Дял:
Теория, метод и приложения на инфрачервената спектроскопия
на инфрачервена спектроскопия е изследването на това как молекулите абсорбират инфрачервеното лъчение и накрая я превръщат в топлина.
Този процес може да бъде анализиран по три начина: измерване на абсорбция, емисия и отражение. Тази прецизност прави инфрачервената спектроскопия една от най-важните аналитични техники, достъпни за днешните учени.
Едно от големите предимства на инфрачервената спектроскопия е, че почти всяка проба може да бъде изследвана в почти всички държави.
Течности, прахове, филми, разтвори, пасти, влакна, газове и повърхности могат да бъдат изследвани с разумна селекция на техника за вземане на проби. Като следствие от подобрената апаратура, сега са разработени множество нови чувствителни техники за изследване на преди неразрешими проби.
Инфрачервената спектроскопия, наред с много други приложения и приложения, е полезна за измерване на степента на полимеризация при производството на полимери. Промените в количеството или характера на дадена връзка се оценяват чрез измерване на определена честота във времето.
Съвременните изследователски инструменти могат да вземат инфрачервени измервания в обхвата на интереси, често 32 пъти в секунда.
Това може да се направи, докато едновременните измервания се извършват с помощта на други техники, правейки наблюденията на химичните реакции и процеси по-бързи и по-точни.
Теория на инфрачервената спектроскопия
Неоценимо средство при определяне и проверка на органични структури е класът на електромагнитното излъчване (REM) с честоти между 4000 и 400 cm-1 (вълнови числа).
Категорията на ЕМ лъчението се нарича инфрачервено лъчение, а нейното приложение в органичната химия, известна като IR спектроскопия..
Излъчването в този регион може да се използва за определяне на органичната структура, като се използва факта, че тя се абсорбира от междуатомните връзки в органичните съединения..
Химичните връзки в различни среди ще абсорбират променливи интензитети и променливи честоти. Следователно, ИЧ спектроскопията включва събиране на информацията за абсорбцията и нейното анализиране под формата на спектър.
Честотите, в които има абсорбция на IR излъчване (пикове или сигнали), могат да бъдат пряко свързани с връзките в съответното съединение..
Тъй като всяка междуатомна връзка може да вибрира в няколко различни движения (разтягане или огъване), отделните връзки могат да поемат повече от една IR честота.
Разтягащите абсорбции са склонни да произвеждат по-силни пикове, отколкото огъване, но по-слабите абсорбции на огъване могат да бъдат полезни за диференциране на сходни типове връзки (например, ароматно заместване)..
Важно е също да се отбележи, че симетричните вибрации не причиняват абсорбция на инфрачервеното лъчение. Например, нито една от въглерод-въглеродните връзки на етилен или етилен не абсорбира IR излъчване.
Инструментални методи за определяне на структурата
Ядрено-магнитен резонанс (ЯМР)
Възбуждане на ядрото на атомите чрез радиочестотно облъчване. Осигурява обширна информация за молекулярната структура и свързаността на атомите.
Инфрачервена спектроскопия (IR)
Състои се от изпичане на молекулни вибрации чрез облъчване с инфрачервена светлина. Тя главно предоставя информация за наличието или отсъствието на определени функционални групи.
Масспектрометрия
Бомбардиране на пробата с електрони и откриване на получените молекулярни фрагменти. Предоставя информация за свързаността на молекулната маса и атомите.
Ултравиолетова спектроскопия (UV)
Промотиране на електрони при по-високи енергийни нива чрез облъчване на молекулата с ултравиолетова светлина. Предоставя информация за наличието на спрегнати π системи и двойни и тройни връзки.
спектроскопия
Това е изучаването на спектралната информация. След облъчване с инфрачервена светлина някои връзки реагират по-бързо чрез вибрации. Този отговор може да бъде открит и преведен в визуално представяне, наречено спектър.
Процес на интерпретация на спектъра
- Разпознайте модел.
- Свързване на модели с физически параметри.
- Идентифицирайте възможните значения, т.е. предложете обяснения.
След като се получи спектър, основното предизвикателство е да се извлече информацията, която съдържа в абстрактна или скрита форма.
Това изисква признаването на определени модели, асоциацията на тези модели с физическите параметри и тълкуването на тези модели от гледна точка на смислени и логични обяснения..
Електромагнитен спектър
Повечето органични спектроскопии използват електромагнитна енергия или радиация като физически стимул. Електромагнитната енергия (като видимата светлина) не разполага с откриваем масов компонент. С други думи, може да се нарече "чиста енергия".
Други видове радиация, като алфа лъчи, които се състоят от хелиеви ядра, имат откриваем компонент на масата и следователно не могат да бъдат класифицирани като електромагнитна енергия.
