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



Podobne dokumenty
Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni w jakościowej i ilościowej analizie organicznej

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

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)

Spektroskopia w podczerwieni

Spektroskopia molekularna. Spektroskopia w podczerwieni

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

Jak analizować widmo IR?

spektroskopia IR i Ramana

Spektroskopia. Spotkanie pierwsze. Prowadzący: Dr Barbara Gil

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

PODSTAWY METODY SPEKTROSKOPI W PODCZERWIENI ABSORPCJA, EMISJA

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

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

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

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

Kilka wskazówek ułatwiających analizę widm w podczerwieni

Fizykochemiczne metody w kryminalistyce. Wykład 7

Widma w podczerwieni (IR)

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

Optyczna spektroskopia oscylacyjna. w badaniach powierzchni

SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI

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

SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI

Wykład 5 Widmo rotacyjne dwuatomowego rotatora sztywnego

SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI - MOŻLIWOŚCI I ZASTOSOWANIA

Spektroskopia w podczerwieni

NOWOCZESNE TECHNIKI BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Beata Grabowska, pok. 84A, Ip

Promieniowanie podczerwone (ang. infrared IR) obejmuje zakres promieniowania elektromagnetycznego pomiędzy promieniowaniem widzialnym a mikrofalowym.

Jan Drzymała ANALIZA INSTRUMENTALNA SPEKTROSKOPIA W ŚWIETLE WIDZIALNYM I PODCZERWONYM

Ćwiczenie 2 Przejawy wiązań wodorowych w spektroskopii IR i NMR

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

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

Ćw. 10 Techniki spektroskopii w podczerwieni w analizie ciał stałych

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

Rozmycie pasma spektralnego

FIZYKOCHEMICZNE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz

Metody spektroskopowe w identyfikacji związków organicznych. Barbara Guzowska-Świder Zakład Informatyki Chemicznej, PRz

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

Automatyczne sterowanie gotowaniem cukrzycy z zastosowaniem pomiaru masy kryształów metodą spektrometrii w bliskiej podczerwieni

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

Materiał obowiązujący do ćwiczeń z analizy instrumentalnej II rok OAM

Ćwiczenie 5. Spektroskopia w podczerwieni w badaniu struktury biomakromolekuł

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

Spektroskopia UV-VIS zagadnienia

METODY SPEKTRALNE. dr hab. Włodzimierz Gałęzowski Wydział Chemii UAM Zakład Chemii Ogólnej (61)

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

IDENTYFIKACJA JAKOŚCIOWA NIEZNANEGO ZWIĄZKU ORGANICZNEGO

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

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

PROBLEMATYKA: Techniki zbierania widm w analizie ciał stałych. Analiza jakościowa i ilościowa na podstawie widm FT-IR

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

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

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

ZAAWANSOWANE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz. Instytut Chemii Organicznej PAN ul. Kasprzaka 44/52, Warszawa

Informacje uzyskiwane dzięki spektrometrii mas

spektroskopia UV Vis (cz. 2)

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

Zakres wymagań przedmiotu Analiza instrumentalna

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

SPEKTROSKOPIA RAMANA. Laboratorium Laserowej Spektroskopii Molekularnej PŁ

ZAAWANSOWANE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH

Spektroskopia ramanowska w badaniach powierzchni

Badania nad schorzeniami neurodegeneracyjnymi przy wykorzystaniu wybranych metod spektroskopowych

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

Spektroskopia molekularna. Ćwiczenie nr 1. Widma absorpcyjne błękitu tymolowego

PRACOWNIA PODSTAW SPEKTROSKOPII MOLEKULARNEJ

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego - wprowadzenie

Atomowa spektrometria absorpcyjna i emisyjna

Metody badań spektroskopowych

JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

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

Metody badania kosmosu

SPEKTROFOTOMETRIA UV-Vis. - długość fali [nm, m], - częstość drgań [Hz; 1 Hz = 1 cykl/s]

Zjawisko interferencji fal

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Optyka. Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła

DWUPASMOWY DZIELNIK WIĄZKI PROMIENIOWANIA OPTYCZNEGO

SKUTECZNOŚĆ IZOLACJI JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Zastosowanie spektroskopii UV/VIS do określania struktury związków organicznych

Przewaga klasycznego spektrometru Ramana czyli siatkowego, dyspersyjnego nad przystawką ramanowską FT-Raman

SPEKTROSKOPIA NMR. No. 0

Wykład 18: Elementy fizyki współczesnej -1

Metody spektroskopowe:

Analiza instrumentalna Wykład nr 3

Fale elektromagnetyczne w medycynie i technice

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

Zad Sprawdzić, czy dana funkcja jest funkcją własną danego operatora. Jeśli tak, znaleźć wartość własną funkcji.

