Teorija, metoda i uporaba infracrvene spektroskopije



infracrvena spektroskopija je proučavanje kako molekule apsorbiraju infracrveno zračenje i konačno ga pretvaraju u toplinu.

Ovaj se proces može analizirati na tri načina: mjerenje apsorpcije, emisije i refleksije. Ta preciznost čini infracrvenu spektroskopiju jednom od najvažnijih analitičkih tehnika dostupnih današnjim znanstvenicima.

Jedna od velikih prednosti infracrvene spektroskopije je da se gotovo svaki uzorak može proučavati u gotovo svim državama.

Tekućine, prašci, filmovi, otopine, paste, vlakna, plinovi i površine mogu se ispitati uz razumnu selekciju tehnike uzorkovanja. Kao posljedica poboljšane instrumentacije, sada je razvijeno mnoštvo novih osjetljivih tehnika za ispitivanje prethodno neuglednih uzoraka.

Infracrvena spektroskopija, pored mnogih drugih primjena i primjena, korisna je za mjerenje stupnja polimerizacije u proizvodnji polimera. Promjene količine ili karaktera određene veze procjenjuju se mjerenjem određene frekvencije tijekom vremena.

Suvremeni istraživački instrumenti mogu mjeriti infracrvena zračenja u rasponu interesa čak 32 puta u sekundi.

To se može učiniti dok se istodobna mjerenja provode drugim tehnikama, što omogućuje brže i preciznije promatranje kemijskih reakcija i procesa.

Teorija infracrvene spektroskopije

Neprocjenjiv alat u određivanju i verifikaciji organskih struktura uključuje klasu elektromagnetskog zračenja (REM) s frekvencijama između 4000 i 400 cm-1 (valovni brojevi).

Kategorija EM zračenja zove se infracrveno (IR) zračenje, a njezina primjena na organsku kemiju poznata kao IR spektroskopija..

Radijacija u ovom području može se koristiti za određivanje organske strukture, koristeći činjenicu da se apsorbira međudomatskim vezama u organskim spojevima.

Kemijske veze u različitim sredinama apsorbirat će promjenjive intenzitete i promjenjive frekvencije. Stoga, IR spektroskopija uključuje prikupljanje informacija o apsorpciji i analizu u obliku spektra.

Frekvencije u kojima postoje apsorpcije IR zračenja (pikovi ili signali) mogu se izravno povezati s vezama unutar dotičnog spoja.

Budući da svaka interatomska veza može vibrirati u nekoliko različitih pokreta (istezanje ili savijanje), pojedinačne veze mogu apsorbirati više od jedne IR frekvencije.

Stretch apsorpcije imaju tendenciju da proizvedu jače vrhove od savijanja, ali slabije apsorpcije savijanja mogu biti korisne za razlikovanje sličnih tipova veza (npr. Aromatska supstitucija)..

Također je važno napomenuti da simetrične vibracije ne uzrokuju apsorpciju IR zračenja. Na primjer, nijedna veza ugljik-ugljik etilena ili etilena ne apsorbira IR zračenje.

Instrumentalne metode određivanja strukture

Nuklearna magnetska rezonancija (NMR)

Uzbuda jezgre atoma putem radiofrekvencijskog zračenja. Pruža opsežne informacije o molekularnoj strukturi i povezanosti atoma.

Infracrvena spektroskopija (IR)

Sastoji se od ispaljivanja molekularnih vibracija zračenjem infracrvenim svjetlom. Ona uglavnom pruža informacije o prisutnosti ili odsutnosti određenih funkcionalnih skupina.

Masena spektrometrija

Bombardiranje uzorka elektronima i detekcija rezultirajućih molekularnih fragmenata. Pruža informacije o povezanosti molekularne mase i atoma.

Ultraljubičasta spektroskopija (UV)

Promicanje elektrona na višim razinama energije ozračivanjem molekule ultraljubičastim svjetlom. Pruža informacije o prisutnosti konjugiranih π sustava i dvostrukih i trostrukih veza.

spektroskopija

To je proučavanje spektralnih informacija. Nakon ozračivanja infracrvenim svjetlom, određene veze brže reagiraju vibracijama. Taj se odgovor može otkriti i prevesti u vizualni prikaz nazvan spektar. 

Proces interpretacije spektra

  1. Prepoznajte uzorak.
  2. Povezati obrasce s fizičkim parametrima.
  3. Identificirajte moguća značenja, odnosno predložite objašnjenja.

Kada se jednom dobije spektar, glavni je izazov izdvojiti informacije koje sadrži u apstraktnom ili skrivenom obliku.

To zahtijeva prepoznavanje određenih obrazaca, asocijaciju tih uzoraka s fizičkim parametrima i tumačenje tih obrazaca u smislu smislenih i logičkih objašnjenja..

Elektromagnetski spektar

Većina organske spektroskopije koristi elektromagnetsku energiju ili zračenje kao fizički poticaj. Elektromagnetska energija (kao što je vidljiva svjetlost) nema uočljivu masenu komponentu. Drugim riječima, može se nazvati "čista energija".

Druge vrste zračenja, kao što su alfa zrake, koje se sastoje od jezgre helija, imaju detektabilnu masenu komponentu i stoga se ne mogu klasificirati kao elektromagnetska energija.

