Capitolul 1 .Metode de determinare a PH -ului solului 1.1 Importanta ph -ului sololui 1.2 Tehnici utilizate in determinarea ph -ului Capitolul 2…. [632212]

Cuprins

Introducere
Capitolul 1 .Metode de determinare a PH -ului solului
1.1 Importanta ph -ului sololui
1.2 Tehnici utilizate in determinarea ph -ului
Capitolul 2. Notiuni de spectofotometrie
2.1 Notiuni introductive
2.2 Radiatia electromagnetica
2.3 Spectrul electromagnetic
2.4 Tipuri de interactiuni intre radiatia electromagnetica si proba
2.5 Absorbtia,emisia si dufuzia moleculara a radiatiei
2.5.1 Absortia moleculara a radiatiei
2.5.2 Emisia moleculara a radiatiei
2.5.3 Difuzia radiatiei
2.6 Metode de analiza spectrometrica
Capitolul 3 Spectrometria de absortie in domeniul ultraviolet si vizibil
3.1 Notiuni teoretice
3.2 Instrumentatia
3.2.1 Schema generala a unui spectofotometru
3.2.2 Cary 4000
3.2.3 Surse de radiatii
3.2.4 Detectori de radiatii

Lista acronimelor

IR-Infrared -Infraroșu
UV-Ultraviolet -Ultraviolet
VIS-Visible -Vizibil
OES -Optical Emission Spectroscopy -Spectrometrie de emisie atomică
RMN -Rezonanță magnetică nucleară
RES-Rezonanță electronică de spin

Introducere

In agricultura este necesara determinarea subtantelor din sol si a ph -ului pentru a
compensa lipsurile din sol pentru a obtine randament maxim la culturile care doresc a fi cultivate
pe solurile respective.
Solurile de calitate reprezintă o componentă importantă a agriculturii care depinde de o
analiză precisă pentru a determina proprietățile specifice care asigură o creștere optimă și
durabilitate.
Principalele metode de determinare a continutului solului sunt reprezentate de masurarea
ph-ului cu ajutorul unui ph – metru si cu ajutorul masuratorilor spectrale.
Cu ajutorul metodelor de analiza de tip spectrometric se pot trage anumite concluzii
asupra compozitie chimice sauasupra concent ratiei substantei active cat si a ph -ului prezente intr –
o anumita proba Există mai multe tipuri de analiză spectrometrică în funcție de tipul de radiație
folosită dar și în funcție de particulele analizate sau de fenomenul produs în urma acestor
interacțiu ni.
Spectrometria de absorbție în domeniul ultraviolet și vizibil se bazează pe interacțiunea
radiației electromagnetice din aceste două domenii spectrale, cu proba analizată. În urma acestui
proces are loc fenomenul de absorbție a radiației, lucru care e ste util în analiza substanțelor de
interes. Această tehnică poate prezenta mai multe variații de analiză precum colorimetria,
fotometria sau spectrofotometria, rezultatele cele mai precise fiind obținute cu ajutorul ultimei
metode.
Scopul lucrarii este de a obtine spectrele de absortie si de transmisie a anumitor probe de
sol la expunerea probelor de umina policromatica din domeniile ultraviolet si vizibil. In urma
masuratorilor ,spectrele vor fi analizate si comparate cu masuratori de ph cu ajutorul unui ph-
metru si vor fi prezentate eventualele asemanari intre formele spectrale si valorile ph -ului
probelor.
Lucrarea este structurată pe cinci capitole unde sunt prezentate noțiuni teoretice aferente
subiectului cât și prezentarea experimentelor realizate în acest scop. Primul capitol al lucrării
include noțiuni teoretice fundamentale despre importanta ph -ului solului cât și despre metodele
instrumentale de analiză folosite în industrie. Al doilea capitol include noțiuni despre
spectrometrie. Aici sunt prezen tate fenomenele produse în urma interacțiunii radiației
electromagnetice cu probele asupra cărora se realizează respectivele măsurători. În finalul
capitolului sunt descrise pe scurt mai multe metode de analiză spectrometrică. Subiectul discutat
în capitol ul trei este legat de spectrometria de absorbție în domeniul ultraviolet și vizibil în

special tehnica de analiză spectrofotometrică. Au fost prezentate elementele constructive ale unui
aparat de măsură precum și legile care descriu absorbția și transmisia radiației. Partea de analiză
și prezentare a rezultatelor experimentale, precum masuratorile acestor date, sunt prezentate în
ultimele două capitole ale lucrării.

Capitolul 1 .Metode de determinare a PH -ului solului
1.1 Importanta ph-ului sololui

PH-ul reprezinta logaritmul zecimal al concentratiei de ioni de hydrogen dintr -o soltie,acesta
cand caracterul acid sau basic al unei substante sau altfel spus ph -ul reprezinta aciditatea sau
bazicitatea unei substante. Acesta marime este cuprinsa intre niste limite: pentru valori ale ph –
ului intre 0 si 7 putem spune ca avem o solutie acida,pentru valoarea 7 a ph -ului avem o solutie
neutra iar pentru valori cuprinse intre 7 si 14 avem solutie bazica.
PH-ul este o unitate de măsură a alcali nității sau acidității. pH-ul solului reflectă concentrația
de ioni liberi de hidrogen (H+) conținuți de acesta. Scara pH se încadrează între valorile 0 și 14.
O valoare a pH-ului mai mică de 5,5 indică o aciditate ridicată. O valoare a pH-ului cuprinsă
între 5,5 și 6 indică un sol cu o aciditate moderată. pH-ul neutru se încadrează între 6,5 și 7,5.
Alcalinitatea moderată este determinată de valori ale pH-ului cuprinse între 7,5 și 8,5.
Un pH mai mare de 8,5determină o alcalinitate ridicată
PH-ul solului este considerat o variabilă principală în sol deoarece afectează multe procese
chimice. Ea afectează în mod specific disponibilitatea nutrienților din plante prin controlul
formelor chimice ale diferitelor substanțe nutritive și influențând reacțiile chimi ce pe care le
suferă. Intervalul optim de pH pentru majoritatea plantelor este cuprins între 5,5 și 7,5; totuși,
multe plante s -au adaptat să prospere la valori ale pH -ului în afara acestui interval.

Roșu = sol acid. Galben = sol neutru. Albastru = sol a lcalin. Negru = nu există date
Factori care influenteaza ph -ul

PH-ul unui sol natural depinde de compoziția minerală a materialului parental al solului și de
reacțiile de intemperii suferite de materialul părinte. În medii calde și umede, acidificarea solului
are loc în timp, deoarece produsele din atmosferă sunt curățate de apa care se deplasează lateral
sau în jos prin sol. În climatul uscat, totuși, vremea și scurgerea solului sunt mai puțin intense, iar
pH-ul solului este adesea neutru sau alcalin
Surse de aciditate ale solului
Multe procese contribuie la acidificarea solului. Acestea includ:
Precipitații: Solurile acide se găsesc cel mai adesea în zone cu ploi mari. Apa de ploaie are un pH
ușor acid (de obicei aproximativ 5,7) datorită reacției cu CO2 din atmosferă care formează acid
carbonic. Atunci când această apă curge prin sol, aceasta duce la scurgerea cationilor de bază din
sol ca bicarbonați; aceasta crește procentul de Al3 + și H + în raport cu alte cationi.
Răsuflarea prin rădăcină și des compunerea materiei organice de microorganisme eliberează CO2
care mărește concentrația acidului carbonic (H2CO3) și leșierea ulterioară.
Creșterea plantelor: Plantele iau substanțe nutritive sub formă de ioni
(de exemplu, NO -3, NH + 4, Ca2 +, H2PO -4), și adesea necesită mai multe cationi decât
anionii. Totuși, plantele trebuie să mențină o încărcătură neutră în rădăcinile lor. Pentru a
compensa încărcarea suplimentară pozitivă, vor elibera ioni de H + de la rădăcină. Unele plante
eliberează de asemenea ac izi organici în sol pentru a acidiza zona din jurul rădăcinilor lor pentru
a ajuta la solubilizarea substanțelor nutritive metalice care sunt insolubile la pH neutru, cum ar fi
fierul (Fe).
Utilizarea îngrășămintelor: Îngrășămintele cu amoniu (NH + 4) reac ționează în sol prin procesul
de nitrificare pentru a forma azotat (NO -3), iar în procesul de eliberare a ionilor de H +.
Ploaia acide: arderea combustibililor fosili eliberează oxizi de sulf și azot în atmosferă. Acestea
reacționează cu apa în atmosferă p entru a forma acid sulfuric și acid azotic în ploaie.
Oxidarea intemperiilor: Oxidarea unor minerale primare, în special a sulfurilor și a celor care
conțin Fe2 +, generează aciditate. Acest proces este adesea accelerat de activitatea umană:
Praf de mina: Se pot forma conditii foarte acide in soluri in apropierea unor praf de mine din
cauza oxidarii piritului.
Solul sulfat acid format natural în mediile de coastă și în estuare pot deveni foarte acide atunci
când sunt drenate sau excavate.
Surse de alcalini tate ale solului
Alcalinitatea totală a solului crește cu:

Încălzirea mineralelor silicate, aluminosilicate și carbonate care conțin Na +, Ca2 +, Mg2 + și
K+;

Adaos de silicat, aluminosilicat și minerale carbonate în sol; acest lucru se poate întâmpla pri n
depunerea de material erodat în altă parte prin vânt sau apă sau prin amestecarea solului cu un
material mai puțin învechit (cum ar fi adăugarea de calcar în soluri acide);
Adăugarea apei care conține bicarbonați dizolvați (așa cum se întâmplă atunci cân d se irigă cu
ape bicarbonate înalte).
Acumularea alcalinității într -un sol (ca carbonați și bicarbonați de Na, K, Ca și Mg) are loc
atunci când apa curgă insuficient prin soluri pentru a curge sărurile solubile. Acest lucru se poate
datora condițiilor ari de sau drenajului slab al solului; în aceste situații, cea mai mare parte a apei
care intră în sol este transpusă (preluată de plante) sau se evaporă, mai degrabă decât curge prin
sol.

