UV-Vis-spectra lezen in je browser: λmax, Lambert-Beer, kleur en Tauc-bandgaps
Kort antwoord: Open een JCAMP-DX- of CSV/TXT-bestand in de gratis UV-Vis-viewer van MolDraw, of klik op een voorbeeld zoals β-Caroteen. De viewer toont de λmax-pieken, berekent ε of de concentratie uit A = εcl, benoemt de kleur van het monster, legt een reeks over elkaar en fit een Tauc-plot voor een bandgap. Hij draait in je browser en je bestanden blijven op je apparaat.
Probeer de UV-Vis-viewer hier
Waarom een browserviewer voor UV-Vis-data?
UV-Vis is een van de snelste metingen in een lab. Het trage deel komt daarna: je hebt een bestand en hebt λmax, een molaire absorptiecoëfficiënt, een figuur of een bandgap nodig. In een spreadsheet betekent dat eenheden omrekenen, maxima op het oog zoeken en grafieken met de hand maken. De viewer doet deze stappen op één pagina, zonder iets te installeren.
De wetenschap in het kort
λmax. Moleculen absorberen UV- en zichtbaar licht wanneer een elektron naar een hogere orbitaal gaat, zoals bij π→π*- of n→π*-overgangen. λmax is de golflengte waarbij een band het meest absorbeert. Langere conjugatie verschuift die naar langere golflengten. β-Caroteen, met elf geconjugeerde C=C-bindingen, absorbeert in het blauwe deel van het zichtbare gebied.
Om vóór de meting een idee te krijgen van waar een verbinding absorbeert, kun je UV-Vis-banden voorspellen uit een getekende structuur met de Spectroscopy-plug-in.
Wet van Lambert-Beer. De absorbantie is A = εcl, waarbij ε de molaire absorptiecoëfficiënt is (L mol⁻¹ cm⁻¹), c de concentratie (mol/L) en l de weglengte (cm). Ook geldt A = −log10T. De wet geldt het best voor verdunde oplossingen.
Kleur. Een monster heeft de kleur die complementair is aan het licht dat het absorbeert. Een band in het blauw geeft een gele oplossing. Een band in het groen, zoals bij permanganaat, geeft een paarse.
Tauc-plot. Zet voor een halfgeleider (αhν)2 uit tegen de fotonenergie hν voor een direct toegestane overgang, of (αhν)1/2 voor een indirect toegestane. Verleng het rechte deel van de absorptierand tot nul. Het snijpunt geeft een schatting van de optische bandgap, Eg.
Bestanden die je kunt openen
- JCAMP-DX (.jdx, .dx). De viewer leest de x- en y-eenheden uit het bestand.
- CSV of TXT met twee kolommen. De x-kolom kan in nm, µm, cm⁻¹ of eV zijn. De y-kolom kan absorbantie of transmissie zijn. Zonder kopteksten raadt de viewer op basis van de getallen.
Kies meerdere bestanden tegelijk om ze over elkaar te leggen. Gebruik om te oefenen de gesimuleerde voorbeelden of download het voorbeeld-.jdx-bestand.
Stap voor stap een spectrum analyseren
- Klik op UV-Vis-bestand(en) openen of zet bestanden in het vak. Je kunt ook op een voorbeeld klikken: β-Caroteen, KMnO4, Kleurstofreeks (5 conc.), Bandgap van ZnO of Voorbeeldbestand .jdx.
- Kies Absorbantie of %T voor de y-as, en nm, eV of cm⁻¹ voor de x-as.
- Lees de tabel λmax-pieken. Die geeft elke piek in nm, eV en cm⁻¹ met de absorbantie en kleur. Verschuif de schuifregelaar Piekprominentie als een schouder ontbreekt of als er kleine bultjes verschijnen.
- Voer in het vak Lambert-Beer de Weglengte l (cm) en een Concentratie in mol/L, mmol/L of µmol/L in om ε en log ε te krijgen. Of voer ε in om de concentratie te krijgen. Tik op een tabelrij of op de grafiek om een andere golflengte te gebruiken. λmax opnieuw gebruiken schakelt terug.