Važni parametri povezani s elektromagnetskim zračenjem su:

• Energija (E): Energija je izravno proporcionalna frekvenciji i obrnuto proporcionalna valnoj duljini, kao što je navedeno u donjoj jednadžbi.

  • Frekvencija (μ)
  • Valna duljina (λ)
  • Jednadžba: E = hμ

Vibracijski modovi

  • Kovalentne veze mogu vibrirati na različite načine, uključujući istezanje, ljuljanje i škare.
  • Najkorisnije trake u infracrvenom spektru odgovaraju frekvencijama istezanja.

Prijenos nasuprot apsorpcija

Kada je kemijski uzorak izložen djelovanju IR LIGHT (infracrvenog zračenja), on može apsorbirati neke frekvencije i prenositi ostatak. Dio svjetla također se može odraziti natrag do izvora.

Detektor detektira emitirane frekvencije i time otkriva i vrijednosti apsorbiranih frekvencija.

IR spektar u apsorpcijskom modu

IR spektar je u osnovi graf frekvencija koje se prenose (ili apsorbiraju) u odnosu na intenzitet prijenosa (ili apsorpcije). Frekvencije se pojavljuju u x-osi u jedinicama inverznih centimetara (valnih brojeva), a intenziteti su predstavljeni u y-osi iu postocnim jedinicama. Graf prikazuje spektar u modu apsorpcije:

IR spektar u načinu prijenosa

Graf prikazuje spektar u načinu prijenosa. Ovo je najčešće korištena reprezentacija koja se nalazi u većini knjiga o kemiji i spektroskopiji.

Primjene i primjene

Budući da je infracrvena spektroskopija pouzdana i jednostavna tehnika, široko se koristi u organskoj sintezi, znanosti o polimerima, petrokemijskom inženjerstvu, farmaceutskoj industriji i analizi hrane..

Osim toga, budući da se FTIR spektrometri mogu dezinficirati kromatografijom, mehanizam kemijskih reakcija i otkrivanje nestabilnih tvari može se istražiti takvim instrumentima.

Neke upotrebe i aplikacije uključuju:

Kontrola kvalitete

Koristi se u kontroli kvalitete, dinamičkim mjerenjima i aplikacijama za praćenje, kao što je dugoročno nenadzirano mjerenje koncentracije CO2 u staklenicima i komorama za rast pomoću infracrvenih analizatora plina.

Forenzička analiza

Koristi se u forenzičkoj analizi u kaznenim i građanskim predmetima, na primjer u identifikaciji degradacije polimera. Može se koristiti za određivanje sadržaja alkohola u krvi vozača za koji se sumnja da je pijan.

Analiza čvrstih uzoraka bez potrebe za rezanjem

Koristan način analize krutih uzoraka bez potrebe za rezanjem je korištenje ATR ili atenuirane totalne refleksijske spektroskopije. Koristeći ovaj pristup, uzorci su pritisnuti uz lice jednog kristala. Infracrveno zračenje prolazi kroz staklo i interagira samo s uzorkom na granici između dva materijala.

Analiza i identifikacija pigmenata

IR spektroskopija uspješno se koristi u analizi i identifikaciji pigmenata na slikama i drugim umjetničkim predmetima, kao što su osvijetljeni rukopisi.

Primjena u prehrambenoj industriji

Druga važna primjena infracrvene spektroskopije je u prehrambenoj industriji za mjerenje koncentracije različitih spojeva u različitim prehrambenim proizvodima.

Precizne studije

Povećanjem tehnologije u računalnom filtriranju i manipulacijom rezultata, uzorci u otopini sada se mogu točno izmjeriti. Neki će vam instrumenti također automatski reći koja se tvar mjeri iz spremišta tisuća pohranjenih referentnih spektara.

Terenska ispitivanja

Instrumenti su sada mali i mogu se transportirati, čak i za terenska ispitivanja.

Curenje plina

Infracrvena spektroskopija također se koristi u uređajima za detekciju curenja plina kao što su DP-IR i EyeCGA. Ovi uređaji otkrivaju curenje ugljikovodičnog plina u transportu prirodnog i sirovog plina.

Upotreba u prostoru

NASA koristi vrlo ažuriranu bazu podataka, temeljenu na infracrvenoj spektroskopiji, za praćenje policikličkih aromatskih ugljikovodika u svemiru.

Prema znanstvenicima, više od 20% ugljika u svemiru može se povezati s policikličkim aromatičnim ugljikovodicima, mogućim polaznim materijalima za formiranje života..

Čini se da su policiklički aromatski ugljikovodici nastali ubrzo nakon Velikog praska. Oni su rasprostranjeni diljem svemira i povezani su s novim zvijezdama i egzoplanetima.

reference

  1. Nancy Birkner (2015.). Mind Touch. Kako funkcionira FTIR spektrometar. Preuzeto s: mindtouch.com.
  2. Cortes (2006). Teorija i interpretacija IR spektara. Pearson Prentice Hall. Preuzeto s: utdallas.edu.
  3. Barbara Stuart (2004). Infracrvena spektroskopija. Wiley. Preuzeto s: kinetics.nsc.ru.
  4. Wikipedija (2016). Infracrvena spektroskopija. Wikipedija, slobodna enciklopedija. Preuzeto s: en.wikipedia.org.