Infraroodspectroscopie Theorie, Methode en Gebruik

de infrarood spectroscopie is de studie van hoe moleculen infrarode straling absorberen en uiteindelijk in warmte omzetten.

Dit proces kan op drie manieren worden geanalyseerd: absorptie, emissie en reflectie meten. Deze precisie maakt infraroodspectroscopie een van de belangrijkste analytische technieken die de hedendaagse wetenschappers ter beschikking staan.

Een van de grote voordelen van infraroodspectroscopie is dat vrijwel elk monster in bijna alle toestanden kan worden bestudeerd.

Vloeistoffen, poeders, films, oplossingen, pasta's, vezels, gassen en oppervlakken kunnen worden onderzocht met een verstandige selectie van steekproeftechnieken. Als een gevolg van verbeterde instrumentatie, zijn nu verschillende nieuwe gevoelige technieken ontwikkeld om eerder onhandelbare monsters te onderzoeken.

Infraroodspectroscopie, naast vele andere toepassingen en toepassingen, is nuttig voor het meten van de mate van polymerisatie bij de vervaardiging van polymeren. Veranderingen in de hoeveelheid of het karakter van een bepaalde link worden geëvalueerd door een specifieke frequentie in de loop van de tijd te meten.

Moderne onderzoeksinstrumenten kunnen infraroodmetingen zo vaak als 32 keer per seconde over het bereik van belang nemen.

Dit kan worden gedaan terwijl gelijktijdige metingen worden gedaan met behulp van andere technieken, waardoor observaties van chemische reacties en processen sneller en nauwkeuriger worden.

Theorie van infrarood spectroscopie

Een instrument van onschatbare waarde bij de bepaling en verificatie van organische structuren omvat de klasse van elektromagnetische straling (REM) met frequenties tussen 4000 en 400 cm-1 (golfaantallen).

De categorie EM-straling wordt infraroodstraling (IR) genoemd, en de toepassing ervan op organische chemie, bekend als IR-spectroscopie..

De straling in dit gebied kan worden gebruikt bij de bepaling van de organische structuur door gebruik te maken van het feit dat het wordt geabsorbeerd door interatomaire bindingen in organische verbindingen.

De chemische bindingen in verschillende omgevingen absorberen variabele intensiteiten en variabele frequenties. Daarom omvat IR-spectroscopie het verzamelen van de absorptie-informatie en het analyseren ervan in de vorm van een spectrum.

De frequenties waarin er absorpties van IR-straling zijn (pieken of signalen) kunnen direct worden gecorreleerd met koppelingen binnen de betreffende verbinding.

Omdat elke interatomaire link kan trillen in verschillende bewegingen (uitrekken of buigen), kunnen individuele links meer dan één IR-frequentie absorberen.

Stretching absorpties produceren vaak sterker dan de buigbare pieken echter absorpties zwakker buiging kan nuttig zijn om soortgelijke verbindingen te onderscheiden (bijvoorbeeld aromatische substitutie).

Het is ook belangrijk op te merken dat symmetrische trillingen geen absorptie van IR-straling veroorzaken. Geen van de koolstof-koolstofbindingen van ethyleen of ethyleen absorbeert bijvoorbeeld IR-straling.

Instrumentele methoden voor structuurbepaling

Nucleaire Magnetische Resonantie (NMR)

Excitatie van de kern van atomen door radiofrequente bestraling. Biedt uitgebreide informatie over de moleculaire structuur en connectiviteit van atomen.

Infrarood spectroscopie (IR)

Het bestaat uit het afvuren van moleculaire trillingen door bestraling met infrarood licht. Het geeft vooral informatie over de aan- of afwezigheid van bepaalde functionele groepen.

Massaspectrometrie

Bombardement van het monster met elektronen en detectie van resulterende moleculaire fragmenten. Geeft informatie over de connectiviteit van moleculaire massa en atomen.

Ultravioletspectroscopie (UV)

Bevordering van elektronen bij hogere energieniveaus door het molecuul te bestralen met ultraviolet licht. Geeft informatie over de aanwezigheid van geconjugeerde π-systemen en dubbele en drievoudige bindingen.

spectroscopie

Het is de studie van spectrale informatie. Na bestraling met infrarood licht reageren bepaalde bindingen sneller door trillingen. Dit antwoord kan worden gedetecteerd en vertaald in een visuele representatie die spectrum wordt genoemd. 

Spectrum interpretatieproces

1. Herken een patroon.
2. Patronen koppelen aan fysieke parameters.
3. Identificeer mogelijke betekenissen, dat wil zeggen, stel verklaringen voor.

Zodra een spectrum is verkregen, is de belangrijkste uitdaging om de informatie die het bevat, in een abstracte of verborgen vorm te extraheren.

Dit vereist de herkenning van bepaalde patronen, de associatie van deze patronen met fysieke parameters en de interpretatie van deze patronen in termen van zinvolle en logische verklaringen..

Elektromagnetisch spectrum

De meeste organische spectroscopie gebruikt elektromagnetische energie of straling als een fysieke stimulus. Elektromagnetische energie (zoals zichtbaar licht) heeft geen detecteerbare massacomponent. Met andere woorden, het kan "pure energie" worden genoemd.

Andere soorten straling, zoals alpha-stralen, die uit heliumkernen bestaan, hebben een detecteerbare massacomponent en kunnen daarom niet als elektromagnetische energie worden geclassificeerd.

