IR spektroskopija
• Infracrv Infracrvena ena ili IR spektros spektroskopi kopija ja je jedna jedna od metoda metoda koja koja nam pomaže da odredimo strukturu nepoznatog molekula propuštanjem infracrvenog zračenja kroz uzorak. • Nakon Nakon prolaska prolaska kroz kroz kivetu kivetu sa sa nepoznatim nepoznatim jedinjenjem jedinjenjem,, intenzitet upadnog zraka se smanjuje, znači, molekuli jedinjenja iz kivete kivete apsorbuju jedan deo zračenja. zračenja. • Ako analiziramo taj izlazni, oslabljeni zrak po
frekvencijama, vide ćemo da je slabljenje posebno izraženo u određenim oblastima frekvencije.
• Infracrv Infracrvena ena ili IR spektros spektroskopi kopija ja je jedna jedna od metoda metoda koja koja nam pomaže da odredimo strukturu nepoznatog molekula propuštanjem infracrvenog zračenja kroz uzorak. • Nakon Nakon prolaska prolaska kroz kroz kivetu kivetu sa sa nepoznatim nepoznatim jedinjenjem jedinjenjem,, intenzitet upadnog zraka se smanjuje, znači, molekuli jedinjenja iz kivete kivete apsorbuju jedan deo zračenja. zračenja. • Ako analiziramo taj izlazni, oslabljeni zrak po
frekvencijama, vide ćemo da je slabljenje posebno izraženo u određenim oblastima frekvencije.
• Infr Infrac acrv rven enoo zra zračenje se u spektru nalazi izme đu vidljivog dela i mikrotalasa ( od 800 nm do 1mm ) • Infracrveno
zra čenje ima veću talasnu dužinu u odnosu na VIS i kra ću u odnosu na mikrotalase • Infr Infrac acrv rven enoo zra zračenje ima nižu frekvencu u odnosu na VIS i višu u odnosu na mikrotalase. • Pr Prim imar arni ni izvo izvorr IR IR zra zračenja je termalno zra čenje (toplota) • Svi objekt objektii emit emituju uju IR zračenje..čak i kocka leda...
2.5-25 µm
• Najčešće primenjivani region je oblast srednjih IR talasa 400 to 4000 cm-1 (2.5 to 25 µm). (Apsorpcija, refleksija i emisija) • Bliski IR region od 4000 do 14,000 cm-1 (0.75 to 2.5 µm) analize. (voda, CO2, niske koncentracije ugljenih-hidrata, aminskog azota) • Daleka IR oblast se koristi za odredjivanje strukture neorganskih i orgametalnih jedinjenja.
• IR spektrofotometar je instrument kod koga se propušta IR svetlost kroz npr. organski molekul pri čemu se dobija spektar koji predstavlja zavisnost količine propuštene svetlosti od talasne dužine IR zračenja. • Apsorpcioni pik se dobija u obrnutom smeru, jer se na osi rati rocenat ro ustl ivosti zračen a kroz uzorak. • Apsorpcija zračenja smanjuje procenat vrednosti propustljivosti. • Sve veze u organskom molekulu ostvaruju interakcije sa IR zračenjem, tako da IR spektar omogućava dobijanje podataka o samoj strukturi.
IR spectrum of HCl e c n a b r o s b A
Wavenumbers
*** Svaki molekul apsorbuje na karakterističnoj frekvenci *** Svi gasovi osim O2, N2, H2, Cl2, F2, H2S i plemenitih gasova *** Berov zakon
IR spektroskopija • Apsorpcija energije različitih frekvenci • Prati se količina zračenja propuštena kroz • Jedinjenja imaju “fingerprint” region koji se primenjuje za identifikaciju
• Nerstov štapić – Oksidi retkih zemalja u obliku cilindra. Kada se kroz njega propusti struja, zagreva se na temperaturu između 1200 K i 2200 K. • Globar štapić – od silicijum karbida •
v n u – za a e u
o as
• Tungstenova lampa- zablisku IR oblast • CO2 Laser – za kvantitativno određivanje
• IR - Posebno primenljiva za kvalitativnu analizu • Određivanje prisustva određenih funkcionalnih grupa • i...drugih strukturnih karakteristika • Određivanje čistoće • Merenje koncentracije • ...
apsorpcija - prelazak u viši vibracijski nivo
• Frekvenca opada sa porastom atomske težine. • re venca raste sa porastom energ e veze.
IR spektroskopija • Atomi povezani kovalentnom vezom vibriraju • Energije tih vibracija su kvantir kvantirane • Fr kv n i
r i vi r i z vi i
- jačine veze koja vibrira - mase atoma C - H (3000 cm-1) C - C (1200 cm-1) C - Cl (800 cm-1) C - Br (550 cm-1)
:
C=O istezanje (1700 cm -1) C-O istezanje (1200 cm -1) C=C istezanje (1650 cm -1) C-C istezanje (1200 cm -1)
Princip • Kontinualno zračenje • Različite frekvence pokazuju različitu apsorbancu • ra se o us ra na u aznom razrezu • Molekuli apsorbuju zračenje • Vibracioni prelazi
• Monohromator razlaže zračenje u spektar • Jedna frekvenca se pojavljuje na izlaznom razrezu • ra en e o az o ete tora • Detektor pretvara energiju u signal • Signal se umnožava i registruje
Identifikacija i kvantifikacija organskih čvrstih, tečnih ili gasovitih uzoraka Analiza praha, čvrstih uzoraka, gelova, emulzija, čistih tečnosti i rastvora, polimera, čistih gasova i smeše gasova.