Sprawozdanie z badania potwierdzających tożsamość substancji Oliwa Ozonowana

PRACOWNIA CHEMII. Równowaga chemiczna (Fiz2)

Magnetyczny rezonans jądrowy

Badanie dynamiki rekombinacji ekscytonów w zawiesinach półprzewodnikowych kropek kwantowych PbS

ĆWICZENIE NR 3 POMIARY SPEKTROFOTOMETRYCZNE

Badania optyczne monokryształów podwójnej soli siarczanu dwuglicyny i siarczanu amonu

Diagnostyka plazmy - spektroskopia molekularna. Ewa Pawelec wykład dla pracowni specjalistycznej

ZAAWANSOWANE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz

WYKORZYSTANIE SPEKTROSKOPII W PODCZERWIENI DO IDENTYFIKACJI WYROBÓW BUDOWLANYCH

Metody chemiczne w analizie biogeochemicznej środowiska. (Materiał pomocniczy do zajęć laboratoryjnych)

Techniczne podstawy promienników

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Transkrypt:

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

Tematyka Spektroskopia - podział i zastosowanie Promieniowanie elektromagnetyczne Oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z drgającymi molekułami Częstości grupowe Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni Budowa i zasada działania spektrometrów do podczerwieni: - klasycznych - fourierowskich

Odkrywca podczerwieni Sir Frederick William Herschel stwierdził w 1800 r., że istnieje promieniowanie poza widzialnym obszarem. To promieniowanie cieplne nazwano później promieniowaniem podczerwony (prefix infra oznacza pod ). Eksperyment Herschel a był ważny nie tylko dlatego, że doprowadził do odkrycia promieniowania IR, ale również dlatego, że po raz pierwszy zauważono istnienie formy światła niewidzialnego dla ludzkiego oka.

Widmo promieniowania elektromagnetycznego - 780 nm 1 mm 0.7 5 m bliska podczerwień (NIR) 5 30 m średnia podczerwień (MIR) 30 1000 m daleka podczerwień (FAR)

Promieniowanie podczerwone jest stosowane w: Noktowizji Pomiarze odległości (dalmierze) Przekaz danych w światłowodzie IrDA przekaz danych w powietrzu Promienniki podczerwone (sauny) Fotografowanie niewidocznego

Wielkości charakteryzujące promieniowanie elektromagnetyczne Właściwości falowe Prędkość w próżni Okres drgań c=3x10 8 m/s T [s] Częstotliwość drgań [Hz] Długość fali Liczba falowa [cm -1 ] =c/ = c/ = c Właściwości korpuskularne Energia promieniowania E= h Związek między falowym a korpuskularnym opisem promieniowania E=h = hc/ - h=6.62x10-34 [Js] -

Wielkości opisujące zjawisko absorpcji Intensywność wiązki padającej I 0 przechodzącej I Absorbancja A=logI 0 /I Transmitancja T= I/I 0 x100% A=log1/T Prawo Lamberta-Beera A= cl

Jak promieniowanie elektromagnetyczne oddziałuje z materią Całkowita energia cząsteczki jest rozdzielona pomiędzy różne rodzaje energii. Rodzaje energii są powiązane z różnymi formami ruchu cząsteczki: Translacyjna Rotacyjna Oscylacyjna Elektronowa Promieniowanie radiowe powoduje zmianę orientacji magnetycznej jąder (Spektrometria NMR) Promieniowanie mikrofalowe powoduje wzbudzenie rotacji (Spektroskopia mikrofalowa) Promieniowanie podczerwone wzbudza oscylacje atomów (Spektroskopia IR) Promieniowanie widzialne i ultrafioletowe przejścia między poziomami elektronowymi powłoki walencyjnej (Spektroskopia UV-VIS)