PH-ul solului crește, de obicei, atunci când crește alcalinitatea tota lă, dar echilibrul cationilor
adăugați are, de asemenea, un efect marcat asupra pH -ului solului. De exemplu, creșterea
cantității de sodiu într -un sol alcalin tinde să inducă dizolvarea carbonatului de calciu, ceea ce
crește pH -ul. Solurile calcaroase pot varia în pH de la 7,0 la 9,5, în funcție de gradul în care Ca2
+ sau Na + domină cationii solubili.
Efectul pH -ului solului asupra creșterii plantelor
Solul acid
Plantele cultivate în soluri acide pot experimenta o varietate de solicitări, inclusiv toxicit atea
aluminiului (Al), hidrogenului (H) și / sau a manganului (Mn), precum și deficiențele de calciu
(Ca) și magneziu (Mg).

Toxicitatea aluminiului este cea mai răspândită problemă în solurile acide. Aluminiul este
prezent în toate solurile, dar Al3 + diz olvat este toxic pentru plante; Al3 + este cel mai solubil la
pH scăzut; peste pH 5,0, în majoritatea solurilor există puțin Al în formă solubilă. Aluminiu nu
este un nutrient vegetal și, ca atare, nu este preluat în mod activ de plante, ci intră în rădăci ni de
plante pasiv prin osmoză. Aluminiu inhibă creșterea rădăcinilor; rădăcinile laterale și vârfurile
rădăcinilor devin îngroșate, iar rădăcinile nu au ramificații fine; sfaturile rădăcinii pot deveni
maro. În rădăcină, efectul inițial al Al3 + este inhi barea expansiunii celulelor rhizodermei,
ducând la ruptura lor; după aceea se cunoaște interferența cu multe procese fiziologice, incluzând
absorbția și transportul de calciu și alți nutrienți esențiali, diviziunea celulară, formarea peretelui
celular și a ctivitatea enzimatică.

Stresul protonic (H + ion) poate, de asemenea, să limiteze creșterea plantelor. Pompa de protoni,
H + -ATPaza, a plasmalemiei celulelor radiculare funcționează pentru a menține pH -ul aproape
neutru al citoplasmei lor. O activitate î naltă a protonului (pH în intervalul 3.0 -4.0 pentru

majoritatea speciilor de plante) în mediul de creștere extern depășește capacitatea celulei de a
menține pH -ul citoplasmic și creșterea se oprește.

În solurile cu un conținut ridicat de minerale care conțin mangan, toxicitatea Mn poate deveni o
problemă la pH 5,6 și mai mică. Manganul, ca și aluminiul, devine din ce în ce mai solubil în
scăderea pH -ului, iar simptomele de toxicitate Mn pot fi observate la niveluri de pH mai mici de
5,6. Manganul este u n nutrient esențial al plantelor, astfel încât plantele transportă Mn în frunze.
Simptomele clasice ale toxicității Mn sunt curbarea sau cuppingul frunzelor.
Disponibilitatea nutrienților în raport cu pH -ul solului
PH-ul solului afectează disponibilitatea unor nutrienți din plante:

După cum sa discutat mai sus, toxicitatea aluminiului are efecte directe asupra creșterii plantelor;
totuși, prin limitarea creșterii rădăcinilor, aceasta reduce și disponibilitatea nutrienților din
plante. Deoarece rădăcinile s unt deteriorate, absorbția nutrienților este redusă, iar deficiențele
macronutrienților (azot, fosfor, potasiu, calciu și magneziu) se întâlnesc frecvent în soluri
puternic acidate, la soluri ultraacide (pH <5,0)
Disponibilitatea molibdenului este crescută la un pH mai ridicat; acest lucru se datorează faptului
că ionul de molibdat este mai puternic sorbit de particule de lut la pH scăzut.
Zincul, fierul, cuprul și manganul prezintă disponibilitate scăzută la pH mai mare (sorbție
crescută la pH mai mare).

Efectul pH -ului asupra disponibilității fosforului variază considerabil, în funcție de condițiile de
sol și de cultura în cauză. Vederea predominantă în anii 1940 și 1950 a fost că disponibilitatea P
a fost maximizată în apropierea neutralității (sol pH 6, 5-7,5) și a scăzut la pH mai mare și mai
scăzut. Interacțiunile de fosfor cu pH în intervalul moderat până la ușor acid (pH 5,5 -6,5) sunt,
cu toate acestea, mult mai complexe decât se sugerează în această perspectivă. Testele de
laborator, studiile de stic lă și studiile de teren au arătat că creșterea pH -ului în acest interval

poate crește, scădea sau nu poate afecta disponibilitatea P pentru plante.

Disponibilitatea apei în raport cu pH -ul solului
Solurile puternic alcaline sunt sodice și dispersive, cu infiltrație lentă, conductivitate hidraulică
scăzută și capacitate redusă de apă disponibilă. Creșterea plantelor este severă, deoarece aerarea
este slabă atunci când solul este ud; în condiții uscate, apa disponibilă în plante este epuizată
rapid și solur ile devin greu și aglomerate (rezistență ridicată la sol).
Multe soluri puternic acide, pe de altă parte, au agregare puternică, drenaj intern bun și
caracteristici bune de menținere a apei. Cu toate acestea, pentru multe specii de plante,
toxicitatea alum iniului limitează sever creșterea rădăcinilor, iar stresul de umiditate poate să
apară chiar și atunci când solul este relativ umed.
Schimbarea pH -ului solului
Creșterea pH -ului solului acid
Tămășia agricolă fin măcinată este adesea aplicată pe solurile ac ide pentru a crește pH -ul
solului (calcararea). Cantitatea de calcar sau creta necesară pentru a modifica pH -ul este
determinată de dimensiunea ochiurilor de plasă (cât este fin măcinată) și de capacitatea de
tamponare a solului. O dimensiune mare a ochiur ilor de plasă (60 mesh = 0,25 mm; 100 mesh =
0,149 mm) indică o vară fin măcinată care va reacționa rapid cu aciditatea solului. Capacitatea de
tamponare a unui sol depinde de conținutul de argilă al solului, tipul de lut și de cantitatea de
materie organi că prezentă și poate fi legată de capacitatea de schimb de cationi de sol. Solurile
cu conținut ridicat de argilă vor avea o capacitate de tampon mai mare decât solurile cu argilă
mică, iar solurile cu conținut ridicat de substanțe organice vor avea o capa citate de tampon mai

mare decât cele cu materie organică redusă. Solurile cu o capacitate de tampon mai mare necesită
o cantitate mai mare de var pentru a obține o schimbare echivalentă a pH -ului.
Alte modificări decât varul agricol care pot fi utilizate p entru creșterea pH -ului solului
includ cenușă de lemn, oxid de calciu industrial (oxid de calciu), oxid de magneziu, zgură de
bază (silicat de calciu) și scoici de stridii. Aceste produse cresc pH -ul solurilor prin diferite
reacții bazate pe aciditate. Sil icatul de calciu neutralizează aciditatea activă în sol prin reacția cu
ioni de H + pentru a forma acidul monosilicic (H4SiO4), un sol neutru.
Scăderea pH -ului solului alcalin
PH-ul unui sol alcalin poate fi redus prin adăugarea de agenți de acidulare sau de
substanțe organice acide. S -au utilizat sulfuri elementare (90 -99% S) la doze de 300 -500 kg / ha –
se oxidează lent în sol pentru a forma acid sulfuric. Fertilizatorii acidifianți, cum ar fi sulfatul de
amoniu, nitratul de amoniu și ureea, pot ajuta la reducerea pH -ului unui sol, deoarece oxidarea
amoniului formează acid azotic. Materialele organice care conțin acidul includ turbă s au mușchi
de turbă de sphagnum.
Cu toate acestea, în solurile cu pH ridicat, cu un conținut ridicat de carbonat de calciu
(mai mult de 2%), poate fi foarte costisitor și / sau ineficient să se încerce reducerea pH -ului cu
acizi. În astfel de cazuri, este adesea mai eficient să se adauge fosfor, fier, mangan, cupru și / sau
zinc, deoarece deficiențele acestor nutrienți sunt cele mai frecvente motive pentru creșterea slabă
a plantelor în solurile calcaroase.
1.2 Tehnici utilizate in determinarea ph -ului
Determinarea pH-ului se poate face cu ajutorul unui pH-metru sau cu ajutorul unui kit
colorimetric. În esență, pH metrul este u n milivoltmetru care măsoară diferența de potențial între
o probă etalon (al cărei pHeste cunoscut) și proba al cărei pH urmează a fi determinat. Kit-ul
colorimetric utilizează un reactiv (sulfat de bariu) a cărui culoare se modifică funcție de pH-ul
probei analizate. Culoarea rezultată este comparată cu o scară a culorilor furnizată odată cu kit-
ul colorimetric. Fiecare nuanță de culoare de pe acestă scară corespunde unei valori a pH-ului.
Un pH -metru este un instrument științific care măsoară activitat ea de hidrogen -ion în soluțiile pe
bază de apă, indicând aciditatea sau alcalinitatea exprimată ca pH. PH -ul măsoară diferența de
potențial electric între un electrod de pH și un electrod de referință, astfel încât pH -ul este uneori
menționat ca un "pH -metru potențiometric". Diferența în potențialul electric se referă la
aciditatea sau pH -ul soluției. PH -metrul este utilizat în multe aplicații, de la experimentarea în
laborator până la controlul calității.
Metoda de masura
A. Soluții standard
Obțineți soluții tampon comerciale standard cu pH 4,00 și 7,00 pentru calibrarea metrului.
B. Man ipularea și pregătirea probelor
Eșantionul de sol trebuie să fie uscat în aer și trecut printr -o sită de 2 mm.

