostanze chimiche, tra cui farmaci, coloranti, alimenti e materiali.

• Medicina: la spettrofotometria UV/Vis viene utilizzata per diagnosticare malattie, monitorare i trattamenti medici e studiare il metabolismo.

• Industria: la spettrofotometria UV/Vis viene utilizzata per controllare la qualità dei prodotti, studiare i processi industriali e sviluppare nuovi materiali.

La lunghezza d'onda di massima assorbanza è determinata dalla struttura della sostanza chimica. Le sostanze chimiche con doppi legami coniugati assorbono la luce ultravioletta, mentre le sostanze chimiche con gruppi funzionali polari assorbono la luce visibile.

Ad esempio, il beta-carotene, un pigmento che si trova nelle carote, ha una lunghezza d'onda di massima assorbanza di 484 nm. Questa lunghezza d'onda corrisponde alla luce gialla, che è il colore che vediamo quando guardiamo le carote.

La lunghezza d'onda di massima assorbanza può essere utilizzata per determinare la concentrazione di una sostanza chimica in una soluzione. La legge di Lambert-Beer afferma che l'assorbanza di una sostanza chimica è proporzionale alla concentrazione della sostanza chimica e alla lunghezza del percorso della luce attraverso la soluzione.

La lunghezza d'onda di massima assorbanza può essere utilizzata anche per studiare la struttura di una molecola. Ad esempio, la posizione della lunghezza d'onda di massima assorbanza può essere utilizzata per determinare il numero e la posizione dei doppi legami coniugati in una molecola.

La spettrofotometria UV/Vis è una tecnica versatile che può essere utilizzata per una varietà di applicazioni.

Effetto batocromo

L'effetto batocromo è causato dalla presenza di gruppi funzionali, detti appunto batocromi, nelle adiacenze del cromoforo. I gruppi batocromi sono gruppi chimici che possono donare elettroni al cromoforo, aumentando la sua energia e, quindi, spostando la banda di assorbimento verso lunghezze d'onda più lunghe.

Alcuni esempi di gruppi batocromi includono:

• Gruppi elettron-donatori, come i gruppi amminici e i gruppi alcoli.

• Gruppi che possono formare legami di idrogeno, come i gruppi idrossilici e i gruppi amino.

• Gruppi che possono essere protonati, come i gruppi carbossilici.

L'effetto batocromo può essere utilizzato per identificare la presenza di gruppi batocromi in una molecola. Ad esempio, se si osserva che la banda di assorbimento di una molecola si sposta verso lunghezze d'onda più lunghe quando si aggiunge un gruppo batocromo, si può concludere che il gruppo batocromo è presente nella molecola.

L'effetto batocromo ha una varietà di applicazioni, tra cui:

• Analisi chimica: l'effetto batocromo può essere utilizzato per identificare la presenza di gruppi batocromi in una molecola.

• Sviluppo di nuovi farmaci: l'effetto batocromo può essere utilizzato per sviluppare nuovi farmaci con proprietà farmacologiche desiderate.

• Sviluppo di nuovi materiali: l'effetto batocromo può essere utilizzato per sviluppare nuovi materiali con proprietà ottiche desiderate.

Passaggio 1: accendere l'alimentazione dello strumento

Innanzitutto, è necessario accendere l'alimentazione dello strumento. Questo può essere fatto utilizzando un interruttore di alimentazione o un pulsante di accensione.

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Interruttore di alimentazione dello strumento di assorbimento atomico

Passaggio 2: accendere il gas combustibile

Successivamente, è necessario accendere il gas combustibile. Questo può essere fatto utilizzando un rubinetto o un pulsante.

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Rubinetto del gas combustibile dello strumento di assorbimento atomico

Passaggio 3: accendere l'aria di supporto

Quindi, è necessario accendere l'aria di supporto. Questo può essere fatto utilizzando un rubinetto o un pulsante.

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Rubinetto dell'aria di supporto dello strumento di assorbimento atomico

Passaggio 4: accendere la lampada a catodo cavo

Una volta che il gas combustibile e l'aria di supporto sono accesi, è possibile accendere la lampada a catodo cavo. Questo può essere fatto utilizzando un interruttore o un pulsante.

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Lampada a catodo cavo dello strumento di assorbimento atomico

Passaggio 5: regolare la fiamma del bruciatore

Infine, è necessario regolare la fiamma del bruciatore. La fiamma dovrebbe essere azzurra e uniforme. Se la fiamma non è uniforme, è possibile regolarla utilizzando le valvole del gas combustibile e dell'aria di supporto.

Una volta che lo strumento è acceso, è possibile iniziare a eseguire analisi.

Avvertenze

• È importante seguire le istruzioni del produttore dello strumento quando si accende e si spegne lo strumento.

• È importante utilizzare sempre occhiali di protezione quando si lavora con strumenti di assorbimento atomico.

• I gas combustibili possono essere pericolosi. È importante utilizzare i gas combustibili in modo sicuro.

Un sistema di atomizzazione a fiamma è costituito da quattro componenti principali:

• Bruciatore: Il bruciatore fornisce la fiamma necessaria per atomizzare il campione.

• Camera di nebulizzazione: La camera di nebulizzazione disperde la soluzione del campione in goccioline molto piccole.

• Pre-camera: La pre-camera riduce la velocità delle goccioline di soluzione prima che entrino nella fiamma.

