B5.2 Absorptionsspektre

NoteDet skal du kunne

• forklare, hvordan et spektrofotometer virker
• forklare, hvad absorbans er, og hvorfor man nulstiller med en blindprøve
• aflæse λ_max i et absorptionsspektrum
• finde et stofs farve ud fra dets absorptionsspektrum
• forklare, hvorfor stoffer med mange konjugerede dobbeltbindinger er farvede

Øjet kan se, at en sodavand er rød. Men øjet kan ikke afgøre, præcis hvilket lys farvestoffet absorberer, eller hvor meget lys det tager. Det kan et spektrofotometer.

Spektrofotometeret

Et spektrofotometer måler, hvor meget lys en opløsning absorberer ved én bestemt bølgelængde.

Figur 1: Et spektrofotometer sender lys med én bølgelængde gennem prøven og måler, hvor meget lys der kommer ud.

1. En lampe sender hvidt lys ud.
2. Et prisme eller et gitter deler det hvide lys i farver.
3. En smal spalte lader kun lys med én bølgelængde slippe videre.
4. Lyset går gennem prøven, som står i en kuvette. En kuvette er en lille, firkantet beholder af glas eller plast.
5. En detektor måler, hvor meget lys der kommer ud på den anden side af kuvetten.

Du vælger selv bølgelængden på apparatet.

Absorbans

Spektrofotometeret sammenligner det lys, der kommer ud af kuvetten, med det lys, der blev sendt ind. Resultatet er et tal, der kaldes absorbansen. Den har symbolet A og ingen enhed.

Figur 2: Jo mindre lys der slipper gennem kuvetten, jo større er absorbansen.

Så meget af lyset slipper igennem	Absorbans
100 %	0
50 %	0,30
10 %	1
1 %	2

Jo større absorbansen er, jo mere lys absorberer opløsningen.

NoteSådan regner spektrofotometeret absorbansen ud

Den del af lyset, der slipper igennem kuvetten, kaldes transmittansen og har symbolet T. Slipper 10 % af lyset igennem, er T = 0,10. Absorbansen beregnes af transmittansen:

\[ A = -\log(T) \]

Med T = 0,10 bliver A = −log(0,10) = 1,00. Du kender logaritmen fra beregningen af pH i afsnit 7.4 i bogen til C-niveau.

Blindprøven

Kuvetten og vandet tager også lidt af lyset. Derfor måler man altid en blindprøve først. Blindprøven er en kuvette med det samme indhold som prøven, bare uden det farvede stof. Ofte er det rent vand.

Med blindprøven i apparatet trykker man på nulstil, så absorbansen bliver 0. Bagefter viser spektrofotometeret kun det lys, som det farvede stof absorberer.

Absorptionsspektret

Måler man absorbansen ved mange forskellige bølgelængder, kan resultaterne tegnes som en graf. Bølgelængden står på den vandrette akse og absorbansen på den lodrette. Grafen kaldes stoffets absorptionsspektrum.

Figur 3: Absorptionsspektret for det røde farvestof E129, som bruges i sodavand og slik. Under aksen ses lysets farve ved hver bølgelængde.

Den bølgelængde, hvor absorbansen er størst, kaldes absorptionsmaksimum. Den skrives λ_max. For E129 er λ_max = 504 nm.

Hvert farvet stof har sit eget absorptionsspektrum. Spektret kan derfor bruges til at genkende et stof.

Fra spektrum til farve

Et absorptionsspektrum fortæller, hvilken farve stoffet har.

1. Find toppen i spektret.
2. Find farven på det lys, der har toppens bølgelængde.
3. Find den farve, der står lige over for i farvecirklen fra afsnit B5.1.

E129 har sin top i det blågrønne lys omkring 500 nm. Lige over for blågrøn i farvecirklen står rød. Spektret viser også, at det røde lys over 620 nm slet ikke bliver absorberet. Derfor er farvestoffet rødt.

Nogle stoffer har flere toppe. Så ser vi det lys, som ingen af toppene tager.

Figur 4: Absorptionsspektret for klorofyl, det grønne farvestof i blade.

Klorofyl absorberer violet og blåt lys omkring 430 nm og rødt lys omkring 660 nm. Det grønne lys imellem de to toppe bliver ikke absorberet. Derfor er blade grønne.

Den bedste bølgelængde at måle ved

I afsnit B5.4 bruges spektrofotometeret til at måle, hvor meget farvestof en opløsning indeholder. Så stiller man apparatet på stoffets λ_max. Der er to grunde til det:

• Ved λ_max absorberer stoffet mest. Selv en lille ændring i mængden af farvestof giver et tydeligt udslag i absorbansen.
• Kurven er flad lige omkring toppen. En lille unøjagtighed i bølgelængden ændrer derfor næsten ikke absorbansen.

Hvorfor absorberer farvestoffer synligt lys?

De fleste organiske stoffer er farveløse. De absorberer kun ultraviolet lys. Farvestoffer er anderledes, fordi deres molekyler har mange konjugerede dobbeltbindinger. To dobbeltbindinger er konjugerede, når der er præcis én enkeltbinding imellem dem.

Figur 5: Jo flere konjugerede dobbeltbindinger en kæde har, jo længere er bølgelængden af det lys, den absorberer.

I en række af konjugerede dobbeltbindinger kan elektronerne fra dobbeltbindingerne bevæge sig langs hele rækken. Når molekylet absorberer lys, får en af disse elektroner mere energi. Jo længere rækken er, jo mindre energi skal der til. Lys med en lang bølgelængde har netop lidt energi. Derfor flytter toppen i spektret mod længere bølgelængder, når rækken bliver længere.

Med omkring 8 konjugerede dobbeltbindinger i træk når toppen ind i det synlige lys, og stoffet bliver farvet. Farvestoffet lycopen, som giver tomater deres farve, og farvestoffet β-caroten, som giver gulerødder deres farve, har begge 11 konjugerede dobbeltbindinger.

Den del af et molekyle, der absorberer lyset, kaldes chromoforen. I et farvestof er chromoforen den længste række af konjugerede dobbeltbindinger. Dobbeltbindingerne C=O og N=N og benzenringe kan også være med i rækken.

NoteKort sagt

• Et spektrofotometer sender lys med én bølgelængde gennem en kuvette og måler, hvor meget lys der kommer ud.
• Absorbansen, A, fortæller, hvor meget lys opløsningen absorberer. Den har ingen enhed.
• Blindprøven indeholder alt undtagen det farvede stof. Med den nulstilles spektrofotometeret.
• Et absorptionsspektrum viser absorbansen ved hver bølgelængde. Toppen ligger ved λ_max.
• Stoffets farve er komplementærfarven til det lys, stoffet absorberer ved toppen.
• Farvestoffer har en lang række af konjugerede dobbeltbindinger. Den kaldes chromoforen.

Prøv selv: Absorptionsspektre: find toppen, konjugeringen og chromoforen.

Se alle opgaver til emnet “Absorptionsspektre” (B5.2)