Chimie

Nouveaux domaines d'application pour la spectroscopie UV/Vis

Nouveaux domaines d'application pour la spectroscopie UV/Vis



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Lorsqu'il y a quelques années, de nouveaux systèmes de détection, les barrettes de diodes, sont passés du développement en laboratoire au fonctionnement de routine et ont montré de très bons résultats de mesure, de nouveaux domaines d'application se sont développés pour la spectroscopie UV / Vis. En plus des domaines d'application originaux - initialement la colorimétrie et plus tard la spectrométrie (c'est-à-dire les méthodes de détermination quantitative des concentrations) - la spectroscopie UV / Vis a également pris de l'importance

  • comme système de détection dans les procédés chromatographiques tels que la chromatographie liquide haute pression (HPLC) ou la chromatographie sur couche mince (TLC),
  • en contrôle de processus,
  • en assurance qualité et
  • en chimie clinique.

La combinaison des systèmes de détection avec des guides de lumière a également créé de nouveaux domaines d'application. Cette nouvelle forme de transmission de la lumière de l'appareil de mesure à la substance d'analyse - de sorte que l'espace d'échantillon classique n'est plus nécessaire - a conduit au fait que de tels systèmes sous le terme de "capteurs optiques" sont désormais également utilisés dans des domaines tels que :

  • en colorimétrie
  • lors de mesures dans des endroits inaccessibles (par exemple contaminés par la radioactivité),
  • lors de mesures dans des fermenteurs en rapport avec la biotechnologie,
  • en combinaison avec des composés chimiques qui, en raison des influences environnementales (pH, Température, concentration de gaz) fournissent un changement de couleur qui est observé directement via un guide de lumière (capteur optochimique), ou
  • en combinaison avec des matériaux biologiques comme biocapteurs.

Les divers domaines d'application de la cryogénie

La cryogénie décrit la génération de basses températures. Parce que dans cet état, il est possible de démarrer certains processus physiques. Ces techniques couvrent la plage de -150°C. De cette façon, l'hélium et l'azote peuvent être liquéfiés. La technologie cryogénique convient à un large éventail d'applications. Dans cet article, vous apprendrez quels domaines d'application il y a pour eux.


Les nouveaux spectrophotomètres UV-VIS UV-2600 et UV-2700 de Shimadzu, leader mondial de l'analyse instrumentale, ont été développés pour un large éventail d'applications de recherche. Les exemples d'applications vont des composés organiques et inorganiques, des échantillons biologiques, des matériaux optiques au photovoltaïque.

Les deux spectrophotomètres UV-VIS offrent des performances optimales en termes de lumière diffusée, de gamme spectrale et de taux d'échantillonnage. Avec un encombrement de seulement 45 x 60 cm, l'encombrement a été réduit de près de 30 % par rapport aux modèles précédents UV-2450 et UV-2550. Dans le même temps, l'utilisation des derniers composants électroniques a permis de réduire de 10 % la consommation d'énergie.

Avec double monochromateur : le spectrophotomètre UV-2600 UV-VIS

Le système optique de l'UV-2700 utilise de nouveaux réseaux de diffraction dans ses monochromateurs selon Litrow- ou Czerny-Turner. Ces grilles Lo-Ray-Ligh ® sont fabriquées selon un procédé holographique développé par Shimadzu de telle sorte que la lumière diffusée soit réduite au minimum tout en maintenant l'efficacité en termes de débit lumineux. Avec cette proportion extrêmement faible de lumière diffusée, l'UV-2700 permet de mesurer jusqu'à 8 unités d'absorption. Ce système offre des valeurs mesurées extrêmement précises sans préparation supplémentaire d'échantillons, même pour des applications difficiles, telles que l'analyse de films polymères polarisants, des solutions non diluées et des questions du secteur des sciences de la vie.

Le spectrophotomètre UV-2600 UV-VIS avec monochromateur unique

L'UV-2600 avec son monochromateur unique est utilisé pour les applications qui nécessitent un débit d'énergie plus élevé. Les nouvelles grilles Lo-Ray-Ligh ® dans la structure Czerny-Turner y sont également utilisées. En conjonction avec le nouvel accessoire ISR-2600PLUS (sphère d'intégration avec double détecteur), la gamme de longueurs d'onde de ce système peut être étendue jusqu'à 1400 nm au lieu de 900 nm. Cela ouvre de nouveaux champs d'application, par exemple dans les industries photovoltaïques et du silicium. Des exemples d'application sont la détermination des propriétés optiques de films antireflet ou de silicium polycristallin.

