PRACOWNIA APARATUROWA Chemia I rok II stopień 2018/19 ZASTOSOWANIE SPEKTROSKOPII FT-IR W ANALIZIE JAKOŚCIOWEJ I ILOŚCIOWEJ

Podobne dokumenty
Spektroskopia molekularna. Spektroskopia w podczerwieni

PRODUKTY CHEMICZNE Ćwiczenie nr 3 Oznaczanie zawartości oksygenatów w paliwach metodą FTIR

Jak analizować widmo IR?

Podczerwień bliska: cm -1 (0,7-2,5 µm) Podczerwień właściwa: cm -1 (2,5-14,3 µm) Podczerwień daleka: cm -1 (14,3-50 µm)

Ćwiczenie 2 Przejawy wiązań wodorowych w spektroskopii IR i NMR

Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni w jakościowej i ilościowej analizie organicznej

Ćwiczenie 3 Pomiar równowagi keto-enolowej metodą spektroskopii IR i NMR

Spektroskopia. Spotkanie pierwsze. Prowadzący: Dr Barbara Gil

Jan Drzymała ANALIZA INSTRUMENTALNA SPEKTROSKOPIA W ŚWIETLE WIDZIALNYM I PODCZERWONYM

PODSTAWY METODY SPEKTROSKOPI W PODCZERWIENI ABSORPCJA, EMISJA

IR II. 12. Oznaczanie chloroformu w tetrachloroetylenie metodą spektrofotometrii w podczerwieni

Optyczna spektroskopia oscylacyjna. w badaniach powierzchni

Widma w podczerwieni (IR)

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

spektroskopia IR i Ramana

Metody spektroskopowe:

Spektroskopia molekularna. Ćwiczenie nr 1. Widma absorpcyjne błękitu tymolowego

m 1, m 2 - masy atomów tworzących wiązanie. Im

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni w analizie jakościowej i ilościowej. dr Alina Dubis Zakład Chemii Produktów Naturalnych Instytut Chemii UwB

Spektrometria w bliskiej podczerwieni - zastosowanie w cukrownictwie. Radosław Gruska Politechnika Łódzka Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Kilka wskazówek ułatwiających analizę widm w podczerwieni

Stałe siłowe. Spektroskopia w podczerwieni. Spektrofotometria w podczerwieni otrzymywanie widm

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI

Spis treści. Wstęp. Twardość wody

KARTA PRACY DO ZADANIA 1. Pomiar widma aminokwasu na spektrometrze FTIR, model 6700.

PRACOWNIA PODSTAW SPEKTROSKOPII MOLEKULARNEJ

Spektroskopia w podczerwieni

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

Ćwiczenie 3 Pomiar równowagi keto-enolowej metodami spektroskopii IR i NMR

Analiza Organiczna. Jan Kowalski grupa B dwójka 7(A) Własności fizykochemiczne badanego związku. Zmierzona temperatura topnienia (1)

Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Chemii Krzemianów i Związków Wielkocząsteczkowych

Opracował dr inż. Tadeusz Janiak

Ćwiczenie 3 ANALIZA JAKOŚCIOWA PALIW ZA POMOCĄ SPEKTROFOTOMETRII FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Zastosowanie spektroskopii UV/VIS do określania struktury związków organicznych

Badania optyczne monokryształów podwójnej soli siarczanu dwuglicyny i siarczanu amonu

SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

FIZYKOCHEMICZNE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz

Ćwiczenie 31. Zagadnienia: spektroskopia absorpcyjna, prawa absorpcji, budowa i działanie. Wstęp

Atomowa spektrometria absorpcyjna i emisyjna

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

SPEKTROSKOPIA MOLEKULARNA 2015/16 nazwa przedmiotu SYLABUS A. Informacje ogólne

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Spektrofotometryczne oznaczanie stężenia jonów żelaza(iii) opiekun mgr K. Łudzik

Ćwiczenie 30. Zagadnienia: spektroskopia absorpcyjna w zakresie UV-VIS, prawa absorpcji, budowa i. Wstęp

Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności acetonu

POTWIERDZANIE TOŻSAMOSCI PRZY ZASTOSOWANIU RÓŻNYCH TECHNIK ANALITYCZNYCH

Sylabus - Identyfikacja Związków Organicznych

Kryteria oceniania z chemii kl VII

Techniki analityczne. Podział technik analitycznych. Metody spektroskopowe. Spektroskopia elektronowa

SPEKTROSKOPIA NMR. No. 0

WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab.

