Infravörös spektroszkópiai elmélet, módszer és felhasználások

az infravörös spektroszkópia a molekuláknak az infravörös sugárzás elnyelésére és végül hővé való átalakítására irányuló tanulmány.

Ezt a folyamatot háromféleképpen lehet elemezni: az abszorpció, a kibocsátás és a visszaverődés mérése. Ez a pontosság teszi az infravörös spektroszkópiát a mai tudósok egyik legfontosabb analitikai technikájának.

Az infravörös spektroszkópia egyik nagy előnye, hogy szinte minden állapotban gyakorlatilag bármilyen mintát lehet tanulmányozni.

Folyadékok, porok, filmek, oldatok, paszták, szálak, gázok és felületek vizsgálhatók a mintavételi technikával. A továbbfejlesztett műszerek következtében számos új, érzékeny technikát fejlesztettek ki, amelyek segítségével a korábban elképzelhető mintákat meg lehetett vizsgálni.

Az infravörös spektroszkópia számos más felhasználás és alkalmazás között hasznos a polimerizáció mértékének mérésére a polimerek előállításában. Egy adott kapcsolat mennyiségének vagy jellegének változásait egy adott frekvencia idővel történő mérésével értékeljük.

A modern kutatási eszközök infravörös méréseket végezhetnek az érdeklődési körön belül, másodpercenként 32 alkalommal.

Ez megtörténhet, miközben az egyidejű méréseket más technikákkal végzik, így a kémiai reakciók és folyamatok megfigyelése gyorsabb és pontosabb.

Az infravörös spektroszkópia elmélete

A szerves struktúrák meghatározásában és ellenőrzésében felbecsülhetetlen eszköz az elektromágneses sugárzás osztálya (REM), amelynek frekvenciái 4000 és 400 cm-1 között vannak (hullámszámok)..

Az EM sugárzás kategóriáját infravörös (IR) sugárzásnak, IR-spektroszkópia néven ismert szerves kémianak nevezik..

Ebben a régióban a sugárzás a szerves szerkezet meghatározásánál használható fel azzal a ténnyel, hogy a szerves vegyületekben a szerves vegyületek kötődnek..

A különböző környezetekben lévő kémiai kötések elnyelik a változó intenzitásokat és a változó frekvenciákat. Ezért az IR spektroszkópia magában foglalja az abszorpciós információ gyűjtését és annak spektrum formájában történő elemzését.

Az IR-sugárzás (csúcsok vagy jelek) abszorpciójának frekvenciái közvetlenül korrelálhatnak a szóban forgó vegyület kapcsolataival..

Mivel mindegyik interatomikus kapcsolat rezghet több különböző mozgásban (nyújtás vagy hajlítás), az egyes kapcsolatok egynél több IR frekvenciát képesek elnyelni.

A hajlító abszorpciók erősebb csúcsokat termelnek, mint a hajlítás, de a gyengébb hajlító abszorpciók hasznosak lehetnek hasonló típusú kötések megkülönböztetéséhez (pl. Aromás helyettesítés).

Fontos megjegyezni, hogy a szimmetrikus rezgések nem okoznak IR sugárzást. Például az etilén vagy az etilén egyik szén-szén kötése sem szívja fel az IR sugárzást.

A szerkezeti meghatározás instrumentális módszerei

Nukleáris mágneses rezonancia (NMR)

Az atomok magja gerjesztése rádiófrekvenciás besugárzással. Részletes információt nyújt az atomok molekulaszerkezetéről és összekapcsolhatóságáról.

Infravörös spektroszkópia (IR)

Ez a molekuláris rezgések infravörös sugárzással történő besugárzásából áll. Elsősorban információt szolgáltat bizonyos funkcionális csoportok jelenlétéről vagy hiányáról.

Tömegspektrometria

A minta elektronokkal való bombázása és a kapott molekuláris fragmensek kimutatása. Információt nyújt a molekulatömeg és az atomok kapcsolatáról.

Ultraibolya spektroszkópia (UV)

Az elektronok magasabb energiaszintű promóciója a molekula ultraibolya sugárzással történő besugárzásával. Információt nyújt a konjugált π rendszerek és a kettős és hármas kötések jelenlétéről.

spektroszkópia

A spektrális információk tanulmányozása. Infravörös fény sugárzás után bizonyos kötések gyorsabban reagálnak a rezgés hatására. Ez a válasz egy spektrumnak nevezett vizuális megjelenítésre érzékelhető és lefordítható. 

Spektrum-értelmezési folyamat

1. Felismerje a mintát.
2. Kapcsolja a mintákat a fizikai paraméterekhez.
3. Határozza meg a lehetséges jelentéseket, vagyis magyarázatokat javasoljon.

Miután egy spektrumot kaptunk, a fő kihívás az, hogy az információt elvont vagy rejtett formában kinyerjük.

Ehhez bizonyos minták felismerése, ezeknek a mintáknak a fizikai paraméterekkel való összekapcsolása, és ezeknek a mintáknak a értelmezése értelmes és logikus magyarázatok alapján történik..

Elektromágneses spektrum

A legtöbb szerves spektroszkópia elektromágneses energiát vagy sugárzást használ fizikai ingerként. Az elektromágneses energiának (mint például a látható fénynek) nincs kimutatható tömegkomponense. Más szavakkal: „tiszta energiának” nevezhető.

Más típusú sugárzás, mint például az alfa sugarak, amelyek héliummagokból állnak, kimutatható tömegkomponenssel rendelkeznek, és ezért nem osztályozhatók elektromágneses energiának.