C. Procedura so lului pentru un test de pH 2: 1
1. O lingură de pământ într -o ceașcă de plastic
2. Se adaugă 40 ml de apă (apă distilată sau deionizată) în fiecare ceașc ă utilizând o pipetă
automată sau containere volumetrice corespunzătoare. Se amestecă o tijă de sticlă și se lasă proba
timp de 30 de minute. (Tine minte să folosiți același tip de apă de fiecare dată când testezi!)
3. Calibrați contorul de pH conform instr ucțiunilor cu contorul. Cel mai bine este să calibraț i la
cel puțin două soluții tampon (pH 4,0 și pH 7,0).
4. Agitați din nou proba imediat înainte de a măsura pH -ul l. Nu plasați electrodul (ele) direct în
stratul de nisip din partea inferioară a cupei. Electrodul (ele ) trebuie poziționat în soluție chiar
deasupra stratului de nisip. Uneori măsurătorile trebuie repetate de trei ori pentru a se asigura
rezultate corecte.
5. Se înregistrează pH -ul la cea mai apropiată unitate de pH 0,1.
Aplicatii
Rata și re zultatul reacțiilor chimice care au loc în apă depind adesea de aciditatea apei și,
prin urmare, este util să cunoaștem aciditatea apei, măsurată de obicei cu ajutorul unui pH metru.
Cunoașterea pH -ului este utilă sau critică în multe situații, inclusiv an alize chimice de laborator.
Măsurătorile de pH sunt utilizate pentru măsurarea solului în agricultură, calitatea apei pentru
alimentarea municipală cu apă, piscine, reabilitarea mediului; berii de vin sau de bere; producție,
asistență medicală și aplicații clinice, cum ar fi chimia sângelui; și multe alte aplicații.
Progresele în instrumentație și detectare au extins numărul de aplicații în care se pot
efectua măsurători ale pH -ului. Dispozitivele au fost miniaturate, ceea ce permite măsurarea
directă a pH -ului în interiorul celulelor vii. Pe lângă măsurarea pH -ului lichidelor, sunt
disponibili electrozi special concepuți pentru a măsura pH -ul substanțelor semi -solide, cum ar fi
alimentele. Acestea au vârfuri potrivite pentru perforarea semisolidelor, au mat eriale de electrod
compatibile cu ingredientele din alimente și sunt rezistente la înfundare.
Clasificare
Măsurătorile de pH variază de la dispozitive asemănătoare stiloului simplu și ieftin până
la instrumente de laborator complexe și costisitoare cu inte rfețe de calculator și mai multe intrări
pentru măsurarea indicatoarelor și a temperaturii care trebuie introduse pentru a se ajusta pentru
variația pH -ului cauzată de temperatură. Ieșirea poate fi digitală sau analogică, iar dispozitivele
pot fi alimentat e de la baterie sau se pot baza pe alimentarea cu energie. Unele versiuni utilizează
telemetria pentru a conecta electrozii la dispozit ivul de afișare a voltmetrului.
Spectrometre și sonde de specialitate sunt disponibile pentru utilizare în aplicații spec iale,
cum ar fi medii dure și micro -medii biologice. Există, de asemenea, senzori holografici de pH,
care permit măsurarea pH -ului colorimetric, făcând uz de varietatea de indicatori de pH care sunt
disponibili. În plus, există contoare de pH disponibile p e piață, bazate pe electrozi în stare solidă,
mai degrabă decât electrozi de sticlă obișnuiți

Capitolul 2. Noțiuni de spectrometrie

2.1 Noțiuni introductive
Spectroscopia este denumirea dată clasei de tehnici experimentale, cu ajutorul căreia se
urmărește și se cuantifică efectele de absorbție și emisie ale energiei unei probe, supuse
analizelor chimice calitative și/sau cantitative. Tehnicile de analiză spectroscopice se bazează pe
interacțiunea dintre materie și undele electromagnetic e. Aceste tehnici poartă numele de tehnici
spectrometrice. În practică, de multe ori, cele două cuvinte sunt folosite cu sens similar astfel că
pe parcursul lucrării ne vom referi doar la al doilea termen. Cu ajutorul spectrometriei este
posibilă recunoașt erea naturii atomilor probelor analizate în funcție de forma spectrală.[7]
În cadrul spectrometriei atomice, liniile spectrale se obțin ca urmare a absorbției sau emisiei
fotonice, care generează o variație a energiei atomilor la tranzițiile electrice ale acestora.
Spectrele atomice sunt spectre de linii.[7]
Liniile spectrale din cadrul spectrometriei moleculare sunt datorate emisiei sau absorbției
fotonice atunci când variază energia moleculelor.Totuși energia moleculelor poate varia și ca
urmare a varia ției stărilor de rotație și vibrație.Aceste spectre sunt mai complexe decât spectrele
atomice și se numesc spectre de bandă.[7]
Metodele spectrale pot fi caracterizate în funcție de natura interacțiunii radiației luminoase cu
substanțele analizate astfel: [13]

-metode de abs orbție (UV, VIS, IR, RMN etc),
– metode de emisie a radiației electromagnetice,
– metode de fluorescență, f osforescență sau luminescență,
– metode de difracție(cu neu troni,cu electroni,cu raze X).
– refractometria și interferometria,
– polarimetria,
– metode bazate pe difuzia luminii,
– metode combinate.
2.2 Radiația electromagnetică

Radiația electromagnetică reprezintă o formă specifică a materiei, o formă de energie radiantă.
Aceasta este creată atunci când o particulă atomică, spre exemplu electronul, este pusă în mișcare
datorită unui câmp electric. Mișcarea particulei produce câmpurile oscilante magnetice și
electrice care traversează împreună în cadrul unui fascicul luminos, care poartă numele de foton.
Comportamentul radiației poate fi explicat doar prin prisma dualității, având proprietăți de undă
cât și de particulă. Proprietăți precum refracția sunt explicate mai bine utilizând comportamentul
de undă. Alte proprietăți cum ar fi absorbția și emisia de energie sunt explicate mai ușor utilizând
noțiunea de particulă.Radiația electromagnetică este alcătuită din câmpuri electrice și magnetice
oscilante care se propagă în spațiu pe o direcție lineară. Unda electromagnetică este deci
constituită di n două componente:componenta electrică și componenta magnetică. Oscilațiile
celor două componente sunt perpendiculare una față de cealaltă și față de direcția de propagare.
[12][14][16]

-λ este lungimea de undă exprimată în nanometri;
-A este amplitudin ea.
Unda electromagnetică este caracterizată de frecvență (ν) și de lungimea de undă
(λ).Considerăm lungimea de undă distanța între două puncte de pe curbă. Cele două mărimi pot
fi legate între ele cu ajutorul vitezei luminii prin următoar ea relație:[12]
λν = c/n (2.1)
-λ este lungimea d e undă exprimată în nanometri;
– ν este frecvența exprimată în hertzi;
– c este viteza luminii în vid 2,9976 × 108 m/s;
-n este indicele de refracție al mediului și este adimensional
Se poate folosi în unele cazuri și numărul de undă care se exprimă în cm-1 și reprezintă
numărul de lungimi de undă pe 1 cm:[12]
ν̃=1/λ (2.2)
-λ este lungimea de undă exprimată în nanometri;
-ν̃ este numărul de undă exprimat în cm -1.
Atunci când materia absoarbe radiația electromagnetică, aceasta suferă anumite schimbări
de energie. Pentru acest lucru este mai ușor de discutat despre radiație ca fiind o serie de
particule(fotoni). Odată ce materia se ciocnește cu un foton, energia particulei este transferată
acesteia. Această energie poate fi exprimată prin următoarea relație:[12][14]

E = hν = hc / nλ (2.3)
-E este energia unui foton exprimată în Joule;
-h este constanta lui Planck 6,624 ×10 -34 J/s ;
-ν este frecvența radiației electromagnetice exprimate în hertzi ;
– c este viteza luminii în vid 2,9976 × 108 m/s; – λ este lungimea de undă exprimată în
nanometri;
– n este indicele de refracție al mediului și este adimensional.

2.3 Spectrul electromagnetic

Radiația electromagnetică se întinde pe o gamă largă de lungimi de undă și frecvențe. De
interes sunt radiațiile electromagnetice dintr -un anumit interval. Acest interval conține de la
radiațiile γ care au energie foarte mare dar o lungime de undă mică pân ă la undele radio care au o
energie mică dar lungimi de undă mari. Radiațiile cu toate lungimile de undă cuprinse în acest
interval alcătuiesc spectrul electromagnetic.[12][16]
În general spectrul electromagnetic este împărțit în șapte regiuni, în ordinea creșterii
energiei și a frecvenței și în ordinea scăderii lungimii de undă. Aceste regiuni de regulă sunt
următoarele:unde radio, microunde, infraroșu, vizibil, ultraviolet, raze X și raze γ. De obicei
radiația de joasă energie cum ar fi undele radio este exprimată ca frecvență; microundele, lumina
infraroșie, vizibilă și ultravioletă sunt exprimate în funcție de lungimea de undă iar radiația cu
energie ridicată (raze X, raze γ) este exprimată în termeni de energie per foton.[16]
În figura 2.2 sunt repre zentate regiunile spectrului electromagnetic împreună cu
frecvențele și lungimile de undă pentru fiecare. Pentru valori numerice mai precise, acestea sunt
trecute în tabelul 2.1. Între domeniile spectrale nu există o limită clară, acestea fiind mai mult
întrepătrunse între ele

Spectrul vizibil este poziționat la mijlocul spectrului electromagnetic. Acesta conține
lumina vizibilă ochiului uman cu lungimi de undă cuprinse între 380nm și 740nm, fiind alcătuit
din șapte culori principale:violet, indigo, alb astru, verde, galben, portocaliu, roșu.Pentru fiecare
dintre acestea sunt prezentate în tabelul 2.3 lungimile de undă caracteristice. Există mai multe
tipuri de tehnici spectrometrice care pot fi utilizate în domeniul UV/VIS în funcție de tipul
transferulu i de energie.[14][17]

2.4 Tipuri de interacțiuni între radiația electromagnetică și probă
Radiația electromagnetică interacționează cu materia sub mai multe moduri și anume:
interacțiuni elastice(cvasielastice) și neelastice. La baza celor ma i multe tipuri de analiză a
materiei stau interacțiile neelastice. Acest lucru presupune schimbul de energie între fotoni și
particulele probei. După ce se face analiza probei, se obțin anumite semnale care caracterizează
tranzițiile între anumite stări en ergetice. Aceste tranziții pot fi mai departe prelucrate pentru a
obține spectrul probei fie el d e emisie sau de absorbție.[12]
În urma trecerii particulelor probei analizate prin stări cu energie mai mare se obține
spectrul de absorbție. Aceste particule pot trece în stările excitate spre exemplu prin excitare
termică iar apoi revin, după un timp scurt, în starea fundamentală. Spectrele de absorbție se obțin
atunci când proba analizată este expusă radiației a cărei lungime de undă sau frecvență variază
continuu. Totuși, nu toată radiația va fi absorbită, ci doar anumite porțiuni caracteristice
reprezentate de trecerea particulelor în stările excitate.[12]
Atât spectrele de emisie cât și cele de absorbție conțin informații analitice codificate,
oferind dat e calitative cât și cantitative ale probei. Anumiți parametrii precum frecvențele sau
lungimile de undă, sunt caracteristici pentru natura probei în timp ce intensitățile
corespunzătoare ne pot oferi infomații cantitative în special legate de concentrația probei
analizate. Forma semnalelor spectrometrice respectă o anumită formă de tipul funcțiilor Gauss
sau Lorentz. Cu toate că lătimea semnalului teoretic ar trebuii să tindă spre zero, s -au observat
anumite lățiri cu valori considerabile.[12]
Vorbind desp re interacțiile elastice(cvasielastice) dintre radiația electromagnetică sau
corpusculară cu proba, nu există un schimb de energie între cele două.Astfel nu are loc

schimbarea energiei radiației sau a frecvenței sale ci doar o modificare a direcției de
propagare,fiind strâns legată de tipul probei analizate. Din această familie de interacții fac parte
fenomene precum:difuzia, reflexia, refracția etc.[12]
Atunci când se discută despre aceste metode de analiză bazate pe interacții elastice, ele
nu fac parte din clasa metodelor de spectrometrie de analiză deoarece nu există un schimb de
energie între radiația și probă. În tabelul 2.4 sunt prezentate metodele de analiză în funcție de
interacțiile elastice. De remarcat faptul ca cele două metode de microscopie e lectronică și ionică
se bazează pe interacțiunile cvasielastice.[12]