Primena u istraživanjima, razvoju metoda, kontroli kvaliteta. Uzorci od samo jednog vlakna (2 mikrona) do studija o atmosferskom zagađenju velikih površina.
Farmaceutska istraživanja Forenzika Analiza polimera Formulacija maziva i aditiva Ispitivanje hrane Obezbeđenje i kontrola kvaliteta Životna sredina, kvalitet vode Biohemija i Biomedicina Premazi i površinski aktivne supstance itd
UZORCI
• Čvrsti uzorci 50 do 200 mg • minimalna masa za kvalitativnu analizu je 10 µg sa transparentnim matriksom (KBr) • 1 to 10 µg je minimalno potrebno, ukoliko je rastvorno -
,
-
disulfid) • Tečnosti, min 0.5 µL (manje, ukoliko je potpuno čista) • Gasovi, min 50 ppb
VREME Spektar se dobija za 1-10 minuta u zavisnosti od vrste instrumenta i zahtevane . Većina uzoraka se priprema za 1-5 minuta!
Instrument • Instrumenti sa duplim zrakom i optičkom nulom (Optical-null double-beam instruments) pomoću sistema ogledala • ...zrak uzorka i referentni zrak • chopper • difrakciona rešetka
• Dobijeni spektar predstavlja zavisnost intenziteta zračenja od talasne dužine
IR detektori
• Golay detektor – gas se širi pod dejstv toplote dovodi do pomeranja fleksibilnih ogledala pa se meri fotostruja izvora vidljive svetlosti (optoakustični detekt Flexible mirror IR beam
GAS
Vis sour
Disperzioni Spektrometar • Nekoliko minuta. • detektor prima samo nekoliko % iz početnog izvora svetlosti
FTIR • Nekoliko sekundi . • detektor prima do 50% iz početnog izvora svetlosti
Infracrvena spektroskopija sa Furieovim transformacijama Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) • Primenjuje se interferometar
• Interferometar je instrument koji primenjuje tehniku interferencije dva ili više talasa u cilju detekcije razlika između njih. ### Interferencija je pojava superpozicije (sabiranja, slaganja) talasa koji se susretnu u jednoj tački u prostoru.
h t g n e r t s e l g n i S
Fourier transform SB
Optical path difference[x]
Osa / vreme
4000
Wavenumber[cm-1]
talasna dužina
400
• • • • •
Koristi interferometar Analizira sve talasne dužine istovremeno Bolja rezolucija, veća osetljivost Potrebna manja energija izvora Kompletno skeniranje završeno za 1-2 sekunde
srce FTIR
Ogledala se pomeraju konstantnom brzinom Cepa jedan zrak na dva, različitih dužina , pa ih rekombinuje. Detektor meri promenu intenziteta izlaznog zraka u funkciji razlike u putevima.
Interferometer
Modulated IR Beam
Interferogram
IR Spectrum
Fourier Transformation
• Mehanički –jednostavna • Brza, osetljiva, tačna • Interna kalibracija, HeNe laser je interni standard za kalibraciju / ne treba da se vrši kalibracija od strane instrumentatora
• IR ne može sam da se primeni za određivanje strukture • Neki signali mogu da budu nejasni • Obično se vrši indikacija prisustva f nk i nalnih r a • Odsustvo signala je siguran dokaz da neka funkcionalna grupa nije prisutna. • Poređenje sa IR spektrom standarda potvrđuje identitet jedinjenja.
HF
H2O
NO2 CH4 C3H8
CO, N2O NO HCl HCHO
CO2, NH3, C2H4
Component
Gas
Standard analysis area
Water vapor
H2O
3200 – 3401
NH3
Carbon dioxide
CO2
926 – 1150
H2O, N2O, SO2, NH3, C2H4
Carbon monoxide
CO
2000 – 2200, 2540 – 2590
H2O, CO2, N2O
Nitrous oxide
N2O
2000 – 2222, 2540 – 2590
H2O, CO2, CO
Nitrogen monoxide
NO
1875 – 2138
H2O, CO2, CO, N2O
Nitrogen dioxide
NO2
2700 – 2950
H2O, HCl, CH4, C2H4, C3H8, HCHO, N2O
Sulfur dioxide
SO
1200 – 1366
H O N O NH CH C H
Ammonia
NH3
910 – 1150
H2O, CO2, N2O, SO2, C2H4
Hydrogen chloride
HCl
2617 – 2880
H2O, NO2, CH4, C2H4, C3H8, HCHO, N2O
Methane
CH4
2700 – 3200
H2O, HCl, NO2, C2H4, C3H8, HCHO, N2O
Hydrogen fluoride
HF
3200 – 3400, 4020 – 4200
Propane
C3H8
2600 – 3200
H2O, HCl, NO2, CH4, C2H4, HCHO, N2O
Ethylene
C2H4
910 – 1150
H2O, CO2, N2O, SO2, NH3
HCHO
2550 – 2850
H2O, CO2, NO2, HCl, C2H4, CH4, C3H8
Formaldehyde
Interferents
H2O, NH3
Kvantitativna analiza
Kvantitativne IR apsorpcione metode su nešto drugačije u odnosu na UV/VIS zbog mnogo ve će složenosti spektra, dobijanja veoma oštrih apsorpcionih traka i samih ograni čenja instrumentacije. Kvantitativni podaci dobijeni ovom metodom su za nijansu lošijeg kvaliteta u pore đenju sa onim dobijenim UV/VIS spektrofotometrijom.