IR I 11. IDENTYFIKACJA GRUP FUNKCYJNYCH W WIDMACH IR

Ćwiczenie 1. Zagadnienia: spektroskopia absorpcyjna, prawa absorpcji, budowa i działanie. Wstęp. Część teoretyczna.

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

X Konkurs Chemii Nieorganicznej i Ogólnej rok szkolny 2011/12

ANALIZA INSTRUMENTALNA

Fizykochemiczne metody w kryminalistyce. Wykład 7

Oznaczanie żelaza i miedzi metodą miareczkowania spektrofotometrycznego

Zasady zapisywania wzorów krzemianów

1. PRZYGOTOWANIE ROZTWORÓW KOMPLEKSUJĄCYCH

Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW

Ćwiczenie 5. Spektroskopia w podczerwieni w badaniu struktury biomakromolekuł

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

METODY PRZYGOTOWANIA PRÓBEK DO POMIARU STOSUNKÓW IZOTOPOWYCH PIERWIASTKÓW LEKKICH. Spektrometry IRMS akceptują tylko próbki w postaci gazowej!

Reflekcyjno-absorpcyjna spektroskopia w podczerwieni RAIRS (IRRAS) Reflection-Absorption InfraRed Spectroscopy

Instrukcja do ćwiczeń

SZCZEGÓŁOWE KRYTERIA OCENIANIA Z CHEMII DLA KLASY II GIMNAZJUM Nauczyciel Katarzyna Kurczab

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

dr inż. Beata Brożek-Pluska SERS La boratorium La serowej

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

Wymagania przedmiotowe do podstawy programowej - chemia klasa 7

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2011/2012 eliminacje rejonowe

Główne zagadnienia: - mol, stechiometria reakcji, pisanie równań reakcji w sposób jonowy - stężenia, przygotowywanie roztworów - ph - reakcje redoks

Zagadnienia z chemii na egzamin wstępny kierunek Technik Farmaceutyczny Szkoła Policealna im. J. Romanowskiej

Piotr Chojnacki 1. Cel: Celem ćwiczenia jest wykrycie jonu Cl -- za pomocą reakcji charakterystycznych.

I. Substancje i ich przemiany

WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI p-nitrofenolu METODĄ SPEKTROFOTOMETRII ABSORPCYJNEJ

ANALIZA SPEKTRALNA I POMIARY SPEKTROFOTOMETRYCZNE. Instrukcja wykonawcza

SPEKTROSKOPIA RAMANA. Laboratorium Laserowej Spektroskopii Molekularnej PŁ

OZNACZANIE STĘŻENIA BARWNIKÓW W WODZIE METODĄ UV-VIS

STABILNOŚĆ TERMICZNA SPOIW POLIAKRYLANOWYCH NA PRZYKŁADZIE SOLI SODOWEJ KOPOLIMERU KWAS MALEINOWY-KWAS AKRYLOWY


g % ,3%

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA POZIOM ROZSZERZONY

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

EWA PIĘTA. Streszczenie pracy doktorskiej

Ćw. 10 Techniki spektroskopii w podczerwieni w analizie ciał stałych

XIII Konkurs Chemiczny dla Uczniów Szkół Średnich Etap II rozwiązania zadań

b) Podaj liczbę moli chloru cząsteczkowego, która całkowicie przereaguje z jednym molem glinu.

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

XXIII KONKURS CHEMICZNY DLA GIMNAZJALISTÓW ROK SZKOLNY 2015/2016

Jednostki Ukadu SI. Jednostki uzupełniające używane w układzie SI Kąt płaski radian rad Kąt bryłowy steradian sr

Zastosowanie spektroskopii UV/VIS w określaniu struktury związków organicznych Małgorzata Krasodomska

Nowe możliwości zastosowania kruszyw węglanowych w drogowych nawierzchniach z betonu cementowego oraz w betonach konstrukcyjnych

Transkrypt:

PRACOWNIA APARATUROWA Chemia I rok II stopień 2018/19 ZASTOSOWANIE SPEKTROSKOPII FT-IR W ANALIZIE JAKOŚCIOWEJ I ILOŚCIOWEJ W trakcie zajęć realizowane będą dwa ćwiczenia Ćwiczenie 1 Analiza jakościowa widm w podczerwieni związków organicznych Identyfikacja grup funkcyjnych oraz określanie wybranych elementów struktury. Ćwiczenie 2 Analiza jakościowa widm IR pochodnych benzenu podstawionych w różny sposób: toluenu, o-ksylenu, p-ksylenu, m-ksylenu, i 1,2,4-trimetylobenzenu Sposób podstawienia pierścienia benzenowego można określić na podstawie intensywnych pasm absorpcji w zakresie 950-650 cm -1, pochodzących od niepłaskich drgań deformacyjnych wiązań C-H w pierścieniu aromatycznym, których liczba i położenie zależy od liczby sąsiadujących ze sobą atomów wodoru. Rozmieszczenie podstawników można również określić na podstawie pasm nadtonów w zakresie 2000-1650 cm -1 Zidentyfikuj widma IR oznaczone odpowiednio: A, B, C, D, E. Ćwiczenie 3 Ilościowe oznaczanie zawartości m-ksylenu w p-ksylenie metodą spektroskopii FT-IR Analiza ilościowa za pomocą spektroskopii w podczerwieni jest szczególnie użyteczna w przypadku oznaczania obok siebie związków o podobnych właściwościach chemicznych a różniących się położeniem niektórych pasm w widmie np. izomerów. Podstawowym prawem stosowanym w analizie ilościowej jest prawo Lamberta-Beera A = log I/I0 = cl A -absorbancja próbki Io -natężenie promieniowania padającego na próbkę

I -natężenie promieniowania przechodzącego przez próbkę c -stężenie analizowanej substancji w mol/dm 3 - molowy współczynnik ekstynkcji l -długość drogi optycznej Przed przystąpieniem do wykonania oznaczenia ilościowego konieczne jest poznanie składu jakościowego próbki. Rejestruje się widma poszczególnych składników mieszaniny. Na podstawie tych widm dokonuje się wyboru pasma analitycznego. Najważniejszym kryterium wyboru jest to, aby pasmo pochodziło wyłącznie od absorpcji oznaczanego składnika zaś pozostałe składniki nie absorbowały w tym zakresie widma. Następnie przygotowuje się serię roztworów (od 4 do 5) o znanym stężeniu oznaczanego składnika, rejestruje się widma w zakresie pasma analitycznego i wykreśla się krzywą wzorcową, czyli zależność absorbancji od stężenia. Jeżeli widmo rejestrowane jest w skali transmitancji to należy transmitancję przeliczyć na absorbancję (A=log, 1/T). Jeżeli spełnione jest prawo Lamberta-Beera to wykres powinien być prostoliniowy. Na podstawie krzywej wzorcowej określa się stężenie oznaczanej próbki. ĆWICZENIE 4 Oznaczanie jakościowe węglanu wapnia i kwarcu metodą FT-IR w próbkach materiałów budowlanych Spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni, która od początku bieżącego stulecia znajduje zastosowanie w różnych gałęziach chemii, jako metoda analizy strukturalnej w latach pięćdziesiątych XX wieku zdobyła ważną pozycję także wśród metod stosowanych do badania minerałów i skał oraz do badań w dziedzinie katalizy i adsorpcji. Silną absorpcję wykazuje wiele jonów złożonych np. aniony węglanowe, siarczanowe, amoniowe, wiązanie Si-O etc., dzięki czemu metoda spektroskopii IR umożliwia oznaczanie niskich stężeń (ok 1% wag) powyższych jonów. Widma IR złożonych anionów tlenowych i tlenków wykazują obecność pasm absorpcyjnych w zakresie 1100 600 cm -1. Widma rodanków i cyjanków wykazują specyficzną absorpcję w zakresie 2200-2000 cm-1. Pomiary widm IR mogą być również pomocne przy ocenie wartościowości i liczby koordynacyjnej jonów. Wzrost liczby koordynacyjnej jonu powoduje przesunięcie pasma absorpcyjnego w kierunku mniejszych liczb falowych, natomiast wzrost ładunku jonu przy zachowaniu niezmiennej liczby koordynacyjnej powoduje przesunięcie pasma w kierunku większych liczb falowych. Badania mineralogiczne należą do najważniejszych dziedzin zastosowań spektroskopii IR. Zaletą techniki IR jest w możliwość wykonania analizy z bardzo małych 1-2 mg próbek. Widma umożliwiają identyfikację nie tylko głównego składnika, ale również domieszek wody, węglanów, krzemianów i innych jonów złożonych. Związki występujące w formie uwodnionej mogą zwierać wodę adsorpcyjna, hydratacyjną oraz konstytucyjną, (czyli związaną w postaci grup OH).