Grand choix d'accessoires pour les deux spectrophotomètres

Un large choix de nouveaux accessoires est disponible pour les deux spectrophotomètres UV-VIS, comme une unité de lumière au mercure pour la validation ou l'intégration de sphères avec un détecteur simple ou double. Avec l'extension de chambre d'échantillon MPC-2600, les mesures de grands échantillons sont également possibles. Un nouveau porte-film avec rotation pour l'examen des matériaux polarisants et une nouvelle cellule pour l'analyse des poudres avec les sphères d'intégration élargissent le champ d'application des nouveaux systèmes UV-VIS.

Nouveau logiciel pour la validation du spectrophotomètre UV-VIS

Les appareils sont contrôlés par le nouveau logiciel UVProbe version 2.4. Des progiciels en option pour les analyses de couleur, d'épaisseur de couche et de Tm sont disponibles. Pour les applications pharmaceutiques et autres nécessitant une validation matérielle, les UV-2600 et UV-2700 sont livrés avec un nouveau logiciel de validation qui prend en charge les tests conformément aux réglementations USP, EP et JP. Le contrôle par PC s'effectue via l'interface USB2.0 sous les systèmes d'exploitation MS WindowsXP®, MS VISTA® et MS Windows7®.


Incrustation polarisable

En spectroscopie en particulier, il y a toujours eu une étroite interconnexion entre les travaux expérimentaux et théoriques. Les derniers développements de la chimie computationnelle permettent aujourd'hui de plus en plus de simuler très précisément l'aspect important de l'influence des solvants dans les investigations théoriques.

Tout a commencé avec l'atome d'hydrogène : les efforts intensifs pour comprendre les raies spectrales observées expérimentalement ont conduit aux fondements essentiels de la mécanique quantique. Le modèle de Bohr de l'atome qui en a résulté a également été une étape importante sur la voie de notre compréhension actuelle des systèmes atomiques et moléculaires. Depuis lors, il y a eu un échange constant et fructueux entre les listes expérimentales et les théoriciens qui traitent des méthodes spectroscopiques. De nombreuses expériences ne peuvent pas du tout être interprétées sans un modèle théorique bien fondé, et à l'inverse, de nouvelles mesures de plus en plus précises permettent de mieux comprendre le monde atomique.

Théorie quantitative
La connaissance de la chimie théorique a longtemps permis non seulement une compréhension qualitative mais aussi des prédictions quantitatives. Les progrès rapides de la chimie computationnelle, tant sur le plan méthodologique que matériel, y ont contribué. Néanmoins, les exigences de puissance de calcul pour les modèles informatiques d'aujourd'hui sont élevées. Afin de garder les problèmes calculables, il est donc souvent nécessaire d'introduire des approximations de la réalité expérimentale. L'une des simplifications les plus courantes consiste à négliger le solvant (LM) dans lequel la mesure a été effectuée.

Cette hypothèse n'est bien entendu que conditionnellement admissible. En général, une modification des propriétés spectroscopiques due au LM est à prévoir. Si ce phénomène est lié à l'absorption de la lumière visible pour qu'un changement de couleur se produise, on parle de solvatochromie [1]. Un exemple illustratif est montré sur la figure 1, qui montre diverses solutions de la molécule de bétaïne. Selon la polarité du LM, il y a des impressions de couleur complètement différentes. Cependant, ce fait ne peut être décrit dans le modèle que si l'influence du milieu est prise en compte. Pour une compréhension globale des expériences spectroscopiques, il est donc essentiel d'inclure l'environnement. Cela ne s'applique pas seulement aux questions fondamentales d'intérêt purement théorique. Cela peut également être crucial pour l'examen des problèmes d'application. Un exemple est la simulation de nouveaux colorants pour les cellules solaires à base de polymères. Afin d'assurer la meilleure utilisation possible de la lumière blanche du soleil pour produire de l'électricité, de nouveaux colorants sont nécessaires. L'ordinateur s'offre ici comme un outil peu coûteux pour une conception rationnelle. Cependant, le reste de l'environnement dans la cellule solaire doit être pris en compte pour des prédictions fiables des propriétés de couleur.

Modélisation mécanique quantique des LM
Un modèle le plus complet possible consiste en une description en mécanique quantique de l'ensemble du système LM/colorant. Bien entendu, le caractère dynamique du système doit être pris en compte, de sorte qu'il ne suffit pas de calculer un arrangement de tous les atomes (on parle aussi d'un instantané des positions atomiques), mais plusieurs milliers d'arrangements différents doivent être générés. Cependant, si de tels calculs doivent être effectués en routine, une analyse purement quantique ne peut normalement pas être utilisée. L'effort de calcul est tout simplement trop élevé.

