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

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

Jan Drzymała ANALIZA INSTRUMENTALNA SPEKTROSKOPIA W ŚWIETLE WIDZIALNYM I PODCZERWONYM

Spektroskopia molekularna. Spektroskopia w podczerwieni

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

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

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

Fizykochemiczne metody w kryminalistyce. Wykład 7

Optyczna spektroskopia oscylacyjna. w badaniach powierzchni

Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni w jakościowej i ilościowej analizie organicznej

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)

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

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

Spektroskopia molekularna. Ćwiczenie nr 1. Widma absorpcyjne błękitu tymolowego

PODSTAWY METODY SPEKTROSKOPI W PODCZERWIENI ABSORPCJA, EMISJA

Spektroskopia. Spotkanie pierwsze. Prowadzący: Dr Barbara Gil

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

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

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

Wykład 5 Widmo rotacyjne dwuatomowego rotatora sztywnego

Materiał obowiązujący do ćwiczeń z analizy instrumentalnej II rok OAM

PRACOWNIA CHEMII. Wygaszanie fluorescencji (Fiz4)

Spektroskopia w podczerwieni

SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI - MOŻLIWOŚCI I ZASTOSOWANIA

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

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

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

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

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

WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI p-nitrofenolu METODĄ SPEKTROFOTOMETRII ABSORPCYJNEJ

Ćw. 5 Absorpcjometria I

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

Instrukcja do ćwiczeń

SPEKTROFOTOMETRYCZNA ANALIZA ZAWARTOŚCI SUBSTANCJI W PRÓBCE

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

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

39 DUALIZM KORPUSKULARNO FALOWY.

SPEKTROFOTOMETRYCZNA ANALIZA

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 4. Badanie optycznej transformaty Fouriera

SZYBKOŚĆ REAKCJI JONOWYCH W ZALEŻNOŚCI OD SIŁY JONOWEJ ROZTWORU

Ćwiczenie 2 Przejawy wiązań wodorowych w spektroskopii IR i NMR

-1- Piotr Janas, Paweł Turkowski Zakład Fizyki UR Do użytku wewnętrznego ĆWICZENIE 44 ABSORPCJOMETRIA. WYZNACZANIE STĘŻENIA ROZTWORU

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

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

-1- Piotr Janas, Paweł Turkowski Zespół Fizyki, Akademia Rolnicza Do użytku wewnętrznego ĆWICZENIE 44 ABSORPCJOMETRIA. WYZNACZANIE STĘŻENIA ROZTWORU

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

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

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

Metody spektroskopowe:

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

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Badanie efektu Faraday a w kryształach CdTe i CdMnTe

ĆWICZENIE NR 3 POMIARY SPEKTROFOTOMETRYCZNE

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

E (2) nazywa się absorbancją.

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Rezonanse magnetyczne oraz wybrane techniki pomiarowe fizyki ciała stałego

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

Spektroskopia. Spotkanie drugie UV-VIS, NMR

Spektrofotometryczne wyznaczanie stałej dysocjacji czerwieni fenolowej

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

Metoda osłabionego całkowitego wewnętrznego odbicia ATR (Attenuated Total Reflection)

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

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

Techniczne podstawy promienników

Jak analizować widmo IR?

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

PRACOWNIA CHEMII. Reakcje fotochemiczne (Fiz3)

41P6 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - V POZIOM PODSTAWOWY

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

PRACOWNIA CHEMII. Równowaga chemiczna (Fiz2)

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

spektroskopia IR i Ramana

Spektroskopia ramanowska w badaniach powierzchni

Ćwiczenie 2: Metody spektralne w inżynierii materiałowej AKADEMIA GÓRNICZO- HUTNICZA WYDZIAŁ ODLEWNICTWA KATEDRA INŻYNIERII PROCESÓW ODLEWNICZYCH

Zakres wymagań przedmiotu Analiza instrumentalna

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego - wprowadzenie

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

OZNACZANIE STĘŻENIA BARWNIKÓW W WODZIE METODĄ UV-VIS

Spektroskopia w podczerwieni

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

ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

BADANIE PROMIENIOWANIA CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO

Temat: Promieniowanie atomu wodoru (teoria)

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

Ćwiczenie 3++ Spektrometria promieniowania gamma z licznikiem półprzewodnikowym Ge(Li) kalibracja energetyczna i wydajnościowa

Robert Zakrzewski Wydział Chemii UŁ

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Ćw. 10 Techniki spektroskopii w podczerwieni w analizie ciał stałych