Widmo absorpcyjne wody w stanie ciekłym zawiera pasmo ok. 1630 cm -1 związane z drganiami deformacyjnymi O-H oraz pasmo 3450cm -1 związane z drganiami deformacyjnymi O-H. W widmach związków uwodnionych obserwuje się pasma pochodzące od wody hydratacyjnej w zakresie 1650-1600 cm -1 oraz 3800-3000 cm -1. Pasma grup OH izolowanych znajdują się ok. 3800-3700 cm- 1, pasma zaasocjowanych grup O-H poniżej 3700 cm -1. PREPARATYKA Preparaty minerałów i skał do badań spektroskopowych w podczerwieni sporządza się najczęściej metodą proszkową. W metodzie tej próbkę rozdrabnia się w moździerzu agatowym tak, aby wielkość ziarna nie przekraczała 2 m tj. była mniejsza od najmniejszej długości fali rejestrowanego promieniowania (w celu zmniejszenia efektu rozpraszania energii promienistej). Preparaty proszkowe sporządza się jednym z następujących sposobów: 1. Technika błonkowa Technika ta polega na osadzaniu cienkich warstewek sproszkowanego minerału na powierzchni płytek wykonanych z NaCl lub KBr. W tym celu sporządza się zawiesinę badanej próbki w lotnej, dyspergującej cieczy, niepowodującej korozji płytek np. (alkohol izopropylowy, izoamylowy, aceton). Kroplę takiej zawiesiny rozprowadza się na powierzchni płytki i pozostawia do odparowania cieczy. W technice tej duże straty energii promienistej powodują rozpraszanie światła, zwłaszcza w zakresie krótkofalowym (powyżej 2000 cm -1 ). Aby zmniejszyć ten efekt należy sproszkowany minerał zawiesić w ciekłym lub stałym ośrodku o wyższym od powietrza współczynniku załamania światła. 2. Technika pasty Technika polega na sporządzeniu zawiesiny w ciekłym środowisku zawieszającym. Najczęściej stosuje się olej parafinowy (nujol) lub heksachlorobutadien. Pastę rozprowadza się w formie cienkiej warstewki miedzy dwiema płytkami wykonanymi z NaCl lub KBr. Zaletą tej metody jest duża szybkość sporządzania preparatu, wadą własne pasma absorpcji środowiska zawieszającego, które maskują pasma badanej substancji w zakresie niektórych liczb falowych. 3. Technika pastylkowa Omówione trudności można ominąć stosując preparatykę polegającą na sporządzaniu pastylek z odważonej ilości badanej substancji (ok. 1 % wag.) i KBr. Pastylki wykonuje się w specjalnej prasce. Technika pastylkowa jest nieco bardziej pracochłonna niż omówione wcześniej metody a ponadto higroskopijne własności KBr utrudniają analizę widm minerałów, zwłaszcza uwodnionych. WYKONANIE OZNACZENIA Odważyć ok. 1 mg badanego minerału oraz 60-80 mg suchego KBr. Minerał sproszkować w tygielku agatowym dodając w trakcie ucierania KBr. Dobrze