De belangrijke parameters in verband met elektromagnetische straling zijn:

• Energie (E): de energie is rechtevenredig met de frequentie en omgekeerd evenredig met de golflengte, zoals aangegeven in de onderstaande vergelijking.

• Frequentie (μ)
• Golflengte (λ)
• Vergelijking: E ​​= hμ

Trillingsmodi

• Covalente bindingen kunnen op verschillende manieren trillen, zoals rekken, schommelen en scharen.

• De meest bruikbare banden in een infraroodspectrum komen overeen met rekfrequenties.

Transmissie vs. absorptie

Wanneer een chemisch monster wordt blootgesteld aan de werking van IR LIGHT (infrarood stralingslicht), kan het bepaalde frequenties absorberen en de rest overbrengen. Een deel van het licht kan ook worden teruggekaatst naar de bron.

De detector detecteert de uitgezonden frequenties en onthult daarmee ook de waarden van de opgenomen frequenties.

Een IR-spectrum in absorptiemodus

Het IR-spectrum is in feite een grafiek van frequenties uitgezonden (of geabsorbeerd) versus de intensiteit van de transmissie (of absorptie). De frequenties verschijnen op de x-as in eenheden van inverse centimeters (golfgetallen), en de intensiteiten worden weergegeven in de y-as en in percentage-eenheden. De grafiek toont een spectrum in absorptiemodus:

Een IR-spectrum in de transmissiemodus

De grafiek toont een spectrum in de transmissiemodus. Dit is de meest gebruikte representatie en die te vinden is in de meeste boeken over chemie en spectroscopie.

Toepassingen en toepassingen

Omdat infraroodspectroscopie een betrouwbare en eenvoudige techniek is, wordt het veel gebruikt in organische synthese, polymeerwetenschap, petrochemische engineering, farmaceutische industrie en voedselanalyse..

Aangezien FTIR-spectrometers kunnen worden gezuiverd door middel van chromatografie, kan bovendien het mechanisme van chemische reacties en de detectie van onstabiele stoffen met dergelijke instrumenten worden onderzocht..

Sommige toepassingen en toepassingen omvatten:

Kwaliteitscontroles

Het wordt gebruikt in kwaliteitscontrole, dynamische en monitoring toepassingen zoals het meten onbemande concentraties CO2 lange termijn kassen en kweekkamers via infrarood gasanalyse.

Forensische analyse

Het wordt gebruikt in forensische analyse in strafzaken en civiele zaken, bijvoorbeeld bij de identificatie van polymeerafbraak. Kan worden gebruikt om het alcoholgehalte in het bloed te bepalen van een bestuurder die verdacht wordt van dronkenschap.

Analyse van vaste monsters zonder te moeten snijden

Een bruikbare manier om vaste monsters te analyseren zonder te moeten snijden, is om ATR of verzwakte totale reflectie spectroscopie te gebruiken. Met behulp van deze benadering worden de monsters tegen het oppervlak van een enkel kristal gedrukt. Infraroodstraling passeert door het glas en interageert alleen met het monster op het grensvlak tussen de twee materialen.

Analyse en identificatie van pigmenten

IR-spectroscopie is met succes toegepast bij de analyse en identificatie van pigmenten in schilderijen en andere kunstvoorwerpen, zoals verlichte manuscripten.

Gebruik in de voedingsindustrie

Een andere belangrijke toepassing van de infraroodspectroscopie is in de voedingsmiddelenindustrie om de concentratie van verschillende verbindingen in verschillende voedingsproducten te meten.

Precisiestudies

Met de toename in technologie in computerfiltering en de manipulatie van resultaten, kunnen monsters in oplossing nu nauwkeurig worden gemeten. Sommige instrumenten zullen u ook automatisch vertellen welke stof wordt gemeten uit een winkel met duizenden opgeslagen referentiespectra.

Veldtesten

De instrumenten zijn nu klein en kunnen worden getransporteerd, zelfs voor gebruik in praktijktests.

Gas lekt

Infraroodspectroscopie wordt ook gebruikt in gaslekdetectie-apparaten zoals DP-IR en EyeCGA's. Deze apparaten detecteren lekkages van koolwaterstofgas bij het transport van natuurlijk en ruw gas.

Gebruik in de ruimte

NASA gebruikt een zeer actuele database, gebaseerd op infraroodspectroscopie, voor het volgen van polycyclische aromatische koolwaterstoffen in het universum.

Volgens wetenschappers kan meer dan 20% van de koolstof in het universum worden geassocieerd met polycyclische aromatische koolwaterstoffen, mogelijke uitgangsmaterialen voor de vorming van leven..

De polycyclische aromatische koolwaterstoffen lijken te zijn gevormd kort na de oerknal. Ze zijn wijd verspreid in het universum en worden geassocieerd met nieuwe sterren en exoplaneten.

referenties

1. Nancy Birkner (2015). Mind Touch. Hoe een FTIR-spectrometer werkt. Teruggeplaatst van: mindtouch.com.
2. Cortes (2006). Theorie en interpretatie van IR-spectra. Pearson Prentice Hall. Teruggeplaatst van: utdallas.edu.
3. Barbara Stuart (2004). Infraroodspectroscopie. Wiley. Teruggeplaatst van: kinetics.nsc.ru.
4. Wikipedia (2016). Infrarood spectroscopie. Wikipedia, de gratis encyclopedie. Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org.