Infraraudonųjų spindulių spektroskopijos teorija, metodas ir panaudojimas



The infraraudonųjų spindulių spektroskopija yra tyrimas, kaip molekulės sugeria infraraudonąją spinduliuotę ir galiausiai ją paverčia šiluma.

Šis procesas gali būti analizuojamas trimis būdais: absorbcijos, emisijos ir atspindžio matavimas. Dėl šio tikslumo infraraudonųjų spindulių spektroskopija yra vienas svarbiausių šiandienos mokslininkų turimų analitinių metodų.

Vienas iš didžiausių infraraudonųjų spindulių spektroskopijos privalumų yra tas, kad beveik visus mėginius galima ištirti beveik visose valstybėse.

Skysčius, miltelius, plėveles, tirpalus, pastas, pluoštus, dujas ir paviršius galima išnagrinėti protingai pasirinkus mėginių ėmimo metodą. Dėl patobulintos matavimo priemonės jau buvo sukurta daug naujų jautrių metodų, kad būtų galima išnagrinėti anksčiau neįveikiamus mėginius.

Infraraudonųjų spindulių spektroskopija, tarp daugelio kitų naudojimo būdų ir panaudojimo, yra naudinga matuojant polimerizacijos laipsnį polimerų gamyboje. Konkrečios sąsajos kiekio ar pobūdžio pokyčiai vertinami matuojant tam tikrą dažnį laikui bėgant.

Šiuolaikiniai mokslinių tyrimų instrumentai gali atlikti infraraudonųjų spindulių matavimus visose dominančiose ribose, kaip dažnai 32 kartus per sekundę.

Tai galima padaryti tuo pačiu metu atliekant matavimus naudojant kitus metodus, kad cheminių reakcijų ir procesų stebėjimas būtų greitesnis ir tikslesnis.

Infraraudonųjų spindulių spektroskopijos teorija

Vertingas organinių struktūrų nustatymo ir tikrinimo įrankis yra elektromagnetinės spinduliuotės klasė (REM), kurios dažnis yra nuo 4000 iki 400 cm-1 (bangų skaičiai)..

EM spinduliuotės kategorija vadinama infraraudonųjų spindulių (IR) spinduliuote ir jos taikymu organinei chemijai, vadinamai IR spektroskopija..

Šio regiono spinduliuotė gali būti naudojama nustatant organinę struktūrą, atsižvelgiant į tai, kad ją absorbuoja organinių junginių interatominės jungtys..

Cheminės jungtys skirtingose ​​aplinkose sugeria įvairius intensyvumus ir kintamuosius dažnius. Todėl IR spektroskopija apima absorbcijos informacijos rinkimą ir analizę spektro pavidalu.

Dažnai, kuriuose yra IR spinduliuotės sugerties (smailės arba signalai), gali būti tiesiogiai susiję su atitinkamo junginio ryšiais..

Kadangi kiekviena interatominė sąsaja gali vibruoti keliais skirtingais judesiais (tempimo arba lenkimo), atskiri ryšiai gali sugerti daugiau nei vieną IR dažnį.

Tempimo sugerties tendencijos yra stipresnės už lenkimą, tačiau silpnesnės lenkimo absorbcijos gali būti naudingos panašių tipų ryšiams diferencijuoti (pvz., Aromatinis pakaitalas)..

Taip pat svarbu pažymėti, kad simetriškos vibracijos nesukelia IR spindulių absorbcijos. Pavyzdžiui, nė viena iš etileno ar etileno anglies ir anglies junginių nepriima IR spinduliuotės.

Konstrukcijos nustatymo instrumentiniai metodai

Branduolinis magnetinis rezonansas (NMR)

Atomų branduolio sužadinimas per radijo dažnį. Pateikia išsamią informaciją apie atomų molekulinę struktūrą ir jungtį.

Infraraudonųjų spindulių spektroskopija (IR)

Jį sudaro molekulinės vibracijos švitinimas infraraudonųjų spindulių šviesa. Jame daugiausia pateikiama informacija apie tam tikrų funkcinių grupių buvimą arba nebuvimą.