sproszkowaną mieszaninę umieścić w prasce i pozostawić pod naciskiem przez okres 1 minuty. Wyjąć pastylkę i zarejestrować widmo w podczerwieni w zakresie 4000-400 cm-1. Zinterpretować otrzymane rezultaty. Interpretacja otrzymanych wyników. Węglany Minerały węglanowe zawierają aniony CO3 2-, w których atomy są związane kowalencyjnie. Aniony te zachowują się w większości węglanów jak mało zależne od otoczenia wibratory, których drgania wywierają zasadniczy wpływ na widma absorpcyjne tych minerałów. Pasma absorpcyjne odpowiadające drganiom wewnątrzcząsteczkowym anionów CO3 2- przypadają na podstawowy zakres podczerwieni, natomiast drgania sieciowe dają pasma absorpcyjne w zakresie dalekiej podczerwieni. Swobodny jon CO3 2- jest płaski i wykazuje cztery drgania wewnątrzcząsteczkowe: 1 symetryczne rozciągające 1064 cm -1 2 symetryczne rozciągające 879 cm -1 3 symetryczne rozciągające 1415 cm -1 4 symetryczne rozciągające 680 cm -1. Drgania 2, 3 oraz 4 są aktywne w podczerwieni, natomiast 1, 3 oraz wykazują aktywność ramanowską. Do identyfikacji węglanów szczególnie przydatne jest ostre pasmo 4, które wyraźnie zmienia swoje położenie wraz ze zmianą kationu. Np. CaCO3 (kalcyt) - 712 cm -1 MnCO3 (rodochrozyt) - 727cm -1 FeCO3 (syderyt) - 737 cm -1 ZnCO3 (smitsonit) - 712 cm -1 MgCO3 (magnezyt) - 748cm -1 Widma węglanów uwodnionych lub złożonych wzbogacone są przez pasma absorpcji pochodzące od grup OH -, H2O, SO4 2- i innych. Dalsza komplikacja widm może wynikać z zaangażowania atomów tlenu grup, CO3 2- w silne wiązania wodorowe, co powoduje ich znaczne odchylenie od modelu izolowanego anionu. Zjawisko to można zaobserwować w przypadku kwaśnych węglanów oraz uwodnionych węglanów magnezu. Kwarc i jego odmiany Kwarc i jego odmiany polimorficzne są formalnie tlenkami, jednak ze względu na swoją budowę wewnętrzną i charakter widm absorpcyjnych zaliczamy je do krzemianów szkieletowych. Najsilniejsze pasma absorpcyjne krzemianów szkieletowych leżą zwykle w zakresie liczb falowych 950-1200cm -1 (antysymetryczne drgania rozciągające Si-O-Si i Si-O- Al) oraz 400-550 cm -1 (drgania zginające O-Si-O). W rejonie 600-800 cm -1 występują pasma odpowiadające symetrycznym drganiom rozciągającym Si-O-Si oraz Si-O-Al. Widma absorpcyjne polimorficznych odmian kwarcu SiO2 wykazują znaczne podobieństwo. Najsilniejsze pasma kwarcu przypadają na liczby falowe 1172, 1150, 1084, 798, 780, 697, 512, 462 cm -1.

Tabela 1. Częstości drgań jonów typu MO4 - [cm -1 ] Jon 1 2 3 4 [PO4 ] 3-938 420 1017 567 [CrO4 ] 2-846 349 890 378 [MnO4 ]- 834 346 902 386 Tabela 2. Częstości drgań jonów o strukturze piramidalnej typu XO3 oraz cząsteczek typu XH3 [cm -1 ] Jon 1 2 3 4 [SO3 ]2- (roztw.) 967 620 933 469 [BrO3 ]- (c.st.) 810 428 790 361 NH3 (gaz) 3335 932 3414 1628 PH3 (gaz) 2327 990 2421 1121 Tabela 3. Częstości drgań jonów o strukturze płaskiej typu XO3 w ciele stałym [cm -1 ] Jon 1 2 3 4 H3[BO3] 1060 668,0648 1490-1428 545 Ca[CO3] kalcyt 879 1429-1492 706 Ca[CO3] 1080 866 1504,1492 711,706 aragonit K[NO3] 828 1370 695

WYMAGANIA Zastosowanie spektroskopii FT-IR w analizie jakościowej i ilościowej Ćwiczenia: określanie charakteru związku chemicznego na podstawie widm IR analiza jakościowa widm IR pochodnych benzenu podstawionych w różny sposób analiza ilościowa - oznaczanie zawartości m-ksylenu w p-ksylenie za pomocą spektroskopii w podczerwieni oznaczanie jakościowe węglanu wapnia i kwarcu metodą FTIR w próbkach materiałów budowlanych Zakres wymagań: Natura promieniowania elektromagnetycznego. Formy energii molekuł. Oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z drgającymi molekułami. Oscylator harmoniczny i anharmoniczny: energia potencjalna i częstość drgań. Częstości grupowe i ich wykorzystanie w analizie strukturalnej molekuł. Budowa i zasada działania spektrometrów IR dyspersyjnych i fourierowskich. Analiza ilościowa w podczerwieni. Metody przygotowania próbek do analizy. Literatura: Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych - praca zbiorowa pod redakcją W. Zielińskiego Z. Kęcki - Podstawy spektroskopii molekularnej N. Alpert, W. Keiser, H. Szymański - Spektroskopia w podczerwieni - teoria i praktyka R. Silverstein - Spectrometric identification of organic compounds UWAGA: Przed przystąpieniem do ćwiczeń obowiązuje zaliczenie materiału objętego zakresem wymagań. Osoby nieprzygotowane nie zostaną dopuszczone do wykonywania ćwiczeń!