Infračervená spektroskopická teorie, metoda a použití

infračervená spektroskopie je studium toho, jak molekuly absorbují infračervené záření a nakonec je přeměňují na teplo.

Tento proces lze analyzovat třemi způsoby: měřením absorpce, emise a odrazu. Díky této přesnosti je infračervená spektroskopie jednou z nejdůležitějších analytických metod dostupných pro dnešní vědce.

Jednou z největších výhod infračervené spektroskopie je, že prakticky každý vzorek může být studován téměř ve všech státech.

Kapaliny, prášky, filmy, roztoky, pasty, vlákna, plyny a povrchy mohou být zkoumány s rozumným výběrem vzorkovací techniky. V důsledku zdokonaleného přístrojového vybavení bylo nyní vyvinuto množství nových citlivých technik pro zkoumání dříve neřešitelných vzorků.

Infračervená spektroskopie, mezi mnoha dalšími aplikacemi a aplikacemi, je užitečná pro měření stupně polymerace při výrobě polymerů. Změny v množství nebo charakteru konkrétního spojení se vyhodnocují měřením konkrétní frekvence v čase.

Moderní výzkumné nástroje mohou provádět infračervené měření napříč rozsahem zájmu tak často, jak 32krát za sekundu.

Toho lze dosáhnout, když se simultánní měření provádějí jinými technikami, což umožňuje rychlejší a přesnější pozorování chemických reakcí a procesů.

Teorie infračervené spektroskopie

Neocenitelným nástrojem při určování a ověřování organických struktur je třída elektromagnetického záření (REM) s frekvencemi mezi 4000 a 400 cm-1 (čísla vln).

Kategorie EM záření se nazývá infračervené (IR) záření a jeho použití v organické chemii známé jako IR spektroskopie..

Radiace v této oblasti může být použita při stanovení organické struktury s využitím skutečnosti, že je absorbována interatomovými vazbami v organických sloučeninách..

Chemické vazby v různých prostředích absorbují proměnlivé intenzity a variabilní frekvence. IR spektroskopie tedy zahrnuje sběr absorpční informace a její analýzu ve formě spektra.

Frekvence, ve kterých jsou absorbovány infračervené záření (píky nebo signály), mohou být přímo korelovány s vazbami v dané sloučenině.

Protože každý interatomový článek může vibrovat několika různými pohyby (protahováním nebo ohýbáním), jednotlivé články mohou absorbovat více než jednu frekvenci IR.

Absorpce strečů mají tendenci produkovat silnější píky než ohýbání, nicméně slabší absorpce ohybu mohou být užitečné pro rozlišení podobných typů vazeb (např. Aromatické substituce).

Je také důležité poznamenat, že symetrické vibrace nezpůsobují absorpci infračerveného záření. Například žádná vazba uhlík-uhlík ethylenu nebo ethylenu absorbuje IR záření.

Instrumentální metody stanovení struktury

Nukleární magnetická rezonance (NMR)

Excitace jádra atomů radiofrekvenčním ozářením. Poskytuje rozsáhlé informace o molekulární struktuře a konektivitě atomů.

Infračervená spektroskopie (IR)

Skládá se z vypalování molekulárních vibrací ozářením infračerveným světlem. Poskytuje především informace o přítomnosti nebo nepřítomnosti určitých funkčních skupin.

Hmotnostní spektrometrie

Bombardování vzorku elektrony a detekce výsledných molekulárních fragmentů. Poskytuje informaci o konektivitě molekulové hmotnosti a atomech.

Ultrafialová spektroskopie (UV)

Propagace elektronů při vyšších úrovních energie ozářením molekuly ultrafialovým světlem. Poskytuje informace o přítomnosti konjugovaných π systémů a dvojitých a trojných vazeb.

Spektroskopie

Je to studium spektrálních informací. Po ozáření infračerveným světlem určité vazby rychleji reagují vibracemi. Tato odezva může být detekována a převedena do vizuální reprezentace zvané spektrum. 

Proces interpretace spektra

1. Rozpoznat vzor.
2. Přiřadit vzory k fyzickým parametrům.
3. Identifikujte možné významy, tj. Navrhněte vysvětlení.

Jakmile je spektrum získáno, hlavní výzvou je získat informace, které obsahuje, v abstraktní nebo skryté podobě.

To vyžaduje uznání určitých vzorců, asociaci těchto vzorů s fyzikálními parametry a interpretaci těchto vzorců z hlediska smysluplných a logických vysvětlení..

Elektromagnetické spektrum

Většina organických spektroskopií používá jako fyzikální podnět elektromagnetickou energii nebo záření. Elektromagnetická energie (např. Viditelné světlo) nemá detekovatelnou hmotnostní složku. Jinými slovy, to může být nazýváno "čistá energie".

Jiné typy záření, jako jsou paprsky alfa, které se skládají z jader helia, mají detekovatelnou hmotnostní složku, a proto nemohou být klasifikovány jako elektromagnetická energie.

