Đọc phổ UV-Vis trên trình duyệt: λmax, Beer–Lambert, màu sắc và độ rộng vùng cấm Tauc
Trả lời ngắn: Mở file JCAMP-DX hoặc CSV/TXT trong trình xem UV-Vis MolDraw miễn phí, hoặc nhấn một ví dụ như β-Carotene. Trình xem liệt kê các pic λmax, tính ε hoặc nồng độ từ A = εcl, gọi tên màu của mẫu, chồng một dãy phổ và khớp đồ thị Tauc để có độ rộng vùng cấm. Nó chạy trong trình duyệt, và file của bạn vẫn ở trên thiết bị của bạn.
Dùng thử trình xem UV-Vis tại đây
Vì sao dùng trình xem trên trình duyệt cho dữ liệu UV-Vis?
UV-Vis là một trong những phép đo nhanh nhất trong phòng thí nghiệm. Phần chậm đến sau đó: bạn có một file và cần λmax, hệ số hấp thụ mol, một hình hay độ rộng vùng cấm. Trong bảng tính, việc đó nghĩa là đổi đơn vị, tìm cực đại bằng mắt và tự dựng đồ thị. Trình xem làm các bước này trên một trang, không cần cài đặt gì.
Tóm tắt khoa học
λmax. Phân tử hấp thụ ánh sáng tử ngoại và khả kiến khi một electron chuyển lên orbital cao hơn, như trong chuyển mức π→π* hoặc n→π*. λmax là bước sóng mà tại đó một dải hấp thụ mạnh nhất. Hệ liên hợp dài hơn dịch nó về bước sóng dài hơn. β-carotene, với mười một liên kết C=C liên hợp, hấp thụ ở vùng xanh lam của phổ khả kiến.
Để có ý niệm sơ bộ về vị trí hấp thụ của một hợp chất trước khi đo, hãy dự đoán các dải UV-Vis từ cấu trúc đã vẽ bằng plugin Spectroscopy.
Định luật Beer–Lambert. Độ hấp thụ là A = εcl, trong đó ε là hệ số hấp thụ mol (L mol⁻¹ cm⁻¹), c là nồng độ (mol/L) và l là quang trình (cm). Ngoài ra, A = −log10T. Định luật đúng nhất với dung dịch loãng.
Màu sắc. Mẫu có màu bổ sung với ánh sáng mà nó hấp thụ. Một dải ở vùng xanh lam làm dung dịch trông màu vàng. Một dải ở vùng xanh lục, như với permanganate, làm nó trông màu tím.
Đồ thị Tauc. Với chất bán dẫn, vẽ (αhν)2 theo năng lượng photon hν cho chuyển mức trực tiếp được phép, hoặc (αhν)1/2 cho chuyển mức gián tiếp được phép. Kéo dài phần thẳng của bờ hấp thụ về 0. Giao điểm cho giá trị ước tính độ rộng vùng cấm quang học, Eg.
Các file có thể mở
- JCAMP-DX (.jdx, .dx). Trình xem đọc đơn vị x và y từ file.
- CSV hoặc TXT với hai cột. Cột x có thể theo nm, µm, cm⁻¹ hoặc eV. Cột y có thể là độ hấp thụ hoặc độ truyền qua. Nếu không có tiêu đề, trình xem đoán theo các con số.
Chọn nhiều file cùng lúc để chồng chúng lên nhau. Để luyện tập, dùng các ví dụ mô phỏng hoặc tải file .jdx mẫu.
Cách phân tích phổ từng bước
- Nhấn Mở file UV-Vis hoặc thả file vào ô. Bạn cũng có thể nhấn một ví dụ: β-Carotene, KMnO4, Dãy phẩm nhuộm (5 nồng độ), Độ rộng vùng cấm ZnO hoặc File .jdx mẫu.
- Chọn Độ hấp thụ hoặc %T cho trục y, và nm, eV hoặc cm⁻¹ cho trục x.
- Đọc bảng pic λmax. Nó cho mỗi pic theo nm, eV và cm⁻¹ kèm độ hấp thụ và màu. Di chuyển thanh trượt Độ nổi bật của pic nếu thiếu một vai pic hoặc xuất hiện các gợn nhỏ.
- Trong ô Beer-Lambert, nhập Quang trình l (cm) và Nồng độ theo mol/L, mmol/L hoặc µmol/L để có ε và log ε. Hoặc nhập ε để có nồng độ. Chạm vào một dòng của bảng hoặc đồ thị để dùng bước sóng khác. Dùng lại λmax chuyển về như cũ.