2.5 Emisia și absorbția atomică a radiației

Prin prisma schimbărilor între nivelele energetice ale electronilor apar fenomenele de
emisie și absorbție a radiației, fenomene realizate de atomii constituenți probei analizate. Energia
cedată sau acceptată de atomi are valori discrete și este exprimată prin relația 2.4. Aceste tranziții
între stările energetice sunt reprezentate de o anumită linie spectrală. Dacă energia fotonului
inciden t pe atom sau moleculă are o valoare specifică hν care este exact egală cu dif erența de
energie între starea fundamentală și starea excitată ΔE, atunci poate apărea fenomenul de
absorbție. Altfel spus energia fotonului este egală cu diferența de energie î ntre cele două
stări.[12][14]

În figura 2.3 este structurat fenomul de absorbție și emisie energetic al fotonilor radiației
electromagnetice incidenți pe probă.
Absorbția de rezonanță apare atunci când se face saltul de pe starea fundamentală pe
primul nivel energetic. Acesteia îi corespunde o linie de rezonanță care este aceeași în emisie și
în absorbție. Electronii pot face tranziții, prin absorbție, și pe alte nivele de energie superioară
dar cu o probabilitate mai mică. În cadrul emisiei, fenomenul e ste în sens invers adică electronii
părăsesc stările excitate pentru a se întoar ce în starea fundamentală.[13]

Pentru o selectivitate cât mai bună atunci când sunt realizate măsurători de absorbție
atomică, sursa de radiație folosită trebuie să fie monocromatică și să funcționeze la o frecvență
egală cu cea a liniei de rezonanță specifică atomilor probei analizate. Pentru fiecare element
numărul de linii spectrale este dependent de așejarea cât și de numărul electronilor in stabili. Spre
exemplu metal ele alcaline, au atomi care conțin un număr redus de electroni deci vor avea
spectrele cu un număr redus de linii.[12][13]
Pentru a obține spectrul de emisie al unui atom acesta este supus la excitare temică după
etapa de aducere în starea de vapori. Pri n supunerea probei analizate la o temperatură suficient de
ridicată moleculele acesteia disociază atomii care mai departe emit spectrele caracteristice. Linia
de rezonanță reprezentată de revenirea atomilor din prima stare excitată în starea fundamentală,
este cea mai intensă din tot spectrul de emisie (figura 2.4).Toate radiațiile pot fi emise doar în
condiția în care atomul sau molecula absoarbe o cantitate de energie egală sau mai mare decât
potențialul său de ionizare. În cele mai multe cazuri acest pot ențial este de 10eV. Totuși prin
metode de tip OES nu se pot determina informațiile structurale ale materialului analizat întrucât
aceștia sunt aduși în stare gazoasă și astfel nu contează ce tip de legături chimice au fost prezente
înainte.[13]

2.6 Ab sorbția, emisia și difuzia moleculară a radiației

2.6.1 Absorbția moleculară a radiației

Deoarece moleculele prezintă componente electronice, de rotație sau de vibrație în starea
lor energetică, absorbția radiației de către acestea este mult mai complexă decât cea a atomilor.
Între nivelele electronice, diferența de energie este cu mult mai mare față de stările de vibrație
care la rândul lor au o diferență de energie mai mare față de stările de rotație. Pentru a putea fi
provocate tranziții între stările energetice ale unei molecule, energiile necesare corespund
domeniului vizibil și ultraviolet (100nm -800nm). În cazul de față aceste energii sunt cele mai
mari care corespund tranzițiilor electronice evident cu cele mai mici lungimi de undă. Pe de a ltă
parte pentru a putea fi realizate tranzițiile între stările de vibrație moleculară, radiația absorbită
va corespunde domeniului IR cu energie mai mică dar lungimi de undă mai mari. Pentru ultima
categorie evident vor fi necesare energii foarte mici înc adrate în domeniul IR îndepărtat și
microunde.[12]

Așa cum am specificat anterior în funcție de cantitatea de energie absorbită de molecule
în urma iradierii probei analizate aceastea pot produce tranziții electronice, de vibrație sau de
rotație molecula ră. Prin prisma electronilor de valență constituenți a atomilor, se pot forma
legături covalente iar electronii participanți vor ocupa un nou orbital, un orbital molecular.
Electronii de valență, de obicei cei de pe primul sau al doilea strat, pot forma le găturile de tip
σ(sigma) sau de tip π(pi) care vor ocupa astfel un nou orbital. Astfel se pot forma un orbital
molecular “de legătură” și unul „de antilegătură” la combinarea electronilor de valență. Fiecare
orbital de tip σ de legătură va avea și un orbit al corespunzător σ* de antilegătură, lucru
asemănător pentru orbitalul de legătură π și orbitalul său π* de antilegătură specific. Există și
anumiți electroni care însă nu participă la legăturile chimice în moleculă, aceștia fiind numiți
electroni de neleg ătură “n” iar pentru aceștia nu există orbitali de antilegătură.[12]
Electronii din cei trei orbitali n, π, σ, în urma absorbției radiației din domeniile ultraviolet
și vizibil, produc tranziții electronice pentru molecule. În urma acestui fenomen, acești electroni
sunt trecuți în orbitali de antilegătură cu energii mai mari. Totuși tranzițiile nu se pot produce în
orice mod posibil, având în vedere faptul că unui orbital de legătură de anumit tip îi corespunde
alt orbital de antilegătură. Astfel există do ar patru tipuri de tranziții posibile și dacă le ordonăm
în sens descrescător în funcție de energia necesară realizării tranzițiilor, acestea sunt următoarele:
σ σ*, n σ* π π*, n π*.De menționat este faptul că probabi litatea ca aceste
tranziții să apară este strâns legată de structura orbitalilor moleculari.[12][18]

În majoritatea cazurilor tranzițiile electronice moleculare sunt asociate și cu tranziții între
stările de vibrație și de rotație. Benzile de absorbți e rezultate în urma vibrației și rotației se
îmbină formând astfel o lărgire a acestor benzi de absorbție rezultate în urma tranzițiilor
electronice. Astfel în cadrul unui spectru de absorbție poziția benzilor este dată de tranzițiile
electronice în timp c e lățimea lor este determinată de tranzițiile de vibrație și de rotație.[12]
Timpul unei tranziții este foarte scurt, fiind asociat cu perioada de oscilație a radiației
electromagnetice de ordinul 10 -15 secunde. Comparativ cu perioada de vibr ație cuprinsă între un
interval de 10 -10 s – 10-13 s , se observă că timpul tranziției este mult mai scurt și astfel
moleculele prezintă aceeași configurație geometrică după excitare asemănătoare cu cea a stării
fundamentale, iar poziția nucleelor nu este schimbată în timpul tranzițiilor electronice. Aceste
lucruri fac ca tranzițiile electronice să poată fi reprezentate ca niște linii verticale într -un
spectru.[12]
Structura internă a moleculelor poate reacționa cu radiația electromagnetică și prin alte
fenomene înafara celui de tranziție electronică. Electronii de legătură din interiorul moleculelor
au frecvențe rezonante care pot naștere fenomenelor de vibrație moleculară sau de rotație
moleculară. Deoarece diferențele energetice între nivele le asociate fenomenelor de vibrație și
rotație sunt mult mici decât cele asociate tranzițiilor electronice, excitarea va apărea evident la
lungimi de undă mai mari. Masa atomilor constituenți moleculelor este principalul factor care
influențează frecvențel e de vibrație.[12][18]

2.6.2 Emisia moleculară a radiației

La interacțiunea cu radiația electromagnetică, moleculele, pot emite la fel ca și atomii
radiție cu aceeași lungime de undă ca cea absorbită sau cu o lungime de undă mai mică.
Temperatura are un impact mare asupra emisiei de radiație. La o temperatură normală,
temperatura camerei, moleculele se găsesc pe stările energetice fundamentale. Atunci când proba
este încălzită, are loc excitarea moleculelor în stări vibraționale care aparțin stări i energetice
fundamentale, de pe care acestea pot regresa în stări energetice inferioare prin emisie de radiație.
Totuși radiațiile emise sunt foarte slabe iar printr -o creștere a temperaturii se pot descompune
moleculele, fapt pentru care această metodă e ste rar utilizată.[12]
În cadrul emisiei de radiație apar mai multe fenomene importante precum fluorescență,
fosforescență sau luminescența. Doar anumite soluții sau combinații chimice aflate în stările
solide pot reemite o parte din energia primită. Aces tă energie adesea este emisă sub formă de
radiație luminoasă vizibilă iar acest lucru reprezintă fluorescența. Altfel, fenomenul de
fluorescență este reprezentat de o pierdere de energie în urma revenirii moleculei pe diverse
niveluri de vibrație caracteri stice stării electronice fundamentale. Timpul în care apare acest
fenomen este cuprins între 10 -7 secunde și 10 -9 secunde. Întrucât există o diferență energetică
între energia incidentă și cea radiantă, evident al doilea tip va fi mai scăzut și astfel maxi mul
radiației de fluorescență va fi prezent la o lungime de undă mai mare față de maximul radiației
incidente asupra probei. Diferența de energie între cele două este disipată de mediu sub formă de
căldură. În general pentru ca moleculele să fie fluorescen te acestea trebuie să absoarbă puternic
lumina care are o lungime de undă λ > 200nm.[13]
În funcție de rapiditatea de scăderea a intensității luminii emise de atomi se poate face o
distincție între fenomenul de fluorescență și fosforescență. Primul dintre ele este fenomenul de
fluorescență la care această scădere este rapidă iar cel de -al doilea este de fosforescență unde
timpul de scădere a intensității luminoase emise este cu mult mai lent. Moleculele pot rămâne în
stări excitate, în fosforescență, un ti mp care poate fi de 108 ori mai mare decât cel al
fluorescenței. O moleculă poate fi în același timp fosforescentă și fluorescentă. Cele două se
bazează pe același principiu și mod de interacțiune cu radiația electromagnetică. Totuși deoarece
există o dife rență de timp atât de mare între cele două fenomene vorbind despre timpul de
scădere a intensității luminii emise, metodele de analiză bazate pe fluorescență și fosforescență
sunt realizate diferit. În cadrul fluometriei analiza se face în regim staționar adică excitarea
moleculară este continuă deoarece timpul de revenire în starea electronică fundamentală este
foarte scurt. Pentru fosforescență analiza este începută după ce excitarea a luat sfârșit. [12][13]
Fenomenul de luminiscență este la bază tot un fenomen de emisie luminoasă însă energia
primită nu provine de la radiația electromagnetică ci este energia apărută în urma unei reacții
chimice.