Důležité parametry spojené s elektromagnetickým zářením jsou:

Energie (E): Energie je přímo úměrná frekvenci a nepřímo úměrná vlnové délce, jak je uvedeno v rovnici níže..

• Frekvence (μ)
• Vlnová délka (λ)
• Rovnice: E = hμ

Vibrační režimy

• Kovalentní vazby mohou vibrovat různými způsoby, včetně protahování, houpání a nůžek.

• Nejužitečnější pásy v infračerveném spektru odpovídají napínacím frekvencím.

Přenos vs. Absorpce

Když je chemický vzorek vystaven působení IR LIGHT (infračervené záření), může absorbovat určité frekvence a přenášet zbytek. Část světla se také může odrážet zpět ke zdroji.

Detektor detekuje přenášené kmitočty a zároveň odhaluje hodnoty absorbovaných frekvencí.

IR spektrum v absorpčním režimu

IR spektrum je v podstatě grafem přenášených (nebo absorbovaných) frekvencí proti intenzitě přenosu (nebo absorpce). Frekvence se objevují v ose x v jednotkách inverzních centimetrů (vlnová čísla) a intenzity jsou reprezentovány v ose y a v procentech. Graf ukazuje spektrum v absorpčním režimu:

IR spektrum v režimu přenosu

Graf ukazuje spektrum v režimu přenosu. Toto je nejvíce obyčejně použitý reprezentace a to nalezené ve většině chemikáliích a spektroskopii knihy.

Použití a aplikace

Protože infračervená spektroskopie je spolehlivá a jednoduchá technika, je široce používána v organické syntéze, ve vědě o polymerech, v petrochemickém inženýrství, farmaceutickém průmyslu a analýze potravin..

Vzhledem k tomu, že spektrometry FTIR mohou být dezinfikovány chromatografií, lze pomocí těchto nástrojů zkoumat mechanismus chemických reakcí a detekci nestabilních látek..

Některá použití a aplikace zahrnují:

Kontrola kvality

Používá se v aplikacích kontroly kvality, dynamického měření a monitorování, jako je dlouhodobé bezobslužné měření koncentrací CO2 ve sklenících a růstových komorách pomocí infračervených analyzátorů plynu.

Forenzní analýza

Používá se v forenzní analýze v trestních a občanských věcech, například při identifikaci degradace polymeru. Lze použít k určení obsahu alkoholu v krvi řidiče podezřelého z opilosti.

Analýza pevných vzorků bez nutnosti řezání

Užitečným způsobem analýzy pevných vzorků bez nutnosti řezání je použití ATR nebo zeslabené spektroskopie s celkovou odrazivostí. Použitím tohoto přístupu se vzorky přitlačují k povrchu jednoho krystalu. Infračervené záření prochází sklem a interaguje pouze se vzorkem na rozhraní mezi oběma materiály.

Analýza a identifikace pigmentů

IR spektroskopie byla úspěšně použita při analýze a identifikaci pigmentů v malbách a dalších uměleckých předmětech, jako jsou osvětlené rukopisy..

Použití v potravinářském průmyslu

Další důležitou aplikací infračervené spektroskopie je v potravinářském průmyslu měření koncentrace různých sloučenin v různých potravinářských výrobcích.

Přesné studie

S nárůstem technologie v oblasti filtrování počítačů a manipulace s výsledky lze nyní vzorky v roztoku přesně měřit. Některé přístroje vám také automaticky sdělí, jaká látka se měří ze skladu tisíců uložených referenčních spekter.

Terénní testy

Nástroje jsou nyní malé a mohou být přepravovány i pro použití v terénních testech.

Únik plynu

Infračervená spektroskopie se také používá v zařízeních pro detekci úniku plynu, jako jsou DP-IR a EyeCGA. Tato zařízení detekují úniky uhlovodíkového plynu při přepravě přírodního a zemního plynu.

Použití v prostoru

NASA používá velmi aktuální databázi založenou na infračervené spektroskopii pro sledování polycyklických aromatických uhlovodíků ve vesmíru..

Podle vědců může být více než 20% uhlíku ve vesmíru spojeno s polycyklickými aromatickými uhlovodíky, možnými výchozími materiály pro tvorbu života.

Zdá se, že polycyklické aromatické uhlovodíky vznikly krátce po velkém třesku. Jsou rozšířeny po celém vesmíru a jsou spojeny s novými hvězdami a exoplanetami.

Odkazy

1. Nancy Birkner (2015). Dotkněte se mysli. Jak FTIR Spectrometer pracuje. Zdroj: mindtouch.com.
2. Cortes (2006). Teorie a interpretace IR spekter. Pearson Prentice Hall. Zdroj: utdallas.edu.
3. Barbara Stuart (2004). Infračervená spektroskopie. Wiley Zdroj: kinetics.nsc.ru.
4. Wikipedia (2016). Infračervená spektroskopie. Experimentální strojový překlad hesla Wikipedia z encyklopedie Wikipedia pořízený překladačem Eurotran. Zdroj: en.wikipedia.org.