Atomowa spektrometria absorpcyjna i emisyjna

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

Ćwiczenie O 13 -O 16 BADANIE ABSORPCJI ŚWIATŁA W MATERII Instrukcja dla studenta

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Rozmycie pasma spektralnego

SPEKTROSKOPIA RAMANA. Laboratorium Laserowej Spektroskopii Molekularnej PŁ

POTWIERDZANIE TOŻSAMOSCI PRZY ZASTOSOWANIU RÓŻNYCH TECHNIK ANALITYCZNYCH

Metodyki referencyjne

Spektrofotometria ( SPF I, SPF II ) Spektralna analiza emisyjna ( S ) Fotometria Płomieniowa ( FP )

p.n.e. Demokryt z Abdery. Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych cząstek - atomów (atomos ->niepodzielny)

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

Transkrypt:

POLITECHNIKA ŁÓDZKA WYDZIAŁ INśYNIERII PROCESOWEJ I OCHRONY ŚRODOWISKA KATEDRA TERMODYNAMIKI PROCESOWEJ K-106 LABORATORIUM KONWENCJONALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII I PROCESÓW SPALANIA Ćwiczenie 3 ANALIZA JAKOŚCIOWA PALIW ZA POMOCĄ SPEKTROFOTOMETRII FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) Prowadzący przedmiot: dr hab. inŝ. Elwira Tomczak dr inŝ. Michał Tylman

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie z metodyką badań spektrofotometrycznych w podczerwieni dla próbek paliw ciekłych wraz z analizą występujących grup funkcyjnych charakterystycznych dla badanego paliwa. 1. Wstęp teoretyczny 1.1 Natura światła i jego właściwości Światło jest to postać energii, która moŝe być uwaŝana za falę poruszającą się w przestrzeni albo za cząsteczki fotony (posiadające tę samą energię). Parametry światła: Prędkość światłą: 5 c o = 2,997925 10 m / s Długość fali λ : jest to odległość między dwoma równowaŝnymi punktami na wykresie fali (np. pomiędzy dwoma kolejnymi szczytami fali). Jednostką długości fali są: mikrometr (mikron)=10-6 m, nanometr=10-9 m, angstrem=10-10 m (jednostka uŝywana dawniej) oraz fotometr=10-15 m. Rys.1: Długość fali Częstotliwość fali υ : jest to liczba okresów promieniowania przechodzących przez punkt w przestrzeni w ciągu jednej sekundy. Jednostką częstotliwości jest Hz. Związek między długością fali a jej częstotliwością:

υ = co λ gdzie: 5 c o 2,997925 10 m / s =, υ - częstotliwość fali, λ - długość fali Liczba falowa υ [1/cm]: wartość najczęściej stosowana w spektrofotometrii w podczerwieni, wyraŝana jako: gdzie: λ - długość fali υ = 1 λ Energia fotonu ε [J]: kwant energii, który posiada pojedyncza cząsteczka światła, wyraŝany jako: ε = hυ gdzie: υ - częstotliwość fali, h stała Planca 6,62608 x 10-34 J/s Prawo Lamberta-Beera W spektrometrii absorpcyjnej natęŝenie promieniowania padającego na próbkę zostaje zmniejszone, gdy oddziałuje ono z atomami lub cząsteczkami, powodując ich przejście do wyŝszych poziomów energetycznych. Aby oddziaływać na cząsteczki, promieniowanie musi się z nimi zetknąć. A więc wielkość tego oddziaływania zaleŝy od stęŝenia aktywnych cząstek i od długości drogi optycznej przez próbkę. Gdy promieniowanie o określonej długości fali przechodzi przez próbkę, jego natęŝenie wykładniczo maleje. Lambert wykazał, Ŝe to natęŝenie zaleŝy od długości drogi optycznej, l, podczas gdy Beer stwierdził, Ŝe zaleŝy takŝe od stęŝenia, c. Te dwie połączone zaleŝności dają prawo Lamberta-Beera: I t = I 0 * exp(-k c l) W którym I 0 oraz I t oznaczają, odpowiednio, natęŝenie promieniowania padającego i przepuszczonego. Po zamianie logarytmów naturalnych na dziesiętne otrzymuje się log(i 0 / I t ) = A = k c l A oznacza absorbancję, a k - molowy współczynnik absorpcji.

Tabela.1 Zakresy widma elektromagnetycznego i odpowiadające im oddziaływania w spektroskopii. Długość fali Częstotliwość [Hz] Zakres Widmo 100 1m 3 300*10 6 Częstość radiowa Jądrowego rezonansu magnetycznego 1 0,1m 0,3 3*10 9 Częstość radiowa Elektronowego rezonansu paramagnetycznego 100 1mm 3 300*10 9 Mikrofale Rotacyjne 1 0,02mm 0,3 15*10 12 Daleka Oscylacyjne podczerwień 20 2mm 15 150*10 12 Podczerwień (IR) Oscylacyjne 2 0,8mm 150 375*10 12 Bliska podczerwień Oscylacyjne 800 400 nm 375 750*10 12 Widzialny Elektronowe 400 150nm 750 2000*10 12 Nadfiolet (UV) Elektronowe 150 2nm 2 3000*10 15 Nadfiolet Elektronowe próŝniowy 2 0,1nm 150 3000*10 15 Promieniowanie rentgenowskie Elektronowe powłok wewnętrznych 0,1 0,0001nm 3 3000*10 18 Promieniowanie γ Reakcje jądrowe Spektrofotometria w podczerwieni: RóŜnice energii poziomów oscylacyjnych w cząsteczkach odpowiadają zakresowi podczerwonego promieniowania elektromagnetycznego. Zakres podczerwieni (IR) moŝna podzielić na: bliską podczerwień (NIR) 13000-4000 cm -1 średnią podczerwień 4000-400 cm -1 daleką podczerwień 400-10 cm -1 Cząsteczki posiadają wiązania o określonej orientacji (w przestrzeni) oraz energii. Bardzo rzadko wiązania w cząsteczkach są całkowicie sztywne. Dostarczenie energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego o długości fali odpowiadającej podczerwieni powoduje deformację wiązań.