Astfel electronii sunt excitați cu ajutorul căldurii reacției care este degajată sub formă de
energie radian tă. Metoda spectrometrică care se bazează pe studiul fenomenului de luminescență
este spectrometria de chemiluminiscență.[13]

2.6.3 Difuzia radiației

Fenomenul de difuzie a radiației nu implică tranziții între nivelele energetice ale
moleculei sau atomului care face contact cu radiația. Atunci când paticula intră în contact cu
radiația electromagnetică cu lungimea de undă mult mai mare decât dimensiunea acesteia, prin
intermediul câmpurilor oscilante electric și magnetic ale radiației, aceasta v a fi supusă unei
perturbații puternice. În interiorul particulei frecvența sa propie de rezonanță răspunde la radiația
care trece, fiind astfel indusă o oscilație. Prin acest fenomen de inducere a unei oscilații ca
urmare a acțiunii radiației electromagnet ice, are loc producerea unui câmp care acționează ca o
sursă de radiație. Evident acest câmp va emite la rândul său o radiație electromagnetică într -o
direcție aleatoare, egală ca lungime de undă cu cea incidentă. O astfel de împrăștiere a noii
radiații po artă numele de difuzie Rayleigh și apare doar în cazul în care dimensiunile particulei
sunt mult mai mici ca lungimea de undă a radiației incidente, având ca exemple atomii și
moleculele.[12]
Acest efect este posibil doar în cazul în care polarizabilitate a particulei este constantă în
timpul vibrației. Dacă există o schimbare și această stare de polarizabilitate nu rămâne constantă
atunci fenomenul poartă numele de efect Raman. Influența acestui efect este clară atunci când se
discută despre radiația incid entă ca fiind monocromatică. În acest caz pe lângă linia caracteristică
care este specifică lungimii de undă a radiației incidente, de o parte și de alta a acesteia vor
apărea alte linii. În urma fenomenului de difuzie Raman spectrul rezultat are o formă
asemănătoare cu cea a unui spectru în domeniul IR.[12]
La o temperatură obișnuită, cele mai multe molecule se află în stările vibraționale
fundamentale, neexcitate. Prin polarizarea acesteia în urma interacției cu radiația
electromagnetică molecula va osci la și va primi o energie suplimentară specifică radiației
incidente. Astfel particula nu va trece pe un nivel excitat de energie și va rămâne cu acest plus de
energie pe parcursul trecerii undei electromagnetice. După cum se observă în figura 2.7 energia
primită de moleculă suplimentar este Ep. După trecerea undei electromagnetice molecula revine
la un nivel vibrațional și își încetează oscilația. În cazul în care acest nivel este diferit de cel
inițial, spre exemplu v1, energia pierdută Ed va fi mai mică d ecât cea primită Ep. Radiația
difuzată va conține o componentă egală în frecvență cu diferența dintre frecvența radiației
incidente și frecvența vibrației moleculare active în Raman. Energia Ei reprezintă diferența de
energie între starea vibrațională fund amentală și cea excitată. Tranzițiile de rotație pot și ele, prin
schimbarea stării de polarizabilitate să prezinte efect Raman.[12]

2.7 Metode de analiză spectrometrică

Se poate face o distincție a metodelor de analiză spectrometrică pe baza mai mul tor
parametrii precum:domeniul spectrului electromagnetic, tipul de fenomen ce rezultă în urma
interacțiunii între radiația electromagnetică și probă precum și particulele probelor asupra cărora
se realizează analiza fie ele molecule sau atomi.
În funcție de ceea ce se dorește a se obține în urma acestor analiza putem diferenția două
alte tipuri de analize acestea fiind analiza de tip cantitativ cât și analiza de tip structural. În cadrul
analizelor cantitative se urmărește determinarea concentrației compu sului fiind cunoscută în
prealabil natura sa. Pentru celălalt tip respectiv o analiză structurală, se caută determinarea
structurii compusului respectiv.[17]
Așa cum a fost prezentat în capitolul 2.1 metodele de analiză de tip spectrometric sunt
variate și cuprind, în funcție de natura interacțiunii radiației luminoase cu substanțele analizate
fenomene bazate pe absorbție, emisie, difuzie, etc. În continuare vor fi prezentate anumite
metode de tip spectroscpic, diferențierea fiind făcută în principal în f uncție de domeniul spectral
care este vizat asupra analizei. În tabelul 2.5 sunt prezentate regiunea spectrală vizată și tipul de
spectrometrie utilizată.

Spectrometria de rezonanță magnetică nucleară prescurtată în literatură RMN este o
tehnică de anali ză care se ocupă cu studiul tranzițiilor specifice stărilor energetice ale nucleului.
Aceste tranziții apar în urma aplicării unui câmp magnetic exterior asupra nucleului. Stările
energetice sunt corespondente diverselor orientări adoptate de nucleu în urm a aplicării câmpului
magnetic, acestea pot fi în sensul sau împotriva câmpului. Pentru producerea unei tranziții este
nevoie de o energie, aceasta fiind dependentă de mai mulți factori precum:intensitatea câmpului
magnetic exterior aplicat, tipul de molec ulă analizată, configurația electronică din jurul
nucleului. Ca principal avantaj al acestei metode este de menționat informația structurală oferită
mult mai mare comparativ spre exemplu cu o analiză de tip spectrometric în domeniul UV -VIS.
Totuși metoda n u este lipsită de dezavantaje, principalul fiind sensibilitatea redusă, fapt care nu
permite aplicarea acesteia pentru analiza de urme. Așadar spectrele RMN ne pot oferi informații
cu privire la identificarea moleculelor și determinarea structurii acestora . Studiul acestei metode
se poate realiza în două moduri și anume:aplicarea unui câmp magnetic constant și varierea
frecvenței câmpului de radiofrecvență sau procesul invers de variere a intensității câmpului
magnetic aplicat și menținerea frecvenței const ante. A două metodă este în general mai utilizată
deoarece este mult mai ușor să se stabilizeze frecvența decât câmpul magnetic. Componentele
care intră în alcătuirea unui spectrometru RMN folosit în analize prin ce -a de-a două metodă sunt
următoarele:un m agnet permanent, un generator de modulare a intensității câmpului magnetic,
un oscilator de radiofrecvență, un receptor de radiofrecvență, sistemul de înregistrare a
semnalului RMN și vasul care conține proba analizată.[12]
Spectrometria de rezonanță elec tronică de spin sau RES este o tehnică analitică bazată pe
studiul reorientărilor de spin electronic.Studiul se aplică în special sistemelor de ioni
paramagnetici care sunt supuși unui câmp magnetic static. Deoarece proba analizată prezintă în
interiorul s ău câmpuri magnetice locale, care interacționează cu momentul de spin al
electronului, această tehnică poate să ofere anumite informații pe care alte tehnici analitice nu le
pot da. Tehnica RES prezintă interes major în studiul ionilor paramagnetici sau a radicalilor
liberi adică a speciilor chimice care prezintă electroni neîmperecheați precum și a anumitor
efecte biochimice în medicină. Cu alte cuvinte acest tip de analiză este utilă în studiul

moleculelor ce conțin un număr impar de electroni. Radiația e lectromagnetică folosită este
monocromatică având o frecvență fixă iar pentru aplicarea metodei se variază intensitatea
câmpului magnetic.[7][19]
Spectrometria IR este o tehnică bazată pe interacțiunea dintre radiația electromagnetică
specifică acestei re giuni spectrale de infraroșu și moleculele probei de analizat. Odată cu
interacțiunea dintre cele două este de interes măsurarea lungimii de undă dar și a intensității
absorbției luminii din acest domeniu. Acestă regiune spectrală de IR poate fi divizată l a rândul
său în alte trei domenii după cum urmează:IR apropiat care prezintă o lungime de undă cuprinsă
între 0,8μm -2,5μm, IR fundamental sau mediu pentru care intervalul lungimilor de undă este
2,5μm -25μm și IR îndepărtat care conține lungimi de undă pest e 25μm cu limitare spre domeniul
de microunde. Dintre acestea domeniul IR fundamental este de interes mare întrucât prezintă
regiunea cea mai bogată din punct de vedere informațional dar și cea mai accesibilă
experimental. Această tehnică se bazează în spe cial pe absorbția radiațiilor din domeniul IR care
prin energia lor pot produce tranziții în stările vibraționale ale moleculelor. Deoarece dipolul
corespunzător legăturii formate între atomi oscilează cu o frecvență apropiată de cea a
componentei electric e corespunzătoare radiației electromagnetice incidente pe probă, energia
corespunzătoare acestui domeniu spectral amplifică mișcarea de vibrație a moleculelor.
Asemănător cu alte domenii spectrale, în IR se determină transmitanța probei caracterizată ca
fiind raportul intensității transmise și a intensității incidente. În funcție de această transmitanță se
poate exprima și absorbanța probei respective supuse analizei. Instrumentația folosită poate să
difere, spectrometrele în IR pot fi realizate cu monocana l sau dublu canal iar elementele
constituente ale unui asemenea aparat sunt:sursa de radiații, celula care conține proba de analizat
dar și proba de referință, monocromatorul, detectorul , înregistratorul semnalului și în cazul
aparatelor cu dublu fascicul apare în plus un chopper sau un alt separator.[13]
Există și anumite metode care studiază acest tip de interacțiune între radiația
electromagnetică dintr -un domeniu spectral anume și proba analizată la nivel atomic. Există
metode precum absorbția atomică sau metode de emisie atomică care diferă față de metodele
convenționale. În cadrul absorbției atomice, prin pulverizare, ionii constituenți probei analizate ,
pătrund într -o zonă cu temperatură ridicată împreună cu un alt gaz purtător și astfel devin atom i.
Practic proba din stare solidă trebuie adusă sub formă de vapori atomici. Starea atomilor trebuie
influențată astfel încât să favorizeze absorbția și să diminueze emisia, lucru care este posibil cu
ajutorul unor flăcări cu temperaturi cuprinse între 200 0K și 3000K. Fenomenele de absorbție sau
emisie atomică au fost discutate anterior în capitolul 2.5. Instrumentația folosită în cadrul
absorbției atomice este alcătuită din:sursă de radiații care pentru o selectivitate cât mai bună de
obicei este o sursă monocromatică, celula în care se află probele în stare gazoasă,
monocromatorul și detectorul împreună cu sistemul de evaluare. Principala difențiere între
această metodă și una de tip spectrometric de absorbție în domeniul UV/VIS este aceea că în loc
de so luții lichide, probele sunt prezentate în stare gazoasă în cadrul unei celule unde este o
flacără și sunt constituite din atomi în stare fundamentală și nu molecule.[13]
Spectrometria bazată pe absorbția moleculă a luminii în domeniul UV -VIS este una
dintre primele metode utilizate în laboratoarele de analiză chimică. Acestă metodă studiază