Afin de toujours pouvoir décrire l'effet des LM, il existe deux approches de base pour des modèles informatiques efficaces. Le premier décrit l'environnement LM seulement implicitement comme un continuum diélectrique polarisable. C'est-à-dire que la molécule d'intérêt est enfermée dans le modèle avec une coque qui représente une interface. La charge induite est déterminée pour cette zone en fonction de certains paramètres du solvant. Le potentiel externe ainsi calculé donne alors l'influence sur les propriétés d'absorption de la molécule. L'approche implicite accélère considérablement les calculs, mais la grande simplification ne permet pas de prendre en compte les influences propres à LM. En particulier, la formation de liaisons hydrogène ne peut pas être décrite de manière suffisamment détaillée. Cependant, ceux-ci ont souvent une influence majeure sur les molécules de couleur.

L'approche alternative consiste à d'abord décrire la molécule en solution en utilisant la dynamique moléculaire classique (DM) et en extraire plusieurs instantanés représentatifs. Dans une étape ultérieure, un modèle à partir de considérations de mécanique quantique (QM) et de mécanique moléculaire classique (MM) est créé pour chacun de ces instantanés, ce que l'on appelle l'approche QM/MM. Ici, les atomes du LM sont principalement représentés par des charges ponctuelles (correspondant à leurs charges partielles dans la molécule LM). Ces charges créent un potentiel électrostatique, qui influence également l'absorption de la lumière dans la molécule de couleur. Les positions atomiques variant d'un instantané à l'autre, le caractère dynamique de la solution est pris en compte. De plus, la représentation explicite des atomes LM peut également montrer l'effet des liaisons hydrogène. Le prix pour cela est un effort de calcul plus élevé, car la simulation MD doit être effectuée en premier, puis une centaine de calculs QM / MM supplémentaires sont nécessaires au lieu d'un seul comme avec les processus implicites.

En plus des différences entre les deux approches qui ont déjà été expliquées, il existe un autre aspect qui est pertinent pour la description du solvatochromisme. Dans les approches QM/MM standard, les charges partielles des molécules LM sont fixes. Par conséquent, le potentiel électrostatique ne change pas même si la densité de charge dans la partie QM change ; c'est-à-dire qu'aucune rétroaction entre les deux systèmes n'est décrite. Cependant, en raison de l'absorption de la lumière et de l'excitation d'un électron à un niveau d'énergie plus élevé, un déplacement de charge se produit, qui a souvent un effet significatif sur l'environnement de la molécule de couleur. L'interaction avec le LM peut conduire à une stabilisation ou une déstabilisation de l'état excité. Cela signifie à son tour qu'une lumière d'énergie inférieure (ou supérieure) est nécessaire pour obtenir l'excitation électronique. Le changement d'énergie d'absorption a un impact direct sur l'effet solvatochrome. Bien que ce fait ne soit pas décrit dans les approches QM/MM conventionnelles, les modèles LM implicites peuvent en principe le faire.

Encastrement polarisable Afin de pouvoir néanmoins réaliser une description explicite du LM et en même temps le couplage mutuel entre les sous-systèmes QM et MM, la méthode d'encastrement polarisable (PE) a été développée [2-4]. La polarisabilité des centres atomiques classiques induit des moments dipolaires qui fournissent la rétroaction nécessaire. Le PE est ainsi une extension des approches QM/MM standard. Un autre avantage est que les atomes du domaine classique sont décrits non seulement par leurs charges ponctuelles et leur polarisabilité, mais aussi par des moments multipolaires plus élevés. Les valeurs pour cela ne sont pas obtenues à partir de données empiriques. Au contraire, ils peuvent être obtenus directement à partir de calculs de mécanique quantique. Cette plus grande indépendance par rapport à l'expérience permet une modélisation plus flexible de LM ou d'autres environnements complètement différents. La méthode peut être combinée avec l'approche de la théorie de la fonctionnelle de la densité [2], la méthode standard actuelle en chimie computationnelle, et avec la méthode encore plus précise des clusters couplés [3,4]. Dans une première étude, il a pu être montré qu'avec cette approche les données expérimentales sur le solvatochromisme de l'acétone dans les solvants eau, méthanol, acétonitrile et tétrachlorure de carbone peuvent être reproduites très précisément [5]. La comparaison avec d'autres méthodes illustrées à la figure 2 le montre clairement. La description LM implicite (appelée ici PCM) et l'approche QM/MM conventionnelle ne peuvent pas refléter de manière satisfaisante la tendance correcte.