Masių spektrometrija

Mėginio suardymas elektronais ir gautų molekulinių fragmentų aptikimas. Pateikiama informacija apie molekulinės masės ir atomų ryšį.

Ultravioletinė spektroskopija (UV)

Elektronų skatinimas aukštesniu energijos lygiu, švitinant molekulę ultravioletine šviesa. Pateikiama informacija apie konjuguotų π sistemų ir dvigubų bei trigubų obligacijų buvimą.

Spektroskopija

Tai yra spektrinės informacijos tyrimas. Po apšvitinimo infraraudonųjų spindulių šviesa tam tikros jungtys greičiau reaguoja vibracijos būdu. Šį atsakymą galima aptikti ir išversti į vaizdinį vaizdą, vadinamą spektru. 

Spektro aiškinimo procesas

  1. Atpažinkite modelį.
  2. Susieti modelius su fiziniais parametrais.
  3. Nustatyti galimas reikšmes, ty pasiūlyti paaiškinimus.

Kai tik gaunamas spektras, pagrindinis uždavinys yra išgauti informaciją, kurią ji turi abstrakčioje ar paslėptoje formoje.

Tam reikia pripažinti tam tikrus modelius, šių modelių susiejimą su fiziniais parametrais ir šių modelių interpretaciją prasmingų ir loginių paaiškinimų prasme..

Elektromagnetinis spektras

Dauguma organinių spektroskopijų naudoja elektromagnetinę energiją arba spinduliuotę kaip fizinį stimulą. Elektromagnetinė energija (pvz., Matoma šviesa) neturi aptinkamo masės komponento. Kitaip tariant, tai gali būti vadinama „grynąja energija“.

Kitos spinduliuotės rūšys, pvz., Alfa spinduliai, susidedantys iš helio branduolių, turi nustatomą masės komponentą ir todėl negali būti klasifikuojamos kaip elektromagnetinė energija.

Svarbūs su elektromagnetine spinduliuote susiję parametrai yra:

• Energija (E): energija yra tiesiogiai proporcinga dažniui ir atvirkščiai proporcinga bangos ilgiui, kaip nurodyta toliau pateiktoje lygtyje.

  • Dažnis (μ)
  • Bangos ilgis (λ)
  • Lygtis: E = hμ

Vibraciniai režimai

  • Kovalentinės obligacijos gali vibruoti įvairiais būdais, įskaitant tempimą, šūpinimą ir žirkles.
  • Naudingiausios infraraudonųjų spindulių spektro juostos atitinka tempimo dažnius.

Perdavimas prieš Absorbcija

Kai cheminis mėginys yra veikiamas IR šviesos (infraraudonųjų spindulių šviesos) veikimu, jis gali sugerti kai kuriuos dažnius ir perduoti likusį. Dalis šviesos taip pat gali atsispindėti atgal į šaltinį.

Detektorius aptinka perduodamus dažnius ir taip atskleidžia absorbuotų dažnių reikšmes.

IR spektras absorbcijos režime

IR spektras iš esmės yra perduodamų (arba sugeriamų) dažnių grafikas, palyginti su perdavimo (arba absorbcijos) intensyvumu. Dažnumas rodomas x ašyje atvirkštinių centimetrų vienetais (bangomis), o intensyvumas pateikiamas y ašyje ir procentais. Grafikas rodo spektrą absorbcijos režimu:

IR spektras perdavimo režimu

Grafikas rodo spektrą perdavimo režimu. Tai yra dažniausiai naudojamas reprezentacijos variantas, kuris randamas daugelyje chemijos ir spektroskopijos knygų.

Naudojimas ir taikymas

Kadangi infraraudonųjų spindulių spektroskopija yra patikima ir paprasta technika, ji plačiai naudojama organinėje sintezėje, polimerų moksle, naftos chemijos inžinerijoje, farmacijos pramonėje ir maisto analizėje..

