Interprete espectros UV-Vis no navegador: λmáx, Beer–Lambert, cor e band gap de Tauc

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Por que usar um visualizador no navegador para dados de UV-Vis?

O UV-Vis é uma das medidas mais rápidas do laboratório. A parte lenta vem depois: você tem um arquivo e precisa do λmáx, de uma absortividade molar, de uma figura ou de um band gap. Em uma planilha, isso significa converter unidades, achar máximos a olho e montar gráficos à mão. O visualizador faz essas etapas em uma página, sem instalar nada.

A ciência em resumo

λmáx. As moléculas absorvem luz UV e visível quando um elétron passa para um orbital mais alto, como nas transições π→π* ou n→π*. O λmáx é o comprimento de onda em que uma banda absorve mais. Uma conjugação mais longa o desloca para comprimentos de onda maiores. O β-caroteno, com onze ligações C=C conjugadas, absorve na parte azul do visível.

Para ter uma ideia aproximada de onde um composto deve absorver antes de medi-lo, preveja bandas de UV-Vis a partir de uma estrutura desenhada com o plugin Spectroscopy.

Lei de Beer–Lambert. A absorbância é A = εcl, em que ε é a absortividade molar (L mol⁻¹ cm⁻¹), c a concentração (mol/L) e l o caminho óptico (cm). Além disso, A = −log₁₀T. A lei vale melhor para soluções diluídas.

Cor. Uma amostra tem a cor complementar à da luz que absorve. Uma banda no azul faz uma solução parecer amarela. Uma banda no verde, como no permanganato, faz parecer roxa.

Gráfico de Tauc. Para um semicondutor, represente (αhν)² em função da energia do fóton hν para uma transição direta permitida, ou (αhν)^1/2 para uma indireta permitida. Prolongue a parte reta da borda de absorção até zero. O ponto de cruzamento estima o band gap óptico, Eg.

Arquivos que você pode abrir

• JCAMP-DX (.jdx, .dx). O visualizador lê as unidades de x e y do arquivo.
• CSV ou TXT com duas colunas. A coluna x pode estar em nm, µm, cm⁻¹ ou eV. A coluna y pode ser absorbância ou transmitância. Sem cabeçalhos, o visualizador deduz pelos números.

Selecione vários arquivos de uma vez para sobrepô-los. Para praticar, use os exemplos simulados ou baixe o .jdx de exemplo.

Como analisar um espectro, passo a passo

1. Clique em Abrir arquivo(s) de UV-Vis ou solte arquivos na caixa. Você também pode clicar em um exemplo: β-Caroteno, KMnO4, Série de corante (5 conc.), Band gap do ZnO ou Arquivo .jdx de exemplo.
2. Escolha Absorbância ou %T para o eixo y, e nm, eV ou cm⁻¹ para o eixo x.
3. Leia a tabela Picos de λmáx. Ela dá cada pico em nm, eV e cm⁻¹ com sua absorbância e cor. Mova o controle Proeminência dos picos se faltar um ombro ou aparecerem pequenas oscilações.
4. No quadro Beer-Lambert, digite Caminho l (cm) e uma Concentração em mol/L, mmol/L ou µmol/L para obter ε e log ε. Ou digite ε para obter a concentração. Toque em uma linha da tabela ou no gráfico para usar outro comprimento de onda. Usar λmáx de novo volta ao anterior.
5. Para um band gap, abra Gráfico de Tauc e band gap, escolha a Transição e clique em Ajuste automático ou digite seus próprios valores em Ajustar a partir de (eV) e até.
6. Clique em Exportar PNG, Exportar CSV ou Tauc em PNG.

O que o visualizador faz

Como usar em sala de aula e no laboratório

• Conjugação e cor: carregue o β-Caroteno e depois adicione o KMnO4 com Adicionar ao gráfico em vez de substituir. Compare onde cada um absorve e por que um parece amarelo e o outro roxo.
• Verificando Beer–Lambert: carregue a série de corante. Selecione cada espectro pelo nome e digite sua concentração. Se a lei vale, ε deve sair mais ou menos igual em todos.
• Concentração desconhecida: digite ε de uma calibração ou da literatura para obter c.
• Filmes semicondutores: use o exemplo do ZnO para aprender o método de Tauc e depois abra o espectro do seu filme. Para um semicondutor orgânico, compare esse gap óptico com o gap eletroquímico das estimativas de HOMO e LUMO no visualizador de voltametria cíclica.
• Relatórios de laboratório: exporte um PNG para a figura e um CSV para os dados.

Dicas e limitações

• Registre um branco de solvente no espectrofotômetro. O visualizador não faz a subtração.
• Um ombro fraco em uma banda grande pode não aparecer como pico.
• O gráfico de Tauc usa a absorbância no lugar do coeficiente de absorção α. Isso basta para encontrar onde a reta cruza o zero. Para pós medidos por reflectância difusa, converta para a função de Kubelka–Munk antes de abrir o arquivo.
• Confira a faixa de ajuste sombreada e o R² antes de relatar o Eg. Outra faixa pode dar outro resultado.
• A cor é uma orientação. A cor real também depende da largura da banda, da concentração e da fonte de luz.
• O CSV coloca todos os espectros visíveis nos valores de x do primeiro, então espectros com grades diferentes são interpolados.

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