calitativ dar și cantitativ lumina absorbită de proba analizată cu scopul determinării compoziției
structurii interne a moleculei precum și concentrației de substanță d e interes. Există mai multe
variante de analiză în cadrul acestei metode printre care putem aminti:colorimetria, fotometria și
spectrofotometria.Pentru spectrometria din domeniile IR, UV, VIS principiile pe care se bazează
aparatele de măsură sunt în gener al aceleași. În cadrul acestei metode totuși este făcută operația
de fotometrare adică este determinat raportul intensităților a două radiații.Ca și în cazul
spectrometrelor în IR, atunci când discutăm despre instrumentația specifică domeniul UV -VIS se
poate vorbi despre o separare a acestor aparate fie ele monocanal sau cu canal dublu. În funcție
de acest lucru este măsurat raportul intensităților radiației incidente și transmisă de probă pentru
primul caz iar pentru al doilea raportul intensităților radia ției transmise de celula cu proba de
referință și radiația transmisă de celula cu proba de analizat. Ca aparat de măsură acesta conține
aceleași elemente precum cel din domeniul IR acestea fiind:sursa de radiații, celula cu proba de
referință și proba de analizat în cazul spectrometrelor cu dublu canal, monocromatorul, sistemul
de detecție și de înregistrare a semnalului.[12][13]
Spectrometria Raman se bazează pe fenomenul de difuzie al radiației, acesta fiind
discutat și în cadrul capitolului 2.6. Acest tip de analiză este o tehnică complementară
spectrometriei de absorbție în domeniul IR. Pentru înregistrarea spectrului Raman în cea mai
mare parte se încearcă eliminarea radiației difuzate prin efect Rayleigh. Fiind foarte slabe,
radiațiile Raman sunt măs urate la un unghi de 90 de grade față de sursa de radiații. Folosirea
unui laser ca sursă de excitare este benefică întrucât se pot obțin spectrele Raman pentru probe
aflate și în alte stări decât cele lichide. Acestă tehnică permite analiza anumitor compu și care nu
pot absorbi în domeniul de IR. De asemenea spectrul Raman este foarte slab pentru apă acest
lucru fiind un avantaj major comparând cu spectrometria de absorbție în IR unde apa absoarbe
puternic mascând diverse benzi ale spectrului. Dezavantajul major este acela că pentru o probă
care absoarbe radiația inciden tă această metodă nu poate fi folosită, fiind bazată pe un alt
fenomen total diferit. Probele care de asemenea sunt fluorescente nu vor putea fi analizate prin
această metodă întrucât spectr ul lor de fluorescență va msca spectrul de interes Raman. Cu
ajutorul anumitor condiții experimentale se poate sudia efectul Raman de rezonanță. Acest lucru
presupune trecerea electronului pe un nivel excitat de vibrație care aparține unei stări electronic e
excitate și apoi tranziția sa pe un nivel de vibrație al stării electronice fundamentale. Emisia fiind
făcută instantaneu spectrul astfel obținut este sub forma unor benzi înguste.[12]
Spectrometria de raze X se poate face cu ajutorul atât emisiei de ra ze X cât și a absorbției
acestora. Deoarece această tehnică este bazată pe tranzițiile între stările energetice ale
electronilor interni atomului, spectrele caracteristice de emisie sau absorbție a razelor X sunt
mult mai simple decât cele din domeniile vi zibil sau ultraviolet. Pentru a fi efectuate analizele în
acest domeniu este nevoie de o aparatură specifică care include elemente precum:sursa de
radiații, sistemul de separare și detectorul.Sursa de radiații din domeniul razelor X odată ce
interacționeaz ă cu proba analizată energia trebuie să fie suficient de mare pentru a putea
îndepărta electronii din invelișurile interne ale atomilor. De asemenea se pot folosi și surse
radioactive ca mod de excitare și producerea razelor X.[12]

Capitolul 3. Spectromet ria de absorbție în domeniul ultraviolet și vizibil

3.1 Noțiuni teoretice

Așa cum a fost precizat și în capitolul anterior spectrometria de absorbție în domeniul de
ultraviolet și vizibil se ocupă cu studiul interacției între radiația electromagnetică incidentă
specifică celor două domenii precizare și proba de analizat. Acest l ucru este realizat prin
absorbția radiației de către moleculele probei care, prin energia primită, efectuează tranziții
electronice pe stările excitate, lucru care se translatează în obținerea unor linii spectrale
caracteristice. Cu toate că aceste linii din punct de vedere teoretic sunt cât mai înguste, în
practică, deoarece odată cu tranzițiile electronice apar și alte fenomene precum tranziții între
stările de vibrație și rotație, este observată o lărgire a acestor benzi în spectru, poziția lor fiind
determinată însă de tranzițiile între stările electronice. Spectrometria de absorbție în domeniul
ultraviolet și vizibil este o metodă des utilizată în analizele chimice pentru determinări de tip
calitativ cât și cantitativ ale probelor. Această metodă poate fi realizată prim mai multe variante:
colorimetria, fotometria și spectrofotometria.[13][12]
Tehnica de colorimetrie reprezintă o variație a spectrometriei de absorbție care este
utilizată în special în domeniul vizibil. Acestă presupune compararea din p unct de vedere vizual
sau chiar instrumental între intensitatea culorii probei și intensitatea culorii unor probe etalon.
Este important ca aceste soluții să fie preparate în condiții identice. Cu cât există un număr mai
ridicat de probe etalon cu atât acu ratețea metodei este mai crescută. Cu toate acestea, metoda este
una subiectivă fiind influențată de persoana care realizează analiza și nu poate poate fi utilizată
decât în cadrul domeniului vizibil.[13]
Celelalte două variații ale metodei funcționează p e baza aceluiași principiu și anume
măsurarea instrumentală a intensității luminii transmise de probă sau mai bine spus determinarea
unui raport între intensitatea radiației incidente pe probă și intensitatea radiației transmise de
probă. Cele două metode folosesc ca sursă de radiație lumina monocromatică obținută în urma
anumitor procese. În cele mai multe cazuri sunt folosite însă două cuvete cu probe pentru
măsurarea experimentală, una fiind cea de referință și una conținând soluția pentru care se
doreșt e obținerea anumitor informații. Acest lucru implică și utilizarea în majoritatea cazurilor a
aparatelor care dispun de două drumuri optice sau aparate cu dublu canal. Radiația
monocromatică incidentă se comportă diferit în funcție de soluția utilizată ast fel că pentru o
anumită lungime de undă sau interval de lungimi de undă această radiație va fi mai mult sau mai
puțin transmisă de probă. În practică sursa de radiație emite radiație electromagnetică
policromatică adică aceasta conține mai multe lungimi de undă. Astfel trebuie separată în diferite
regiuni pentru a se observa exact care sunt porțiunile de interes ale spectrului. Atunci când sunt
folosite anumite filtre optice pentru acest proces având în vedere un spectru mai larg se poate
discuta despre fot ometrie iar când este realizată o îngustare a domeniului filtrat, în general prin
intermediul monocromatoarelor, vorbim de spectrofotometrie. Cea de -a doua metodă prezintă
principalul avantaj faptul că, lucrând cu un domeniu mai îngust se poate fixa mai pr ecis lungimea

de undă. Apare și o diferențiere clară între aceste două metode și cea colorimetrică prin prisma
faptului că ochiul uman nepercepând lumina domeniului UV, metodele de tip spectrofotometric
pot fi folosite în cadrul ambelor domenii. Există și aparate dedicate pentru acest tip de măsurători
care lucrează doar într -un domeniu din cele dou ă dar în majoritatea cazurilor instrumentația
folosită lucrează pentru ambele intervale de lungimi de undă. Această tehnică este
complementară metodei spectromet riei de fluorescență în sensul în care pentru spectrofotometrie
se studiază fenomenul de absorbție adică trecerea moleculelor de pe straturile electronice
fundamentale pe cele excitate iar în cazul fluorescenței este studiat fenomenul de emisie
moleculară a radiației adică trecerea de pe stările excitate pe cele fundamentale.
Spectrofotometria în general utilizează în cadrul măsurătorilor soluțiile obținute î ntr-un mediu
apos.[13][15][21]

3.2 Instrumentația
3.2.1 Schema generală a unui spectrofotometru

Există unele diferențe în ceea ce privește ansamblul componentelor specifice ale
spectrometrelor pentru domeniile VIS, UV și IR dar în general principiile optice și electronice de
funcționare sunt aceleași. În spectrometria de absorbție este determinat raportul între radiația
incidentă pe probă și radiația transmisă de aceasta.Dacă este folosită o radiație cu o bandă
spectrală foarte îngustă aceste aparate se numesc spectrofotometre.[12]
Pentru obținerea unui spectru de absorbție în domeniile UV, VIS, r adiația incidentă
trebuie separată pentru o mai bună determinare a respectivelor lungimi de undă care permit
absorbția sau după caz transmisia mare. Astfel pentru a evita eventualul fenomen de fluorescență
sau difuzie rezultat în urma supunerii probei la u n fascicul de radiații cu energie mare, celula cu
proba analizată este plasată după monocromator adică după ce radiația electromagnetică
policromatică este separată și transformată întro radiație monocromatică. Așa cum am specificat
anterior aceste dispozi tive pot fi prezentate în două forme și anume spectrofotometre monocanal
unde radiația monocromatică obținută are un singur traseu optic și cele cu dublu canal sau
spectrofotometre comparative în care radiația monocromatică este împărțită în două drumuri
optice cu ajutorul unor oglinzi. În figura 3.1 este prezentată schema bloc a unui spectrofotometru
de absorbție monocanal.Componentele sale sunt: sursa de radiație, monocromatorul care are
rolul de a separa radiația în funcție de lungimea de undă, celulele care conțin proba analizată sau
proba de referință, detectorul de radiații și sistemul de evaluare.[12][13]