Be to, kadangi FTIR spektrometrai gali būti dezinfekuojami chromatografija, cheminių reakcijų mechanizmas ir nestabilių medžiagų aptikimas gali būti tiriami su tokiais instrumentais.

Kai kurie naudojimo būdai ir programos apima:

Kokybės kontrolė

Jis naudojamas kokybės kontrolei, dinaminiams matavimo ir stebėjimo taikymams, pvz., Ilgalaikiam neprižiūrimam CO2 koncentracijos matavimui šiltnamiuose ir augimo kamerose, naudojant infraraudonųjų dujų analizatorius.

Teismo ekspertizė

Jis naudojamas kriminalistinėse ir civilinėse bylose, pavyzdžiui, nustatant polimerų degradaciją. Gali būti naudojamas nustatyti alkoholio kiekį kraujyje vairuotojui, kuris įtariamas girtas.

Kietųjų mėginių analizė nereikalaujant pjaustymo

Naudingas būdas analizuoti kietus mėginius, nereikalaujant pjauti, yra naudoti ATR arba susilpnintą bendrą atspindžio spektroskopiją. Naudojant šį metodą, mėginiai yra spaudžiami prieš vieno kristalo veidą. Infraraudonųjų spindulių spinduliavimas eina per stiklą ir sąveikauja tik su pavyzdžiu tarp dviejų medžiagų sąsajos.

Pigmentų analizė ir identifikavimas

IR spektroskopija sėkmingai naudojama analizuojant ir identifikuojant dažus ir kitus meno objektus, tokius kaip apšviesti rankraščiai, pigmentai..

Naudojimas maisto pramonėje

Kitas svarbus infraraudonųjų spindulių spektroskopijos taikymas maisto pramonėje yra matuoti įvairių junginių koncentraciją įvairiuose maisto produktuose..

Tikslieji tyrimai

Didėjant kompiuterių filtravimo technologijai ir manipuliuojant rezultatais, dabar galima tiksliai išmatuoti tirpalo mėginius. Kai kurie instrumentai taip pat automatiškai pasakys, kokia medžiaga matuojama iš tūkstančių saugomų etaloninių spektrų parduotuvės.

Lauko bandymai

Prietaisai dabar yra nedideli ir gali būti transportuojami, net ir lauko bandymams.

Dujų nutekėjimas

Infraraudonųjų spindulių spektroskopija taip pat naudojama dujų nuotėkio aptikimo įrenginiuose, tokiuose kaip DP-IR ir EyeCGA. Šie prietaisai aptinka angliavandenilių dujų nutekėjimą gamtinių ir žalių dujų transportavimo metu.

Naudokite erdvėje

NASA naudoja labai naujausią duomenų bazę, paremtą infraraudonųjų spindulių spektroskopija, kad galėtų stebėti policiklinius aromatinius angliavandenilius visatoje.

Pasak mokslininkų, daugiau nei 20% anglies anglies visatoje gali būti siejama su policikliniais aromatiniais angliavandeniliais, galimomis pradinėmis medžiagomis gyvybės formavimui..

Atrodo, kad policikliniai aromatiniai angliavandeniliai susidarė netrukus po Big Bang. Jie plačiai paplitę visatoje ir yra susiję su naujomis žvaigždėmis ir eksoplanetais.

Nuorodos

  1. Nancy Birkner (2015). Mind Touch. Kaip veikia FTIR spektrometras. Gauta iš: mindtouch.com.
  2. Cortes (2006). IR spektrų teorija ir interpretacija. Pearson Prentice salė. Gauta iš: utdallas.edu.
  3. Barbara Stuart (2004). Infraraudonųjų spindulių spektroskopija. Wiley Gauta iš: kinetics.nsc.ru.
  4. Vikipedija (2016). Infraraudonųjų spindulių spektroskopija. Vikipedija, laisva enciklopedija. Gauta iš: en.wikipedia.org.