Важните параметри, свързани с електромагнитното излъчване, са:
• Енергия (Е): Енергията е директно пропорционална на честотата и е обратно пропорционална на дължината на вълната, както е посочено в уравнението по-долу.
- Честота (μ)
- Дължина на вълната (λ)
- Уравнение: E = hμ
Вибрационни режими
- Ковалентните връзки могат да вибрират по различни начини, включително разтягане, люлеене и ножици.
- Най-полезните ленти в инфрачервения спектър съответстват на честотите на разтягане.
Предаване срещу абсорбция
Когато химическа проба е изложена на действието на IR LIGHT (инфрачервена радиационна светлина), тя може да абсорбира някои честоти и да предава останалите. Част от светлината може да бъде отразена обратно към източника.
Детекторът открива предаваните честоти и по този начин разкрива стойностите на абсорбираните честоти.
IR спектър в абсорбционен режим
IR спектърът е графика на честотите, които се предават (или абсорбират) спрямо интензивността на предаването (или абсорбцията). Честотите се появяват в оста х в единици инверсни сантиметри (вълнови числа), а интензитетите са представени в оста у и в проценти. Графиката показва спектър в режим на абсорбция:
IR спектър в режим на предаване
Графиката показва спектър в режим на предаване. Това е най-често използваното представяне и това, което се намира в повечето книги по химия и спектроскопия.
Употреби и приложения
Тъй като инфрачервената спектроскопия е надеждна и проста техника, тя се използва широко в органичния синтез, полимерната наука, нефтохимическото инженерство, фармацевтичната промишленост и анализа на храните..
Освен това, тъй като спектрометрите FTIR могат да бъдат санирани чрез хроматография, механизмът на химичните реакции и откриването на нестабилни вещества могат да бъдат изследвани с такива инструменти..
Някои приложения и приложения включват:
Контрол на качеството
Той се използва за контрол на качеството, приложения за динамично измерване и мониторинг, като например дългосрочно измерване на концентрациите на CO2 в оранжерии и камери за растеж с използване на инфрачервени газови анализатори..
Съдебномедицински анализ
Той се използва в съдебномедицинския анализ в наказателни и граждански дела, например при идентифицирането на разграждането на полимерите. Може да се използва за определяне на съдържанието на алкохол в кръвта на водач, за който се подозира, че е пиян.
Анализ на твърди проби без необходимост от рязане
Полезен начин за анализиране на твърдите проби без необходимост от рязане е да се използва ATR или атенюирана обща рефлексна спектроскопия. Използвайки този подход, пробите се притискат към лицето на един кристал. Инфрачервеното излъчване преминава през стъклото и взаимодейства само с пробата в интерфейса между двата материала.
Анализ и идентификация на пигментите
IR спектроскопията се използва успешно при анализа и идентификацията на пигменти в картини и други художествени предмети, като например осветени ръкописи..
Употреба в хранително-вкусовата промишленост
Друго важно приложение на инфрачервената спектроскопия е в хранителната промишленост за измерване на концентрацията на различни съединения в различни хранителни продукти.
Прецизни проучвания
С увеличаването на технологиите в компютърното филтриране и манипулирането на резултатите сега пробите в решението могат да бъдат измерени точно. Някои инструменти също автоматично ще ви кажат какво вещество се измерва от запаметените хиляди съхранени референтни спектри.
Полеви тестове
Инструментите сега са малки и могат да бъдат транспортирани, дори и за ползване при полеви тестове.
Изтичане на газ
Инфрачервената спектроскопия се използва също в устройства за откриване на изтичане на газ като DP-IR и EyeCGA. Тези устройства откриват течове на въглеводородния газ при транспортирането на природен и суров газ.
Използване в космоса
НАСА използва много актуална база данни, базирана на инфрачервена спектроскопия, за проследяване на полициклични ароматни въглеводороди във Вселената.
Според учените повече от 20% от въглерода във Вселената може да бъде свързан с полициклични ароматни въглеводороди, възможни изходни материали за формиране на живот.
Полицикличните ароматни въглеводороди изглежда са се образували скоро след Големия взрив. Те са широко разпространени в цялата вселена и са свързани с нови звезди и екзопланети.
препратки
- Нанси Биркнер (2015). Mind Touch. Как функционира FTIR спектрометър. Изтеглено от: mindtouch.com.
- Cortes (2006). Теория и интерпретация на ИЧ спектри. Pearson Prentice Hall. Изтеглено от: utdallas.edu.
- Барбара Стюарт (2004). Инфрачервена спектроскопия. Уайли. Възстановен от: kinetics.nsc.ru.
- Уикипедия (2016). Инфрачервена спектроскопия. Уикипедия, свободната енциклопедия. Изтеглено от: en.wikipedia.org.