- Để tính độ rộng vùng cấm, mở Đồ thị Tauc và độ rộng vùng cấm, chọn Chuyển mức, và nhấn Tự động khớp hoặc tự nhập giá trị Khớp từ (eV) và đến.
- Nhấn Xuất PNG, Xuất CSV hoặc PNG Tauc.
Trình xem làm được gì
| Pic | Tối đa tám cực đại cho phổ được chọn, lớn nhất trước. |
|---|---|
| Beer–Lambert | ε và log ε từ nồng độ, hoặc nồng độ từ ε, tại λmax hoặc bước sóng bạn chạm vào. Cảnh báo xuất hiện khi A trên 1,5. |
| Màu sắc | Màu của dải khả kiến mạnh nhất (380 đến 780 nm), theo vòng tròn màu chuẩn. |
| Chồng phổ | Nhiều phổ với màu khác nhau, mỗi phổ có ô hiển thị, và tùy chọn chuẩn hóa từng phổ theo cực đại của nó. |
| Đồ thị Tauc | Trực tiếp hoặc gián tiếp, khoảng khớp tự động hoặc thủ công, Eg theo eV và nm, và R². |
| Xuất file | PNG của phổ hoặc đồ thị Tauc, và CSV của các phổ đang hiển thị theo đơn vị hiện tại. |
Cách dùng trên lớp và trong phòng thí nghiệm
- Hệ liên hợp và màu sắc: tải β-Carotene, rồi thêm KMnO4 với Thêm vào đồ thị thay vì thay thế. So sánh vị trí hấp thụ của mỗi chất và vì sao một chất trông vàng còn chất kia trông tím.
- Kiểm tra Beer–Lambert: tải dãy phẩm nhuộm. Chọn từng phổ theo tên và nhập nồng độ của nó. Nếu định luật đúng, ε sẽ ra gần như nhau mỗi lần.
- Nồng độ chưa biết: nhập ε từ đường chuẩn hoặc tài liệu để có c.
- Màng bán dẫn: dùng ví dụ ZnO để học phương pháp Tauc, rồi mở phổ màng của bạn. Với chất bán dẫn hữu cơ, so sánh vùng cấm quang học đó với vùng cấm điện hóa từ ước tính HOMO và LUMO trong trình xem quét thế vòng tuần hoàn.
- Báo cáo thí nghiệm: xuất PNG cho hình và CSV cho dữ liệu.
Mẹo và giới hạn
- Đo mẫu trắng dung môi trên máy quang phổ. Trình xem không tự trừ mẫu trắng.
- Một vai pic yếu trên dải lớn có thể không hiện thành pic.
- Đồ thị Tauc dùng độ hấp thụ thay cho hệ số hấp thụ α. Điều này ổn khi tìm điểm đường thẳng cắt 0. Với bột đo bằng phản xạ khuếch tán, hãy chuyển sang hàm Kubelka–Munk trước khi mở file.
- Kiểm tra khoảng khớp được tô và R² trước khi báo cáo Eg. Khoảng khác có thể cho kết quả khác.
- Màu sắc chỉ mang tính tham khảo. Màu thật còn phụ thuộc độ rộng dải, nồng độ và nguồn sáng.
- File CSV đặt mọi phổ đang hiển thị theo các giá trị x của phổ đầu tiên, nên các phổ có lưới khác được nội suy.
Hỏi và đáp
Khoảng độ hấp thụ nào cho kết quả Beer–Lambert đáng tin cậy?
Hãy nhắm tới độ hấp thụ khoảng 0,1 đến 1. Trên 1,5, rất ít ánh sáng tới được detector, ánh sáng tạp trở nên đáng kể và đường thẳng bị cong, nên trình xem hiện cảnh báo. Hãy pha loãng mẫu hoặc dùng cuvet ngắn hơn.
Vì sao mẫu hấp thụ ánh sáng xanh lam lại có màu vàng?
Chúng ta thấy phần ánh sáng không bị hấp thụ. Nếu một dải lấy đi ánh sáng xanh lam khỏi ánh sáng trắng, phần còn lại trông màu vàng, màu bổ sung trên vòng tròn màu.
Nên dùng đồ thị Tauc trực tiếp hay gián tiếp?
Dùng loại chuyển mức đã biết của vật liệu. Ví dụ, ZnO có vùng cấm trực tiếp còn silicon có vùng cấm gián tiếp. Nếu chưa biết loại, hãy nêu rõ bạn dùng đồ thị nào khi báo cáo độ rộng vùng cấm.
Có thể dùng trình xem với dữ liệu chưa công bố không?
Có. Trang đọc và vẽ file của bạn trong trình duyệt, nên file vẫn ở trên thiết bị của bạn.