• Sistema di aspirazione: Il sistema di aspirazione aspira la soluzione del campione dalla camera di nebulizzazione.

• Sistema di aspirazione per atomizzazione a fiamma

Il processo di atomizzazione a fiamma si svolge nelle seguenti fasi:

1. La soluzione del campione viene aspirata dalla camera di nebulizzazione.

2. Le goccioline di soluzione vengono disperse nella fiamma.

3. Le goccioline vengono vaporizzate dalla fiamma.

4. Gli atomi o gli ioni del campione vengono prodotti dalla fiamma.

La temperatura della fiamma è un fattore importante da considerare nella progettazione di un sistema di atomizzazione a fiamma. Una fiamma troppo calda può vaporizzare completamente il campione, perdendo gli elementi o i composti volatili. Una fiamma troppo fredda può non essere in grado di atomizzare completamente il campione, lasciando residui solidi che possono interferire con la misurazione.

I sistemi di atomizzazione a fiamma sono utilizzati in una varietà di applicazioni, tra cui:

• Analisi ambientale: monitoraggio della qualità dell'aria, dell'acqua e del suolo.

• Analisi farmaceutiche: controllo di qualità dei farmaci e delle materie prime.

• Analisi alimentare: analisi dei nutrienti, dei contaminanti e degli additivi alimentari.

• Analisi industriale: analisi dei prodotti chimici, dei metalli e dei materiali.

La spettrofotometria IR è utilizzata per identificare e quantificare le sostanze presenti in un campione. È una tecnica versatile che può essere utilizzata per una varietà di applicazioni, tra cui:

• Identificazione di sostanze organiche e inorganiche

• Quantificazione di sostanze organiche e inorganiche

• Studio della struttura molecolare

• Analisi di materiali

Principio di funzionamento

La spettrofotometria IR si basa sul principio dell'assorbimento della radiazione infrarossa da parte delle molecole. Le molecole possono assorbire la radiazione infrarossa a determinate lunghezze d'onda, a seconda della loro struttura molecolare.

L'assorbimento della radiazione infrarossa da parte delle molecole è dovuto alle vibrazioni delle molecole. Le molecole sono costituite da atomi che sono legati tra loro da forze chimiche. Queste forze possono essere elastiche o anelastiche.

Le forze elastiche consentono alle molecole di vibrare senza rompersi. Le forze anelastiche possono rompere le molecole.

L'assorbimento della radiazione infrarossa da parte delle molecole può essere suddiviso in tre tipi:

• Vibrazioni di stretching: Le vibrazioni di stretching sono vibrazioni in cui gli atomi si allontanano e si avvicinano l'un l'altro.

• Vibrazioni di bending: Le vibrazioni di bending sono vibrazioni in cui gli atomi si piegano o si girano.

• Vibrazioni di torsione: Le vibrazioni di torsione sono vibrazioni in cui gli atomi ruotano attorno a un legame chimico.

Apparecchiatura

L'apparecchiatura necessaria per la spettrofotometria IR è relativamente semplice. Essa comprende i seguenti componenti:

• Fonte di radiazione infrarossa: La fonte di radiazione infrarossa può essere un forno a carbonio o un diodo laser.

• Monocromatore: Il monocromatore separa la radiazione infrarossa in fasce di lunghezza d'onda.

• Campione: Il campione viene posto tra la fonte di radiazione infrarossa e il detector.

• Detector: Il detector rileva la radiazione infrarossa che è stata assorbita dal campione.

Procedimento

Il procedimento di spettrofotometria IR si svolge nelle seguenti fasi:

1. Preparazione del campione: Il campione viene preparato in modo che possa essere posizionato tra la fonte di radiazione infrarossa e il detector.

2. Calibrazione dello strumento: Lo strumento viene calibrato utilizzando un campione di riferimento.

3. Acquisizione dello spettro: Lo spettro del campione viene acquisito misurando l'intensità della radiazione infrarossa che è stata assorbita dal campione a diverse lunghezze d'onda.

4. Analisi dello spettro: Lo spettro del campione viene analizzato per identificare e quantificare le sostanze presenti nel campione.

Interpretazione degli spettri

Gli spettri IR sono rappresentati da una curva che mostra l'intensità dell'assorbimento della radiazione infrarossa in funzione della lunghezza d'onda. I picchi di assorbimento negli spettri IR sono associati alle vibrazioni delle molecole.

La posizione dei picchi di assorbimento negli spettri IR può essere utilizzata per identificare le sostanze presenti in un campione. L'intensità dei picchi di assorbimento negli spettri IR può essere utilizzata per quantificare le sostanze presenti in un campione.

Vantaggi e svantaggi

La spettrofotometria IR è una tecnica analitica versatile che presenta i seguenti vantaggi:

• È una tecnica non distruttiva, il che significa che il campione non viene alterato durante l'analisi.

• È una tecnica sensibile, in grado di rilevare anche piccole quantità di sostanze.

• È una tecnica versatile, che può essere utilizzata per una varietà di applicazioni.

La spettrofotometria IR presenta anche i seguenti svantaggi:

• È una tecnica relativamente costosa.

• È una tecnica complessa da utilizzare.

La spettrofotometria IR è una tecnica importante in chimica analitica. Viene utilizzata in una varietà di applicazioni, tra cui l'identificazione di sostanze organiche e inorganiche, la quantificazione di sostanze organiche e inorganiche, lo studio della struttura molecolare e l'analisi di materiali.