- Open voor een bandgap Tauc-plot en bandgap, kies de Overgang en klik op Automatisch fitten, of typ zelf waarden bij Fit vanaf (eV) en tot.
- Klik op PNG exporteren, CSV exporteren of Tauc-PNG.
Wat de viewer doet
| Pieken | Maximaal acht maxima voor het geselecteerde spectrum, grootste eerst. |
|---|---|
| Lambert-Beer | ε en log ε uit een concentratie, of de concentratie uit ε, bij λmax of een golflengte waarop je tikt. Boven A = 1,5 verschijnt een waarschuwing. |
| Kleur | De kleur van de sterkste zichtbare band (380 tot 780 nm), op basis van een standaardkleurencirkel. |
| Overlay | Meerdere spectra in verschillende kleuren, elk met een vakje om het te tonen, en een optie om elk op zijn maximum te normaliseren. |
| Tauc-plot | Direct of indirect, automatisch of handmatig fitbereik, Eg in eV en nm, en R². |
| Exporteren | PNG van het spectrum of de Tauc-plot, en CSV van de zichtbare spectra in de huidige eenheden. |
Zo gebruik je het in de les en in het lab
- Conjugatie en kleur: laad β-Caroteen en voeg daarna KMnO4 toe met Aan de grafiek toevoegen in plaats van vervangen. Vergelijk waar elk absorbeert en waarom het ene geel en het andere paars lijkt.
- Lambert-Beer controleren: laad de kleurstofreeks. Selecteer elk spectrum op naam en voer de concentratie in. Als de wet geldt, moet ε telkens ongeveer gelijk uitkomen.
- Onbekende concentratie: voer ε uit een kalibratie of de literatuur in om c te krijgen.
- Halfgeleiderfilms: gebruik het ZnO-voorbeeld om de Tauc-methode te leren en open daarna je eigen filmspectrum. Vergelijk voor een organische halfgeleider die optische bandgap met de elektrochemische bandgap uit schattingen van HOMO en LUMO in de viewer voor cyclische voltammetrie.
- Practicumverslagen: exporteer een PNG voor de figuur en een CSV voor de data.
Tips en beperkingen
- Neem een oplosmiddelblanco op met de spectrometer. De viewer trekt er geen af.
- Een zwakke schouder op een grote band verschijnt mogelijk niet als piek.
- De Tauc-plot gebruikt de absorbantie in plaats van de absorptiecoëfficiënt α. Dat is prima om te vinden waar de lijn nul snijdt. Zet voor poeders gemeten met diffuse reflectie eerst om naar de Kubelka-Munkfunctie voordat je het bestand opent.
- Controleer het gearceerde fitbereik en R² voordat je Eg rapporteert. Een ander bereik kan een ander antwoord geven.
- De kleur is een richtlijn. De werkelijke kleur hangt ook af van de bandbreedte, concentratie en lichtbron.
- De CSV zet alle zichtbare spectra op de x-waarden van het eerste, dus spectra met verschillende rasters worden geïnterpoleerd.
Vragen en antwoorden
Welk absorbantiebereik geeft betrouwbare resultaten met Lambert-Beer?
Mik op absorbanties tussen ongeveer 0,1 en 1. Boven 1,5 bereikt heel weinig licht de detector, speelt strooilicht een rol en buigt de lijn af, dus de viewer toont een waarschuwing. Verdun het monster of gebruik een kortere cuvet.
Waarom ziet een monster dat blauw licht absorbeert er geel uit?
We zien het licht dat niet wordt geabsorbeerd. Als een band blauw licht uit wit licht haalt, ziet de rest er geel uit, de complementaire kleur op de kleurencirkel.
Moet ik een directe of een indirecte Tauc-plot gebruiken?
Gebruik het overgangstype dat voor je materiaal bekend is. ZnO heeft bijvoorbeeld een directe bandgap en silicium een indirecte. Is het type niet bekend, vermeld dan welke plot je hebt gebruikt als je de bandgap rapporteert.
Kan ik de viewer gebruiken met ongepubliceerde data?
Ja. De pagina leest en tekent je bestanden in de browser, dus de bestanden blijven op je apparaat.