Sursa generează radiație electromagnetică policromatică caracteristică pentru domeniile
spectrale UV, VIS. Acest fascicul pătrunde în monocromator unde cu a jutorul unei prisme sau a
unei rețele de difracție se face separarea acestuia într -un domeniu foarte îngust, practic
monocromatic. Astfel la ieșirea monocromatorului, radiația este incidentă pe proba de analizat.
În urma iradierii probei se poate determina absorbția acesteia prin compararea radiației transmise
de cuveta cu soluția analizată în lipsa sau prezența unei probe de referință, în cazul sistemelor
monocanal. Radiația transmisă este captată de sistemul de detecție care mai departe transfor mă
semnalul optic într -un semnal electric pentru ca acesta mai departe, să fie interpretat de sistemul
de evaluare care reprezintă aceste date sub forma spectrelor de transmisie sau absorbție.[12][13]
În general sunt folosite în analizele spectrofotometri ce, sistemele care sunt de tip
coparativ. Acestea prezintă un avanataj imens față de cele monocanal prin faptul că radiația
transmisă de soluția analizată este comparată în același timp cu radiația transmisă de proba de
referință. Acest lucru ușurează modu l de lucru dar și îmbunătățește rezultatele obținute și astfel
nu mai este nevoie să se introducă proba de referință după terminarea unei măsurători.
Spectrofotometrele comparative funcționează pe același principiu la fel ca cele cu un singur
drum optic. S ingura diferență este prezentată de faptul că radiația care părăsește
monocromatorul, este împărțită cu ajutorul unui dispozitiv optic în două drumuri care ajung la
celula cu proba de referință și cu soluția de analizat. Compararea intensităților radiațiil or
transmise de cele două probe este făcută continuu sau alternativ de mai multe ori pe secundă. În
cazul în care intensitățile sunt comparate alternativ atunci radiațiile transmise de cele două probe
ajung pe rând la detector, lucru care este determinat d e frecvența cu care oglinzile se rotesc. În
urma determinării semnalului de către detector acesta acționează un sistem care îl amplifică,
fiind acționat ulterior un servomotor prin intermediul căruia înregistratorul potențiometric
determină spectrul de abs orbție sau transmisie. Spectrul practic se obține printr -un sistem
mecanic care rotește rețeaua de difracție sau prisma dar în același timp realizează și o deplasare a
benzi de hârtie a înregistratorului și astfel este captat spectrul de interes. Schema bl oc a unui
spectrofotometru de absorbție este prezentată în figura 3.2.[12][13]

În tabelul 3.1 sunt prezentate principalele materiale de confecționare a părților
constituente spectrofotometrelor pentru domeniile UV, VIS. Se observă că majo ritate sunt
identice, singurul element care este de interes major și trebuie folosit diferit este sursa de
radiație. Prin înglobarea ambelor tipuri de surse în cadrul unui singur instrument de analiză, se
pot face măsurători cu ajutorul spectrofotometrelor în ambele regiu ni spectrale.[13]

3.2.2 Surse de radiații

Sursele de radiații folosite în spectrometria de absorbție moleculară se bazează pe
următorul principiu de funcționare: un material este excitat pe stări energetice ridicate prin
descărcare electrică sau încăl zire electrică iar în urma revenirii în stările energetice mai mici,
materialul respectiv emite radiație electromagnetică. Prin prisma faptului că unele materiale
prezintă multe niveluri energetice această emisie se comportă ca o radiație continuă. Acest l ucru

reprezintă și una dintre cerințele necesar fundamentale pentru o sursă de radiații și anume
comportamentul continuu, fără fluctuații a intensității radiației emise.[12][18]
Lumina specifică domeniului UV este derivată în general din lămpile cu deuter iu sau
hidrogen. Acestea pot emite radiație continuă în intervalul de 190nm – 380nm. Factorul de
limitare este reprezentat de limita joasă a transmisiei atmosferice în jurul valorii de 190nm. În
jurul acestor lămpi este necesar un înveliș de cuarț sau diox id de siliciu care are rol protector față
de căldura generată.[18]
În domeniul VIS este folosită ca sursă de radiații, lampa cu filament de wolfram care
emite radiație electromagnetică, specifică acestei regiuni, la alimentarea lui cu o sursă de curent
continuu. `Defapt radiația care este emisă de acest material depășește spectrul vizibil fiind
cuprină în intervalul 350nm – 2500nm lucru care presupune acoperirea unei bune părți a
domeniului IR apropiat.
În cazul spectrometriei de absorbție atomică în dome niul UV, VIS sunt folosite lămpile
cu catod cavitar sau lămpile cu descărcare fără electrozi. Lămpile cu catod cavitar sunt construite
dintrun tub de sticlă în care sunt plasați catodul cavitar, anodul și gazul inert. Acest tub este
prevăzut cu o fereastră transparentă prin intermediul căreia se realizează emisia de radiație. Între
electrozi este aplicată o tensiune care are rolul de a genera câmpul electric. Astfel atomii
constituenți ai gazului ciocnesc catodul în urma accelerării lor de acest câmp electr ic și smulg
din atomii săi. Prin ciocnirea celor două tipuri de atomi are loc emiterea spectrului caracteristic.
Dezavantajul major al acestor lămpi este timpul scurt de viață deoarece atomii smulși din catod
sunt depuși pe pereții lămpii.[12]
Lămpile cu descărcare fără electrozi sunt alcătuite dintr -un tub de cuarț și conțin în
interior un gaz inert. În urma introducerii acestei lămpi într -un generator de microunde, va apărea
fenomenul de descărcare în gaz lucru realizat de ionii săi pozitivi accelerați d e câmpul
electromagnetic. Cu toate că aceste surse sunt mai scumpe decât cele discutate anterior ele
prezintă un timp de viață ridicat dar și o intensitate a radiațiilor emise mai mare.[12]

3.2.3 Sisteme de separare a radiațiilor în funcție de lungimea de undă

Modul de realizare a analizelor de tip spectrofotometric este dat de sistemul care sepără
radiația policromatică generată de sursă, într -o radiație caracterizată printr -o bandă îngustă de
lungimi de undă. Separarea radiațiilor poate fi realizată prin anumite filtre sau
monocromatoare.[12]
Filtrele care realizează separarea radiației sunt de două tipuri: de absorbție sau
interferențiale. În cazul filtrelor de absorbție, benzile spectrale sunt obținute în urma absorbției
radiației caracteristică altor lungimi de undă decât cele de interes. Su bstanțele colorate absorb
radiația iar filtrul permite transmiterea radiației care are o lățime a benzii spectrală între 20nm –
50nm. Filtrele interferențiale permit o transmisie a benzii spectrale cu o lățime cuprinsă între

5nm – 10nm. Aceste filtre sunt alcătuite din mai multe straturi alăturate de dielectric care sunt
transparente și sunt acoperite cu un film metalic de argint cu rol în reflexia radiației. Astfel o
parte din radiația incidentă va trece neafectată iar altă parte va fi reflectată între cel e două straturi
metalice formându -se o interferență între cele două tipuri de radiații. Doar radiația rezultată în
urma unei interferențe constructive va trece prin filtru.[12]
Cel de -al doilea mod prin care se poate realiza separarea radiației în funcție de lungimea
de undă este prin monocromatoare. Aceste dispozitive la rândul lor sunt construite cu ajutorul
prismelor sau rețelelor de difracție. În figurile 3.3, 3.4 sunt prezentate elementele constructive ale
unui monocromator: fanta de intrare, colimato rul sau oglinda concavă, sistemul de dispersie cu
prismă sau cu rețea de difracție, sistemul de focalizare și fanta de ieșire.

Radiația generată de sursă intră în cadrul sistemului printr -o fantă. În continuare cu
ajutorul unei oglinzi colimatoare, rad iația este colectată și reflectată ca un fascicul paralel fiind
astfel incident pe prismă sau pe rețeaua de difracție. Radiația astfel dispersată este mai departe
colectată de o oglindă care are rolul de a focaliza fasciculul spre ieșirea dispozitivului cu ajutorul
unei fante de ieșire, prin care va trece doar o mică porțiune din radiație. În mod normal utilizarea
unei fante cât mai înguste la ieșirea monocromatorului ar asigura o bandă spectrală cât mai
îngustă, deci o rezoluție cât mai bună lucru care ar fi benefic pentru măsurătorile de precizie.
Totuși odată cu îngustarea benzii spectrale scade și intensitatea radiației lucru care afectează mai
departe sistemul de detecție.[12][14]
Principiul de variație al indicelui de refracție stă la baza dispersiei luminii într -o prismă.
Odată cu scăderea lungimii de undă scade și indicele de refracție al radiației și astfel pentru
valori mai mici, unghiul de deviere al radiației va fi mai mare. În funcție de domeniul spectral în
care este folosită, prisma poate fi realizată din materiale diferite precum: cuarț pentru regiunea
UV sau sticlă pentru regiunea VIS. [12]
Rețelele de difracție sunt alcătuite din mai multe șanțuri echidistante care au o puternică
suprafață reflectorizantă. Numărul de șanțuri diferă în func ție de domeniul spectral utilizat fiind
astfel cuprins între 600 -2000 pe mm. Monocromatoarele care folosesc acest tip de rețea pot fi
fixe sau cu scanare. Cele fixe sunt utilizate în special atunci când măsurătorile presupun folosirea

unei lungimi de undă pentru determinări cantitative. Monocromatoarele cu scanare sunt bazate
pe un mecanism care rotește rețeaua de difracție continuu și astfel permite ieșirea succesivă a
lungimilor de undă. Un principal avantaj al acestor sisteme de separare față de prisme e ste acela
că rețelele de difracție pot să ofere o dispersie unghiulară liniară a luminii pe tot domeniul
spectral u tilizat în măsurători.[12][14]
3.2.3 Detectori de radiații