Ze względu na rodzaj drgań oscylacyjnych, w które zostaje wprawiona cząsteczka wyróŝniamy ich kilka rodzajów: rozciągające symetryczne i asymetryczne oraz zginające. Na rysunku 2 przedstawiono podstawowe rodzaje drgań dla cząsteczki trójatomowej. Rys. 2 Podstawowe rodzaje oscylacji dla układu trójatomowego

Zastosowanie spektroskopii FTIR Spektroskopia FTIR pozwala na określenie charakterystycznych drgań dla grup występujących w związku. Ze względu na to, Ŝe widmo FTIR jest widmem charakterystycznym dla danej substancji analiza spektrofotometryczna w podczerwieni najczęściej wykorzystana jest do badań jakościowych. Poza rozróŝnianiem czystych substancji za pomocą analizy FTIR moŝna badać obecność dodatkowych substancji a takŝe ich oddziaływania z poszczególnymi grupami związku pierwotnego. Zmiany w widmie (obecność dodatkowych pików) świadczą o obecności innych grup funkcyjnych (obecność innego związku) natomiast przesunięcia w kierunki innych długości fali niŝ dla widma próbki pierwotnej świadczą o oddziaływaniu danej grupy z inną grupą substancji dodanej. Na rysunku 3 przedstawiono zakresy charakterystycznych długości fali dla drgań oscylacyjnych grup funkcyjnych. Rys. 3 Zakresy charakterystyczne drgań oscylacyjnych dla podstawowych grup funkcyjnych (źródło Chemia Analityczna krótkie wykłady).

Budowa spektrofotometru FTIR Budowę spektrofotometru moŝna podzielić na trzy zasadnicze części: Źródło światła róŝne dla róŝnych rodzajów spektrofotometrii Monochromator - odpowiedzialny za wydzielenia wiązki światła o jednej długości Detektor mierzący ilość światła przechodzącego przez próbkę Dane z detektora wysyłane są do komputera, który przekształca je na widmo absorpcyjne próbki (zaleŝność Abs=f 1 ). λ Rys. 3 Schemat budowy spektrofotometru Wykonanie ćwiczenia: W trakcie przebiegu ćwiczenia student otrzymuje próbkę nieznanego paliwa płynnego, które ma zostać rozpoznane poprzez porównanie jego widma FTIR z widmami z naukowych baz danych (załączonych do instrukcji). Z otrzymanej próbki paliwa za pomocą pipety pobrać około 0,1cm 3 cieczy a następnie umieścić ją na szkiełku KBr kuwety pomiarowej

(szkiełko o średnicy 32mm). Delikatnie próbkę nakryć szkiełkiem przykrywkowym (szkiełko o średnicy 11mm), następnie dokręcić uchwyt celi pomiarowej (dokręcamy z wyczuciem, nic na siłę!!!). Celę pomiarową umieścić w spektrofotometrze i przystąpić do pomiarów. W trakcie ćwiczenia kaŝda grupa dokonuje oznaczenia 3 róŝnych substancji ciekłych, podając ich nazwy na podstawie porównania widm z widmami z bazy danych. Obsługa fotometru przebiega przy pomocy prowadzącego zajęcia. Po uzyskaniu widma student otrzymuje je w pliku formatu TXT. Zadanie domowe. Otworzyć plik TXT za pomocą arkusza kalkulacyjnego Excel (uŝywając polecenia Otwórz pliki typu: zaznaczyć wszystkie typy akceptuj zaznaczyć: z separatorami separatory: zaznaczyć spacja zaawansowane zaznaczyć separator dziesiętny: przecinek, akceptuj). Porównać otrzymane widmo FTIR z widmami załączonymi do skryptu, wskazując nazwę paliwa ciekłego, która została uŝyta w ćwiczeniu. Zapisać wzór strukturalny badanego paliwa oraz jego zastosowania. Określić - drganiom, których grup odpowiadają piki widoczne na otrzymanym widmie (na podstawie dostępnej literatury).

Baza danych: