Chapter 14. Applications of Ultraviolet-Visible Molecular Absorption Spectrometry

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Chapter 14. Applications of Ultraviolet-Visible Molecular

Absorption Spectrometry

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14E 광도법 및 분광광도법 적정

• 당량점 확인

– 분석성분, 적정 시약 또는 적정 생성물이 복사 선을 흡수하는 경우

– 빛을 흡수하는 지시약을 이용하여 당량점의 위치 확인

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14E-1 적정곡선

• 광도법 적정곡선

– (부피변화를 보정한) 흡광도 vs. 적가액 부피 – 종말점 : 기울기가 다른 두 직선의 교차점

• 하나는 적정 초기에 일어나고 다른 것은 당량점을 지나서 존재

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그림 14-12. 대표적인 광도법 적정곡선. 분석성분, 생성물, 및

적정시약의 몰흡광계수가 각각 ε_A, ε_P 및 ε_T로 주어진다. 4

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• (a) : 빛 흡수하는 적가용액 + 빛 흡수하지 않는 분석물 → 빛 흡수하지 않는 생성물

• (b) : 빛 흡수하지 않는 분석물 + 빛 흡수하 지 않는 적가용액 → 빛 흡수하는 생성물

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14E-2 기기장치

• 적정용기를 광로에 안정

하게 놓을 수 있게 개조한 광도계 또는 분광광도계

– 탐침형 광도계

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14E-3 광도법 적정의 응용

• 광도법 적정의 이점

– 직접 광도법 분석보다 더 정확

• 반복 실험을 통해 종말점 결정

• 흡광도의 변화 측정 : 흡수하는 다른 화학종이 함께 존재하더라도 방해효과 감소

• 평형상수가 크지 않은 반응도 적정 가능 : 당량점으로 부터 떨어진 위치에서 흡광도를 측정

• 직접 vs. 간접

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전위차 법의 직접 측정과 비교 측정

• 직접 전위차 법

– [Ag⁺] : Ag 선을 이용하여 측정

• Ag⁺ + e- = Ag E⁰ = 0.799 V

• E = 0.799 – 0.05916 log(1/[Ag⁺])

– [Ca²⁺] : Ca²⁺ ISE로 측정 – [H⁺] : pH 전극 이용

– 접촉 전위에 의한 부 정확성

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• 표준 편차 : 약4%

– 지시 전극의 차이 – 다양한 액간 접촉

동일한 인간 혈청 시료에 대한 14개의 다른 Ca²⁺ 이온 선택성 전극들의 감응

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• 비교 (간접) 전위차법

– 전위차법 적정

– [Ag⁺]의 변화를 전위로 측정 – 전위의 변화 ⇒ 종말점

– 비교적 정확 + 정밀

0.0845 M Ag⁺를 0.1004 M I^- 20.0 mL에 가할 때 계산된 적정 곡선

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• 광도법 적정의 응용

– 산화/환원 적정 : 대부분 산화제는 특성적인 흡수스펙트럼

– 신-염기 적정 : 지시약의 흡광 특성 이용 – EDTA 및 다른 착화제를 이용한 적정(

↘

⁾

– 침전법 적정

• 침전물에 의한 빛의 산란으로 투과도 감소

• 침전 적정 (↘)

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그림 14-13. 광도법 적정곡선: (a) 물의 총 경도. 2.82 mmole 총 경도를 포함하는 용액 100 mL에 대해 610 nm에서 0.10 M EDTA로 적정하여 물 의 총 경도를 얻었다. Eriochrome Black T 가 지시약이었다. 보여준 감응 은 투광도에 비례한다.

Eriochrome Black T 지시약을 사용하여 수 돗물 중 경도를 측정 하는 방법

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금속-In + EDTA = 금속-EDTA + In

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그림 14-13. 광도법 적정곡선: (b) 황산기의 정량. 황산기를 포함하는 용 액 10.0 mL를 지시약으로 Thorin을 사용하고 523 nm의 파장에서 0.050 M BaCl₂로 적정하였다. 보여준 감응은 투광도에 비례한다.

Ba^2＋가 SO₄^2－와 반응 하여 BaSO₄를 형성한 다. 종말점에 도달되 면 여분의 Ba^2＋가 지 시약인 Thorin과 반응 하여 523 nm에서 흡 광 하는 유색의 착물 을 형성.

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착물의 조성 분석 분석법

xM ＋ yL = M

_x

L

_y

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14G 착이온의 분광광도법 연구

• 착이온의 조성과 생성상수(

K_f

) 측정

– 반응물 또는 생성물이 빛을 흡수하는 경우

– 반응물이나 생성물이 빛을 흡수하지 않는 경우 도 가능

• Fe(phen)₃²⁺ 착물 + non-absorbing ligand → [Fe- non-absorbing ligand] 착물의 생성 → 흡광도 감소

→ 착물의 조성과 생성상수 측정

• 연속 변화 방법, 몰-비 방법, 기울기-비 방법

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14G-1 연속 변화법

• 양이온 (M)과 리간드 (L)의 농도 동일 → 몰 비는 연속적으로 변화 → 전체 부피와 전체 몰수는 일정 → 각 용액의 흡광도를 적당한 파장에서 측정

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Exp # 1 2 3 4 5

M 0 2 5 7 10

L 10 8 5 3 0

M+L 10 10 10 10 10

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그림 14-18. 1:2 착물 ML₂의 연속변화 그래프.

V_M/(V_M ＋V_L)= 0.33 V_L/(V_M ＋ V_L)= 0.66 V_M/V_L= 0.33/0.66

→ ML₂

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14G-2 몰-비법

• 양이온 (M)의 농도는 일정 + 리간드의 농도 는 변화 → 반응물의 몰-비에 대한 흡광도 그래프

그림 14-19. 1:1과 1:2 착물에 대한 몰- 비 그래프. 실험곡선이 외삽한 곡선에 더욱 근접하고 있는 것으로 보아 1:2 착물이 두 개의 착물 중에서 더 안정하 다. 곡선이 외삽한 곡선에 근접할 수록 착물의 형성상수는 더 크고, 편차가 더

클수록 착물의 형성상수는 더 작다. ₁₈

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• 1:1 착물에 포함된 착물을 형성하지 않은 양이온이 유도된다. 왜냐하면 최초 지점이 0보다 큰 흡광도를 가지기 때문이다.

• 적정을 시작하기 전의 흡광도가 0보다 크 다는 사실로부터 complex를 이루고 있지 않은 양이온은 빛을 흡수한다는 것을 알 수 있다.

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14G-3 기울기－비법

• 양이온 (M), 리간드 (L), 착물 M

_x

L

_y

xM ＋ yL = M

_x

L

_y

c_M

= [M] + x[M

_x

L

_y

]

c_L

= [L] + y[M

_x

L

_y

]

20

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c_M

= [M] + x[M

_x

L

_y

]

• [L]가 매우 큰 경우

xM ＋ yL →

^M

_x

^L

_y

– [M] ≪ x[M_xL_y]

– c_M = [M] + x[M_xL_y] → c_M ＝ x[M_xL_y]

A

₁

＝ εb[M

_x

L

_y

] ＝ εbc

_M

/x

• 흡광도 vs. c

_M

: 직선, 기울기=εb/x

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• [M]이 매우 큰 경우

xM ＋ yL →

^M

_x

^L

_y

– [L] ≪ y[M_xL_y]

– c_L = [L] + y[M_xL_y] → c_L ＝ y[M_xL_y]

A

₂

＝ εb[M

_x

L

_y

] ＝ εbc

_L

/y

• 흡광도 vs. c

_L

: 직선, 기울기=εb/y

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xM ＋ yL = M

_x

L

_y

• [L]가 매우 큰 경우

– 흡광도 vs. c_M : 기울기 = εb/x

• [M]이 매우 큰 경우

– 흡광도 vs. c_L : 기울기 = εb/y

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14F 반응속도론을 위한 분광광도법

• 반응속도론적 방법

– 반응물과 생성물의 농도가 시간에 따라 변화 : 동적인(dynamic) 조건에서 측정

• 착화제를 사용하는 적정이나 과정은 평형 또는 정적인 상태에서 측정 : 농도는 정적 (static)

24

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• Dynamic vs. static A ＋ R = P

– A : 분석성분, R : 시약, P : 생성물

그림 14-14. 시간의 함수로 분석 성분 [A]와 생성물 [P]의 농도변화.

시간 t_e 까지 분석성분과 생성물 농도가 연속적으로변한다. 이것 이 반응속도론적 조직이다. 시간 t_e 후에 평형영역에서 분석성분과 생성물의 농도는 변하지 않고 정 지한다.

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• 평형방법

– 시간 t_e가 지난 영역에서 작동

– 반응물과 생성물의 전체 농도가 일정 – 계가 평형

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• 반응속도론적 방법

– 0에서 t_e까지 일정한 시간 간격 동안

– 분석성분과 생성물 농도가 연속적으로 변화

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14F-1 반응의 종류

• 촉매화된 반응

– 촉매가 반응속도에 미치는 촉매의 영향을 측 정 : 촉매 또는 반응물의 농도 측정

– 예) Ce(IV)과 As(Ⅲ)의 반응에서 요오드화이온 이 촉매

– I^-농도 vs. 반응의 속도 → I^-를 정량

– 요오드화 이온의 농도에 대한 속도의 검정곡 선 : 외부 표준물법

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• 촉매로서 효소의 사용

– 효소 E, 기질 S, 착물 ES, 생성물 P

– 반응의 속도

– [S] ≫ K_m → [E]₀ 측정

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• K_m ≫ [S] →

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그림 14-15. 기질물질과 효소의 정량을 위해 유용한 곡선의 일부분을 보여주는 기질물질 농도의 함수로 생성물 형성의 최초 속도의 도시.

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14F－2 기기장치

그림 14-16. 정지흐름혼합장치.

실험을 시작하기 위하여 시약 과 시료로 운전 주사기를 채우 고 밸브 A, B, 및 C는 잠근다. 운 전 메커니즘은 운전 주사기 플 런저를 앞으로 빠르게 움직인 다. 시약과 시료는 혼합기에서 혼합되고 즉시 관찰 셀을 통과 하고 나서 주사기가 정지한다.

정지된 주사기가 채워질 때 플 런저는 정지 블럭을 때리고 분 광광도계의 관찰셀에서 최근에 혼합된 용액마개로 흐름을 즉 시 정지시킨다. 잘 설계된 시스 템에서 혼합과 관찰 간의 시간 은 2내지 4 ms 정도이다.

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14F－3 반응속도론적 방법의 종류

• 미분법

– 반응속도를 계산하여 분석성분의 농도와 연관 – 속도는 시간에 대한 흡광도 곡선의 기울기로

부터 결정

• 적분법(integral method)

– 적분 형의 속도반응식을 사용

– 다양한 시간 간격에서 일어나는 흡광도 변화 로부터 분석성분의 농도를 정량

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