Spektroskopia oscylacyjna

Rodzaje drgań Drgania rozciągające Drgania deformacyjne W płaszczyźnie Kołyszące Nożycowe Poza płaszczyzną Wachlarzowe Skręcające

Drgania oscylacyjne cząsteczki wody Cząsteczka nieliniowa posiada 3N-6 (3x3-6) oscylacyjnych stopni swobody O-H drganie rozciągające asymetryczne O-H drganie rozciągające symetryczne O-H drganie deformacyjne

Podział zakresu średniej podczerwieni 4000 400 cm -1 4000-2500 cm -1 drgania rozciągające wiązań pojedynczych pomiędzy atomami znacznie różniącymi się masą np. C-H, O-H, N-H, S-H 2500-2000 cm -1 drgania rozciągające wiązań potrójnych C C, C N 2000-1500 cm -1 drgania rozciągające wiązań podwójnych C=C, C=N, N=N, N=O 1500-1000 cm -1 obszar daktyloskopowy Drgania rozciągające wiązań pojedynczych atomów o zbliżonych masach: C-C, C-N, C-O Drgania deformacyjne różnych wiązań Drgania szkieletowe cząsteczki 1000-600 cm -1 drgania deformacyjne poza płaszczyzną wiązań C-H w układach aromatycznych i alkenylowych

Rodzaje drgań w zakresie średniej podczerwieni Długość fali Drgania rozciągające Drgania deformacyjne Liczba falowa

W jakim obszarze absorbują grupy funkcyjne? Liczby falowe Grupy funkcyjne Obszar daktyloskopowy

Charakterystyczne częstości grupowe Grupa/drganie / cm -1 Intensywność O-H rozciągające 3590-3650 s =C-H rozciągające 3000-3100 w >C-H rozciągające 2850-2970 w C=O rozciągające 1680-1780 vvs C=C rozciągające 1620-1680 w >CH 2 nożycowe 1460 m C-CH 3 symetrycznec-h deform. 1375 w C-O (ester) rozciągające 1150-1300 vs -CH=CH 2 deformacyjne poza płaszczyzną 985-995 i 905-915 -CH=CH- (trans) poza płaszczyzną 960-970 m >C=CH- poza płaszczyzną 790-840 m -(CH 2 ) x - (x > 4) poza płaszczyzną 720 m v m m

Widmo formaldehydu H 2 C=O w fazie gazowej Cząsteczka nieliniowa posiada 3N-6 oscylacyjnych stopni swobody czyli 3x4-6 = 6 wachlarzowe rozciągające nożycowe kołyszące rozciągające rozciągające

Krok pierwszy: Analiza widma IR W obszarze 1820-1660 cm -1 poszukujemy pasma karbonylowego. Jest to zazwyczaj najbardziej intensywne pasmo w widmie. Jeżeli takie pasmo zostało znalezione poszukujemy innych pasm związanych z grupami funkcyjnymi zawierającymi wiązanie C=O Liczba falowa (cm (cm -1 ) -1 )

Krok drugi: Analiza widm IR Jeżeli stwierdziliśmy obecność grupy karbonylowej wówczas określamy czy jest ona składnikiem kwasu, estru, aldehydu bądź ketonu

Kwasy szeroka absorpcja O-H 3300-2500 cm -1 pasmo drgań rozciągających C-O o średniej intensywności 1100-1300 cm -1 C=O 1725-1700 cm -1

Estry pasmo drgań rozciągających C-O o średniej intensywności 1100-1300 cm -1 C=O 1745-1720 cm -1

Aldehydy dwa słabe pasma C-H ok. 2850 i 2750 cm -1 C=O 1740-1720 cm -1

Ketony C=O 1725-1705 cm -1

Krok trzeci Analiza widm IR Jeżeli w widmie nieobecne jest pasmo karbonylowe wówczas poszukujemy pasma O-H alkoholu w obszarze 3300-2600 cm -1 oraz pasma C-O w obszarze 1300-1100 cm -1

Krok czwarty Analiza widm IR Jeżeli C=O i O-H są nieobecne, poszukujemy wiązań wielokrotnych C-H powyżej 3000 cm -1 C=C 1650-1450 cm -1

Krok piąty Analiza widm IR brak grup funkcyjnych świadczy o obecności alkanu lub halogenopochodnej

Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni w zakresie średniej podczerwieni 4000-400 cm -1 Identyfikacja substancji o znanej strukturze Określanie struktury cząsteczki na podstawie tabeli częstości grupowych Określanie czystości związków Kontrola przebiegu reakcji Analiza ilościowa Badanie oddziaływań międzycząsteczkowych

Podczerwień bliska NIR 0.7 5 m Pasma absorpcyjne pochodzą od podstawowych drgań oscylacyjnych dających nadtony i pasma kombinacyjne. W tym regionie występują nadtony drgań rozciągających wiązań: OH np. w wodzie (trzy pasma o różnej intensywności pozwalają na pomiary wilgotności w zakresie 1-90%) NH - organiczny azot ( amidy) CH oleje Zastosowanie: badanie zawartości wilgoci w mące, skrobi, mleku w proszku, kawie rozpuszczalnej, chipsach analiza widma światła odbitego lub emitowanego przez planety

Podczerwień daleka FAR poniżej 200 cm -1 30 1000 m W tym obszarze zachodzi absorpcja spowodowana przejściami pomiędzy różnymi poziomami rotacyjnymi w cząsteczce Zastosowanie: badanie rezonansu sieci kryształów badanie drgań o niskiej częstotliwości całych zrębów molekularnych białek oraz fragmentów łańcuchów aminokwasowych lub też całych molekuł względem siebie

Zastosowanie spektroskopii IR w analizie związków nieorganicznych KNO 2 sieć krystaliczna składa się z kationów K + i anionów NO 2 - Można założyć, że drgania jonów są niezależne od siebie W widmie IR będziemy obserwować 3N-6 pasm anionu NO 2 - sym 1335 cm -1 asym 1250 cm -1 830 cm -1 Zmiana kationu powoduje jedynie niewielkie przesunięcia pasm anionu Gdy kation powoduje modyfikację krystalograficzną, ulegają zmianie pasma absorpcyjne związane z drganiami sieci krystalograficznej, występujące w dalekiej podczerwieni poniżej 600 cm -1

Spektrometry IR dyspersyjny fourierowski

Jak działa interferometr?

Jak działa interferometr?

Interferometr Michelsona Za jego pomocą Michelson zmierzył długość wzorca metra przechowywanego w Paryżu wyrażając ją jako 1553163.5 długości fal czerwonego światła kadmu, za co w 1907 r. uhonorowano go nagrodę Nobla Także empiryczny dowód stałości prędkości światła w każdym układzie odniesienia zawdzięczamy interferometrowi Michelsona, który jako pierwszy wykonał je w 1881. W 1907 r. dostał Nagrodę Nobla za konstrukcję precyzyjnych instrumentów optycznych i pomiary w dziedzinie spektroskopii i metrologii. Był pierwszym Amerykaninem-noblistą.

Transformacja Fouriera - - F( ) = F(x)cos2 xdx -

Przewaga spektrometrów fourierowskich nad przyrządami dyspersyjnymi Duża szybkość zbierania danych zysk multipleksowy Brak szczelin ograniczających zdolność rozdzielczą zysk aperturowy Duża precyzja skali częstości samoskalowanie Inne korzyści: FT-IR są odporne na przypadkowe promieniowanie. W urządzeniach dyspersyjnych detektor nie rozróżnia energii IR ze źródła od energii pochodzącej z zewnątrz np. żarówki FT-IR mają tylko jedno ruchome zwierciadło. Instrumenty dyspersyjne posiadają dużo ruchomych części, które z biegiem czasu rozregulowują się

Materiały przepuszczające promieniowanie podczerwone Materiał Granica przepuszczalności m cm -1 szkło 2.5 4000 kwarc 4.4 2300 szafir 6.5 1500 LiF 7.0 1400 CaF 2 10.0 1000 NaCl 20 500 AgCl 28 360 KBr 32 310 CsI 60 170 KSR-5 50 200

Techniki pomiarowe stosowane w FT-IR Transmisyjne Emisyjne Fotoakustyczne Odbiciowe - odbicie wewnętrzne (ATR, HATR) - odbicie zwierciadlane (SR) - odbicie rozproszone (DRIFTS)

Techniki pomiarowe TS ES PAS ATR DRIFTS SR