Infrapuna spektroskoopia teooria, meetod ja kasutus



The infrapunaspektroskoopia on uuring, kuidas molekulid infrapunakiirgust absorbeerivad ja lõpuks selle soojuseks muundada.

Seda protsessi saab analüüsida kolmel viisil: imendumise, emissiooni ja peegelduse mõõtmiseks. See täpsus muudab infrapunaspektroskoopia üheks kõige olulisemaks analüüsimeetodiks tänapäeva teadlastele.

Infrapunaspektroskoopia üheks suureks eeliseks on see, et praktiliselt kõiki proove saab uurida peaaegu kõigis riikides.

Vedelikke, pulbreid, kilesid, lahuseid, pastasid, kiude, gaase ja pindu saab uurida proovivõtumeetodi mõistliku valiku abil. Paremate mõõtevahendite tagajärjel on nüüd välja töötatud mitmeid uusi tundlikke meetodeid, et uurida varem lahendamata proove.

Infrapunaspektroskoopia on paljude muude kasutusviiside ja rakenduste seas kasulik polümeeride määra mõõtmiseks polümeeride valmistamisel. Konkreetse lingi suuruse või iseloomu muutusi hinnatakse konkreetse sageduse mõõtmise teel.

Kaasaegsed uurimisinstrumendid võivad infrapunamõõtmisi teha huvipakkuvates piirides nii sageli kui 32 korda sekundis.

Seda saab teha samal ajal, kui samaaegseid mõõtmisi tehakse teiste tehnikate abil, muutes keemiliste reaktsioonide ja protsesside vaatlused kiiremaks ja täpsemaks.

Infrapuna spektroskoopia teooria

Hindamatu vahend orgaaniliste struktuuride määramisel ja kontrollimisel hõlmab elektromagnetilise kiirguse klassi (REM), mille sagedused on vahemikus 4000 kuni 400 cm-1 (laine numbrid)..

EM-kiirguse kategooriat nimetatakse infrapunakiirguseks ja selle rakendamist orgaanilise keemia jaoks, mida tuntakse IR-spektroskoopiana..

Selle piirkonna kiirgust saab kasutada orgaanilise struktuuri määramisel, kasutades seda, et orgaanilised ühendid absorbeerivad orgaanilistes ühendites..

Keemilised sidemed erinevates keskkondades neelavad muutuva intensiivsusega ja muutuva sagedusega. Seetõttu hõlmab IR-spektroskoopia neeldumisteabe kogumist ja selle analüüsimist spektri vormis.

Sagedused, milles on IR-kiirguse neeldumised (piigid või signaalid), võivad olla otseselt korrelatsioonis kõnealuse ühendi lingidega..

Kuna iga interatomiline ühendus võib vibreerida mitmetes erinevates liikumistes (venitamine või painutamine), võivad üksikud lingid neelata rohkem kui ühe IR-sageduse.

Stressiivsed neeldumised kalduvad tekitama tugevamaid piike kui painutamine, kuid samasuguste sidemete diferentseerimiseks (nt aromaatne asendamine) võib olla kasulik nõrgemad painutusabsorptsioonid..

Samuti on oluline märkida, et sümmeetrilised vibratsioonid ei põhjusta infrapunakiirguse neeldumist. Näiteks ei võta ükski etüleeni või etüleeni süsinik-süsinik sidemetest vastu IR kiirgust.

Struktuuri määramise instrumentaalsed meetodid

Tuuma magnetresonants (NMR)

Aatomite tuuma kiiritamine raadiosageduse kiiritamise teel. Pakub põhjalikku teavet aatomite molekulaarse struktuuri ja ühenduvuse kohta.

Infrapunaspektroskoopia (IR)

See koosneb molekulaarse vibratsiooni põletamisest infrapunavalgusega kiiritamise teel. See annab peamiselt teavet teatud funktsionaalsete rühmade olemasolu või puudumise kohta.

Massispektromeetria

Proovi pommitamine elektronidega ja saadud molekulaarsete fragmentide tuvastamine. Annab teavet molekulmassi ja aatomite ühenduvuse kohta.

Ultraviolett-spektroskoopia (UV)

Elektronide propageerimine kõrgematel energiatasemetel, kiiritades molekuli ultraviolettkiirgusega. Annab teavet konjugeeritud π süsteemide ja topelt- ja kolmekordsete sidemete kohta.

Spektroskoopia

See on spektraalinformatsiooni uurimine. Pärast infrapunavalgusega kiiritamist reageerivad teatud sidemed kiiremini. Seda vastust saab tuvastada ja tõlgendada visuaalseks kujutiseks, mida nimetatakse spektriks. 

Spektri tõlgendamise protsess

  1. Tunnista muster.
  2. Ühendage mustrid füüsiliste parameetritega.
  3. Tuvastage võimalikud tähendused, st esitage selgitused.

Kui spektri saadakse, on peamiseks väljakutseks väljavõtte tegemine abstraktses või peidetud vormis.

See nõuab teatud mustrite tunnustamist, nende mustrite seostamist füüsiliste parameetritega ja nende mustrite tõlgendamist sisuliste ja loogiliste selgituste mõttes..

Elektromagnetiline spekter

Enamik orgaanilisi spektroskoopiaid kasutab füüsilise stiimulina elektromagnetilist energiat või kiirgust. Elektromagnetilisel energial (nagu nähtav valgus) ei ole tuvastatavat massikomponenti. Teisisõnu, seda võib nimetada "puhtaks energiaks".

Muudel kiirguse liikidel, näiteks alfa-kiirteel, mis koosnevad heeliumi tuumast, on tuvastatav massikomponent ja seetõttu ei saa neid klassifitseerida elektromagnetiliseks energiaks.