Detectorii de radiații sunt dispozitive folosite cu scopul de a capta radiația transmisă în
urma trecerii acesteia prin cuva cu proba analizată și care pot face o corelație între semnalul
generat și intensitatea radiației recepționate. În urma absorbției, aceste dispozitive trebuie să
transforme energia fotonilor recepționați într -o cantitate măsurabilă. Acești detectori trebuie să
prezinte o serie de parametri caracteristici importanți pentru modul de funcționare precum:
zgomot de fond cât mai mic, stabilitatea răspunsului în timp, sensibilitate mare, timp scurt de
răspuns. Zgomotul de fond al detectorului este reprezentat de răspunsul său în absența unui
semnal astfel cu cât această valoare este mai mică cu atât precizia măsurătorilor va fi mai bună.
De asemenea acest dispozitiv trebuie să fie stabil deoarece chiar și cele mai mici fluctuații ale
răspunsului pot influența acuratețea și interpretarea rezultatelor. [12]
Se pot utiliza mai mulți detectori în funcție de domeniul spectral analizat printre care
amintim: detectori fotoelectrici, detectori fotografici și ochiul omenesc. Uti lizarea ochiului
omenesc pentru radiații din domeniul vizibil este o tehnică foarte slabă fiind puternic influențată
de persoana care realizează măsurătoarea. Detectorii fotografici sunt utilizați în principal în
spectrometria de emisie.[12]
Detectorii fo toelectrici sunt capabili de a capta energia fotonilor incidenți pe suprafață și
de a o transforma într -o cantitate măsurabilă cu ajutorul efectului fotoelectric. Există mai multe
tipuri de astfel de aparate utilizate precum: celule fotovoltaice, celule fo toconductive, celule
fotoemisive și tuburi fotomultiplicatoare. Cel mai simplu tip de detector fotoelectric este celula
fotovoltaică. În urma iluminării, aceste dispozitiv generează un curent care poate acționa mai
departe instrumentul de măsură. Totuși ac este celule au un timp lung de răspuns iar stabilitatea
lor nu este foarte bună. Celulele fotoconductive sunt alcătuite din materiale semiconductoare. În
urma absorbției radiației electromagnetice, electronii materialului trec în benzile conductive și
astfel determină o creștere continuă a curentului care trece prin celulă. Tuburile
fotomultiplicatoare sunt alcăuite dintr -o serie de electrozi și un catod fotoemisiv. La interacția
radiației cu catodul, sunt eliberați electroni care ajung la primul electrod. De menționat este
faptul că acest electrod este acoperit cu un compus chimic special care permite o emisie mărită
de electroni în funcție de cei incidenți. Astfel numărul electronilor emisi se mărește de la un
electrod la altul până când în final sunt cole ctați de anod. Aceste dispozitive prezintă o
amplificare foarte mare a semnalului, până la un ordin de 106, fiind reglată cu ajutorul diferenței
de potențial între electrozii interni.[12]

3.3 Legea fundamentală a absorbției

Așa cum a fost menționat anterior în cadrul metodelor spectrometrice bazate pe absorbția
radiației, este măsurată comparativ intensitatea radiației incidente pe proba de interes și
intensitatea radiației transmise de proba etalon sau de referință, stabilindu -se un raport între
aceste două mărimi. Atât soluția obținută asupra căreia urmează să se realizeze măsurătorile cât
și soluția de referință, sunt puse într -o cuvă de plastic, sticlă sau cuarț, ambele având aceleași
dimensiuni, care sunt supuse mai departe radiației electromagne tice specifice în acest caz
domeniilor UV,VIS. Pentru determinarea legii fundamentale a absorbției radiației sau legea lui
Lamber -Beer trebuie să presupunem niște condiții inițiale acestea fiind: radiația incidentă pe
probe este monocromatică, acțiunea ace stor substanțe este independentă în procesul de absorbție
una față de cealaltă.[12]
Pornind de la figura 3.5 se va determina legea lui Lambert -Beer. Pentru acest lucru se
consideră intensitatea radiației incidente I0, intensitatea radiației transmise It, I este intensitatea
radiației în acel punct, dI scăderea intensității radiației într -un spațiu infinit de mic dl și l
lungimea caracteristică a cuvei în care se află substanța.[12]

Se exprimă scăderea intensității radiației cu ajutorul următoarei formule:

unde k este o constantă specifică speciei absorbante sau coeficient de absorbție
Rearanjând ecuația anterioră, aceasta poate fi scrisă sub următoarea formă:

Cu ajutorul acestei ecuații putem ajunge la legea lui Lambert -Beer integrând pentru tot drumul
parcurs de radiație:

Prin calcul în urma rezolvării acestor integrale rezultă legea lui Lambert -Beer inițială:

În continuare se va face o schimbare a bazei logaritmului pentru a fi exprimat în bază 10:

unde k’ = 0,43×k. În continuare va fi folisită convenția de notare I a radiației transmise. Atunci
când fenome nul de absorbție este datorat unei specii dizolvate constanta k’ este dependetă de
concentrația acesteia. Astfel rezultă expresia finală a legii Lambert -Beer:

Dacă grosimea probei l este exprimată în cm iar concentrația c în grame pe litru de soluție atu nci
constanta a se numește absorbtivitate specifică exprimată î n L g -1 cm -1. Totuși, frecvent
concentrația c este exprimată în moli/L, lungimea l în cm iar constanta a este notată cu ε și
reprezintă coeficientul molar de absorbție exprimată în L mol -1 cm -1. Cu aceste considerente
este descrisă forma cea mai utilizată a legii Lambert -Beer care oferă practic formula absorbanței:

Valoarea coeficientului molar de absorbție este independentă de concentrație dar este
caracteristică speciei absorbante într -un an ume solvent. Odată cu apariția absorbanței poate fi
descrisă și formula pentru transmitanță. Transmitanța se notează cu T și reprezintă raportul
intensităților radiațiilor transmise și incidente pe probă:

Frecvent transmitanța este exprimată procentual d eci reprezintă raportul din relația anterioară
astfel: T×100 și este notată cu T%. Considerând aceste lucruri se poate scrie o relație de legătură
între cele două mărimi respectiv absorbanță și transmitanță:

Este de ajutor să fie exprimată și o relație de legătură între absorbanță și transmitanța exprimată
în procente:

Evident cum transmitanța poate fi exprimată în procente și absorbanța este adimensională acest
lucru poate fi ușor confuz pentru o comparație între cele două. În figura 3.5 este repreze ntată
relația între cele două:

O influență puternică asupra comportamentului absorbției unei probe o are concentrația care este
utilizată în cadrul măsurătorilor. Așa cum am menționat anterior coeficientul molar de absorbție
este independent de concentra ție el fiind caracteristic speciei absorbante. Așadar o schimbare a
concentrației de probă utilizată în soluția analizată va afecta în mod direct absorbanța. Printr -o
creștere a concentrației analitului va rezulta o absorbanță ridicată deci o transmitanță scăzută. În
figura 3.7 este reprezentată această dependență a concentrației asupra celorlalte două mărimi.

Capitolul 4. Rezultate experimentale
Cu ajutorul spectofotometrului CARY 4000 am realizat mai multe măsurători pentru
determinare spectrelor de transmisie si absortie a unor mostre de sol,iar cu ajutorul unui PH –
metru am realizat determinari de PH pentru aceste moste. In urma masurătorilor am ales 10
mostre,prezentate in tabelul 4. 1,iar modul de desfasurare a masuratorilor este prezentat in
continuare.
În vederea alegerii domeniului spectral în care s -au realizat măsurătorile, așa cum a fost
prezentat în capitolul 2.6, energia radiației înscrisă în aceste domenii este necesară pent ru a
realiza tranzițiile electronice ale moleculelor și astfel să se obțină spectrele de absorbție și
transmisie. Se poate observa că domeniul ales este benefic măsurătorilor prin obținerea anumitor
maxime de absorbție dar și prin faptul că odată cu scăder ea lungimii de undă, în cadrul
domeniului UV, forma graficului capătă o formă aleatoare.
Primul pas a fost pregătirea probelor care a implicat matuntirea probelor de sol ca mai
apoi sa fie încorporate într -o substanță cu ajutorul apei folosit ca solvent.D upă ce am obținut
soluția, am extras o cantitate mica cu ajutorul unei pipete și introdusă in cuva de plastic.Ca
referință pentru măsuratori a fost folosită tot o cuvă din plastic în care a fost introdusă apă.
De menționat este că aceste cuve au patru feț e, paralele două câte două, de tip transparent
și opac. Ele trebuie introduse în celulele aparatului cu fețele transparente pe planul radiației astfel
ca lumina să poată trece prin ele. Înainte de folosire, cuvele au fost tratate cu alcool etilic și apoi
spălate pentru a nu prezenta anumite impurități, lucru care poate afecta rezultatele măsurătorilor.
În cadrul programului care controlează modul de realizare a măsurătorilor se pot face anumite
modificări prin care se pot schimba axele spectrului pentru a o bține transmisia sau absorbția și de
asemenea se poate modifica pasul de analiză. Aparatul de analiză este un spectrofotometru
comparativ care se bazează pe o scanare automată a lungimilor de undă. Pasul este de 10nm pe
secundă iar domeniul spectral de ana liză în care au fost făcute măsurătorile este încadrat între
200nm – 800nm.
Pentru ca măsurătorile să fie în prima fază verificate s -au efectuat mai multe analize
asupra aceleași substanțe și pentru spectrul de absorbție și pentru spectrul de transmisie. Nu au
fost observate schimbări ale formelor de undă lucru care prezintă stabilitatea sistemului. În
schimb măsurătorile succesive au arătat o scădere a absorbției odată cu trecerea timpului lucru
care poate fi cauzat de omogenitatea soluțiilor obținute. Du pă realizarea măsurătorilor aferente
unui spectru cuva a fost scoasă din celulă și astfel soluția a fost din nou omogenizată pentru a
obține rezultate cât mai apropiate între cele două spectre.
O primă măsurătoare a fost efectuată asupra apei. În cele dou ă celule au fost introduse
cuvele de plastic care conțin apa, solventul cu care au fost realizate soluțiile analizate ulterior. În
mod normal la analiza aceleiași probe transmitanța are o valoare de 1 corespondent procentual în
100%. Așadar absorbanța pe t ot domeniul analizei ar fi trebuit să indice o valoare de 0. În
practică se observă că există o oarecare diferență datorată potențialelor impurități sau stabilității
sistemului de evaluare.