De plus, la méthode permet également d'étudier les contributions individuelles de divers effets du LM et ainsi d'être mieux comprises [6]. Un autre aspect intéressant est que du point de vue d'un modèle informatique, il y a peu de différence entre un environnement LM ou un échafaudage protéique. Par conséquent, la méthode PE peut également être appliquée aux questions relatives à la spectroscopie de biomolécules. Ainsi pourrait z. Par exemple, on peut montrer que la très faible influence confirmée expérimentalement sur l'absorption du chromophore dans la protéine jaune photoactive (PYP) n'est pas due à une interaction négligeable avec la protéine, mais à des effets physiques s'annulant mutuellement. La rétroaction entre le chromophore et la protéine en est une partie essentielle, de sorte que la méthode PE a été déterminante pour un calcul correct [6].

sommaire
La méthode PE est actuellement encore en phase de développement actif, il faudra donc certainement un certain temps avant que les utilisateurs de simulations informatiques puissent systématiquement s'y rabattre. Le potentiel de la méthode a déjà été démontré dans un certain nombre d'applications [7]. La méthode PE est donc un nouvel outil précieux pour simuler et comprendre encore mieux les influences environnementales sur la spectroscopie UV/Vis.

crédits
[1] Reichardt C. et Welton T. : Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim 2011.
[2] Olsen J.M. et al.: J. Chem.Théorie Comput. 6, 3721-3734 (2010)
[3] Sneskov K. et al.: J. Chem.Phys. 134, 104108 (2011)
[4] Schwabe T. et al.: J. Chem.Théorie Comput. 8, 3274-3283 (2012)
[5] Schwabe T. et al.: J. Chem.Théorie Comput. 7, 2209-2217 (2011)
[6] Sneskov K. et al.: Phys. Chimie Chimie Phys. 13, 18551-18560 (2011
[7] Olsen J. M. H. et Kongsted J. : Adv. Quantum Chem. 61, 107-143 (2011)

JProf. Dr. Tobias Schwabe, Centre de bioinformatique et Institut de chimie physique, Université de Hambourg


Bases de la photométrie

Comparez les prix des bases de la photographie et trouvez le meilleur prix. Large gamme de bases de la photographie Photométrie, mesure de la lumière, en chimie au sens étroit la détermination de la concentration des substances dissoutes en mesurant leur absorption lumineuse (spectroscopie UV-VIS). L'échantillon principalement incolore est converti en un composé coloré avec une absorption lumineuse spécifique par réaction avec des réactifs appropriés. L'absorbance est ensuite déterminée

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  1. Les couleurs de base de ce mélange de couleurs soustractives sont le jaune, le rouge et le bleu. Mélanger du jaune et du rouge produit de l'orange, mélanger du jaune et du bleu produit du vert et mélanger du rouge et du bleu produit du violet. Si vous mélangez toutes les couleurs de base, le résultat est noir avec une couverture complète
  2. Les processus suivants ont lieu dans une mesure photométrique : Après qu'un faisceau mince a été filtré par un système optique avec un diaphragme à fente, certaines longueurs d'onde d'une source lumineuse sont sélectionnées par le filtre ou par des prismes
  3. La photométrie ou la photométrie (en grec ancien φῶς « lumière » et « mesure ») sont des méthodes de mesure dans la gamme de longueurs d'onde de la lumière ultraviolette et visible à l'aide d'un photomètre

Bases théoriques de la photométrie En photométrie, la lumière d'une certaine longueur d'onde (lumière monochromatique) est envoyée à travers une solution de colorant dans un récipient de mesure (cuvette). Avec l'utilisation de la lumière ultraviolette, de nombreuses substances non colorées peuvent également être envoyées par photométrie et l'absorbance mesurée. Notions de base Lire le livre blanc (725,27 Ko) Qu'est-ce que la lumière, quelles gammes de longueurs d'onde la photométrie UV-VIS utilise-t-elle, comment fonctionne un photomètre, que faisons-nous ? La photométrie est la détermination de la concentration d'une substance en mesurant comment elle affaiblit l'intensité de rayonnement électromagnétique. Le terme photométrie est limité à la gamme UV/VIS. 2. Rayonnement électromagnétique (retour.