Elektromagnetilise kiirgusega seotud olulised parameetrid on:

• Energia (E): energia on sagedusega proportsionaalne ja pöördvõrdeline lainepikkusega, nagu on näidatud allpool toodud võrrandis.

  • Sagedus (μ)
  • Lainepikkus (λ)
  • Võrrand: E = hμ

Vibratsioonirežiimid

  • Kovalentsed sidemed võivad vibreerida mitmel viisil, sealhulgas venitades, kiikudes ja käärides.
  • Infrapunaspektri kõige kasulikumad ribad vastavad venitussagedustele.

Edastamine vs Imendumine

Kui keemiline proov puutub kokku IR LIGHT (infrapunakiirguse valgus) toimega, võib see absorbeerida mõningaid sagedusi ja edastada ülejäänud. Osa valgust saab ka tagasi allikale tagasi.

Detektor tuvastab edastatud sagedused ja see näitab ka neeldunud sageduste väärtusi.

IR-spekter absorptsioonirežiimis

IR-spekter on põhiliselt edastatavate (või neeldunud) sageduste graafik ülekande (või absorptsiooni) intensiivsuse suhtes. Sagedused ilmuvad x-teljel pöördotsimeetrite ühikutes (lainepikkused) ja intensiivsused on esitatud y-teljel ja protsentides. Graafik näitab spektrit absorptsioonirežiimis:

IR-spekter edastusrežiimis

Graafik näitab edastamisrežiimis spektrit. See on kõige sagedamini kasutatav esindus ja see leidub enamikus keemia- ja spektroskoopiaraamatutes.

Kasutused ja rakendused

Kuna infrapunaspektroskoopia on usaldusväärne ja lihtne tehnika, kasutatakse seda laialdaselt orgaanilises sünteesis, polümeeriteaduses, naftakeemiatööstuses, farmaatsiatööstuses ja toidu analüüsis..

Lisaks, kuna FTIR-spektromeetreid saab desinfitseerida kromatograafia abil, saab selliste instrumentidega uurida keemiliste reaktsioonide mehhanismi ja ebastabiilsete ainete tuvastamist..

Mõned kasutused ja rakendused hõlmavad järgmist:

Kvaliteedikontroll

Seda kasutatakse kvaliteedikontrolli, dünaamilise mõõtmise ja jälgimise rakendustes, nagu näiteks CO2-kontsentratsioonide pikaajaline jälgimata mõõtmine kasvuhoonetes ja kasvukambrites, kasutades infrapunagaasi analüsaatoreid..

Kohtuekspertiisi analüüs

Seda kasutatakse kriminaal- ja tsiviilasjade kohtuekspertiisi analüüsis, näiteks polümeeri lagunemise tuvastamisel. Võib kasutada alkoholisisalduse määramiseks alkoholi, mida kahtlustatakse purjus.

Tahkete proovide analüüs ilma lõikamisvajaduseta

Kasulik viis tahkete proovide analüüsimiseks ilma lõikamisvajaduseta on ATR või nõrgestatud peegelduse spektroskoopia kasutamine. Seda lähenemisviisi kasutades pressitakse proove ühe kristalliga. Infrapunakiirgus läbib klaasi ja suhtleb ainult prooviga kahe materjali vahelises liideses.

Pigmentide analüüs ja identifitseerimine

IR-spektroskoopiat on edukalt kasutatud värvides ja teistes kunstiobjektides, näiteks valgustatud käsikirjades, pigmentide analüüsimisel ja identifitseerimisel..

Kasutamine toiduainetööstuses

Infrapunaspektroskoopia teine ​​oluline rakendus on toiduainetööstuses, et mõõta erinevate ühendite kontsentratsiooni erinevates toiduainetes..

Täppisuuringud

Arvutifiltreerimise tehnoloogia ja tulemuste manipuleerimise tehnoloogia abil saab lahuses olevad proovid nüüd täpselt mõõta. Mõned instrumendid ütlevad teile automaatselt, millist ainet mõõdetakse tuhandete salvestatud võrdlusspektri poest.

Välikatsetused

Vahendid on nüüd väikesed ja neid saab transportida isegi välikatseteks.

Gaasilekked

Infrapunaspektroskoopiat kasutatakse ka gaasilekke tuvastamise seadmetes, nagu DP-IR ja EyeCGA. Need seadmed tuvastavad süsivesinike gaasi lekkeid loodusliku ja toorgaasi transportimisel.

Kasutage ruumis

NASA kasutab infrapuna-spektroskoopial põhinevat väga ajakohast andmebaasi polütsükliliste aromaatsete süsivesinike jälgimiseks universumis.

Teadlaste sõnul võib üle 20% universumis olevast süsinikust seostada polütsükliliste aromaatsete süsivesinike, võimalike lähtematerjalidega elu moodustamiseks..

Polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud näivad olevat moodustunud vahetult pärast suurt põrutust. Nad on levinud kogu maailmas ja on seotud uute tähtede ja eksoplanetidega.

Viited

  1. Nancy Birkner (2015). Mind Touch. Kuidas toimib FTIR-spektromeeter. Välja otsitud andmebaasist: mindtouch.com.
  2. Cortes (2006). IR-spektrite teooria ja tõlgendamine. Pearson Prentice'i saal. Välja otsitud andmebaasist: utdallas.edu.
  3. Barbara Stuart (2004). Infrapunaspektroskoopia. Wiley Välja otsitud andmebaasist: kinetics.nsc.ru.
  4. Wikipedia (2016). Infrapunaspektroskoopia. Vikipeedia, vaba entsüklopeedia. Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org.