Az elektromágneses sugárzáshoz kapcsolódó fontos paraméterek a következők:

• Energia (E): Az energia közvetlenül arányos a frekvenciával, és fordítottan arányos a hullámhosszhoz, ahogy azt az alábbi egyenlet mutatja..

• Frekvencia (μ)
• Hullámhossz (λ)
• Egyenlet: E = hμ

Rezgő módok

• A kovalens kötések különböző módon rezeghetnek, beleértve a nyújtást, hintázást és ollót.

• Az infravörös spektrum leghasznosabb sávjai a nyújtási frekvenciáknak felelnek meg.

Átviteli vs. abszorpció

Amikor egy kémiai minta az IR LIGHT (infravörös sugárzás fénye) hatásának van kitéve, elnyel néhány frekvenciát és továbbítja a többit. A fény egy része visszavezethető a forrásra is.

Az érzékelő felismeri az átvitt frekvenciákat, és ezzel is feltárja az elnyelt frekvenciák értékeit.

IR-spektrum abszorpciós módban

Az IR-spektrum alapvetően az átvitt (vagy elnyelt) frekvenciák grafikonja az átvitel (vagy abszorpció) intenzitása ellen. A frekvenciák az x tengelyen fordított centiméteregységekben jelennek meg (hullámszámok), és az intenzitások az y tengelyen és százalékegységekben jelennek meg. A grafikon az abszorpciós módban spektrumot mutat:

IR-spektrum az átviteli módban

A grafikon az átviteli módban spektrumot mutat. Ez a leggyakrabban használt reprezentáció, és a legtöbb kémiai és spektroszkópiai könyvben megtalálható.

Felhasználások és alkalmazások

Mivel az infravörös spektroszkópia megbízható és egyszerű technika, széles körben használják a szerves szintézisben, a polimer tudományban, a petrolkémiai tervezésben, a gyógyszeriparban és az élelmiszerelemzésben..

Emellett, mivel az FTIR spektrométerek kromatográfiával megtisztíthatók, a kémiai reakciók mechanizmusa és az instabil anyagok kimutatása ilyen eszközökkel vizsgálható..

Egyes alkalmazások és alkalmazások:

Minőség-ellenőrzés

A minőségellenőrzés, a dinamikus mérési és felügyeleti alkalmazások, mint például az üvegházakban és a növekedési kamrákban lévő CO2-koncentrációk hosszú távú, felügyelet nélküli mérése infravörös gázelemző készülékekkel használatos..

Törvényszéki elemzés

A büntető- és polgári ügyekben végzett kriminalisztikai elemzésben, például a polimer lebomlásának meghatározásában használják. Használható arra, hogy meghatározza az ittasan gyanúsított vezető véralkohol-tartalmát.

Szilárd minták elemzése vágás nélkül

A szilárd minták elemzésének hasznos módja anélkül, hogy szükség lenne vágásra, az ATR vagy a gyengített teljes reflektancia spektroszkópia alkalmazása. Ezt a megközelítést alkalmazva a mintákat egyetlen kristály elé nyomják. Az infravörös sugárzás áthalad az üvegen, és csak kölcsönhatásba lép a mintával a két anyag között.

A pigmentek elemzése és azonosítása

Az IR-spektroszkópiát sikeresen alkalmazták a festékek és más művészeti tárgyak, például a megvilágított kéziratok pigmentjeinek elemzésében és azonosításában.

Használat az élelmiszeriparban

Az infravörös spektroszkópia másik fontos alkalmazása az élelmiszeriparban a különböző vegyületek különböző élelmiszeripari termékek koncentrációjának mérésére..

Precíziós vizsgálatok

A számítógépes szűrés technológiájának növekedésével és az eredmények manipulálásával az oldatban lévő mintákat most pontosan meg lehet mérni. Néhány műszer automatikusan megmondja, hogy milyen anyagot mérünk egy tárolt referencia-spektrum több ezer tárolójából.

Terepi tesztek

A műszerek már kicsiek és szállíthatóak, még a helyszíni vizsgálatokhoz is.

Gázszivárgás

Az infravörös spektroszkópiát olyan gázszivárgás-érzékelő eszközökben is használják, mint a DP-IR és a EyeCGA. Ezek az eszközök érzékelik a szénhidrogén gáz szivárgását a természetes és nyers gáz szállítása során.

Használja az űrben

A NASA egy nagyon korszerű, infravörös spektroszkópián alapuló adatbázist használ az univerzumban lévő policiklusos aromás szénhidrogének nyomon követésére.

A tudósok szerint az univerzumban a szén több mint 20% -a társítható policiklusos aromás szénhidrogénekkel, az életképzés lehetséges kiindulási anyagai..

Úgy tűnik, hogy a policiklusos aromás szénhidrogének a Big Bang után keletkeztek. Elterjedtek az univerzumban, és új csillagokkal és exoplanetokkal vannak társítva.

referenciák

1. Nancy Birkner (2015). Mind Touch. Hogyan működik az FTIR spektrométer. A lap eredeti címe: mindtouch.com.
2. Cortes (2006). Az IR spektrum elmélete és értelmezése. Pearson Prentice Hall. Lap forrása: utdallas.edu.
3. Barbara Stuart (2004). Infravörös spektroszkópia. Wiley. Lap forrása: kinetics.nsc.ru.
4. Wikipédia (2016). Infravörös spektroszkópia. Wikipédia, a szabad enciklopédia. Lap forrása: en.wikipedia.org.