Grandeurs et unités photométriques En photométrie, la lumière n'est pas évaluée uniquement sur la base de ses performances physiques ou de son énergie, mais plutôt sur la perception physiologique de la luminosité de l'œil humain. Il s'agit donc de paramètres photobiologiques. Les filtres interférentiels simples ont une bande passante d'environ 10 nm et une transmission maximale de 40 à 60 % Optique physiologique (l'œil, photométrie, couleurs) Optique ondulatoire I (propriétés de base des ondes par rapport à l'optique) Structure du cours d'optique ondulatoire II (Interférence bi et multifaisceaux, interféromètre, couches minces) Optique ondulatoire III (diffraction, modèle Fresnel-Huygensche, diffraction Fresnel / Fraunhofer, illustration) Optique ondulatoire IV (polarisation, biréfringence) Optique de Fourier (introduction. Photométrie - informations et sources) d'information En général, la photométrie désigne un processus de mesure Physico-technique dans le domaine de la lumière visible. D'autres domaines d'application sont le contrôle de la qualité ou l'assurance de la qualité dans certains processus industriels ou appropriés

C'est la base de toutes les déterminations quantitatives de teneur en photométrie. Une comparaison entre photomètre et spectrophotomètre photomètre. Un photomètre isole une longueur d'onde spécifique grâce à l'utilisation d'un filtre. Un colorimètre utilise des filtres à bande étroite, ou des systèmes similaires, pour diviser la lumière en composants de couleur, puis les adapter. La photométrie fait partie des méthodes d'analyse spectroscopique et est basée sur l'exploitation de l'interaction entre le rayonnement électromagnétique et les atomes/moléculespour obtenir des informations sur les propriétés des matériaux (dans la présente expérience pour déterminer la concentration de cuivre)


Une méthode, deux domaines d'application : évaluation de la qualité de l'eau et aide aux archéologues

À l'Université de Birmingham en Grande-Bretagne et à l'Université de technologie de Clausthal, la méthode de polarisation spectrale induite (SIP) a été développée pour différents domaines d'application. Financé par le German Academic Exchange Service, Norbert Schleifer a été invité à Birmingham pendant deux semaines pour présenter et discuter du travail de Clausthal, et en retour MSc Julian Scott est venu nous voir & # 8220, déclare le professeur Dr. Andreas Weller de l'Institut de géophysique de l'Université de technologie de Clausthal.

Les géophysiciens de Clausthal utilisent avec succès la méthode SIP depuis environ deux ans pour traquer les chemins de planches de l'âge du bronze qui ne se trouvent qu'à quelques décimètres sous terre. Ceci est extrêmement utile pour les archéologues, car ils devaient auparavant effectuer des fouilles approfondies pour trouver les restes de la colonie. Avec la méthode SIP, l'archéologue reçoit pour ainsi dire des yeux à rayons X, et il peut plus tard, après avoir obtenu un aperçu avec la méthode géophysique, révéler des détails qui l'intéressent particulièrement.

À Birmingham, la même méthode est en cours de développement avec un objectif différent. & # 822025% des eaux souterraines en Angleterre et au Pays de Galles sont obtenues à partir de grès du Trias. Dans un premier temps, j'ai examiné des échantillons de grès d'origines différentes pour voir si et comment l'espace interstitiel entre les grains de sable cuits, la forme des pores et la teneur en minéraux argileux se reflètent dans les signaux de mesure & #8220, explique MSc Julian Scott.

& # 8222Le Clausthaler et l'appareil Birmingham proviennent du même fabricant, mais les cellules de mesure et les porte-échantillons sont construits un peu différemment. Nous avons comparé nos mesures. Les déclarations obtenues dans les deux laboratoires se complètent bien & # 8220, explique le professeur Weller.

Les méthodes concurrentes (porosimétrie et microscopie sur lames minces) ne peuvent être réalisées qu'après une préparation poussée des échantillons en laboratoire. Mais ils ont leurs propres facteurs d'incertitude spécifiques. La structure des minéraux argileux sera-t-elle détruite par le séchage de l'échantillon ? Le petit échantillon n'est-il peut-être pas concluant pour l'ensemble du grès ? Un objectif à long terme de la recherche pourrait être d'enfoncer les électrodes dans le sol à proximité d'un puits et de pouvoir utiliser les signaux électriques pour faire des déclarations indiquant si l'eau souterraine provenant du grès est propre ou polluée & # 8220 , explique le MSc Julian Scott.

Les géophysiciens de Clausthal et Birmingham aspirent le nectar de la coopération en apprenant davantage sur les causes des effets de mesure grâce à des expériences conçues conjointement et en étant ainsi en mesure de mieux interpréter les résultats.


Vidéo: Spectroscopie UV-VISIBLE (Août 2022).