תורת ספקטרוסקופיה אינפרא אדום, שיטה ושימושים

ה ספקטרוסקופית אינפרא אדום הוא המחקר של איך מולקולות לספוג קרינה אינפרא אדום ולבסוף להמיר אותו לחום.

תהליך זה ניתן לנתח בשלוש דרכים: מדידה קליטה, פליטה והשתקפות. דיוק זה עושה אינפרא אדום ספקטרוסקופיה אחת הטכניקות האנליטיות החשובות ביותר הזמינים המדענים של היום.

אחד היתרונות הגדולים של ספקטרוסקופית אינפרא אדום הוא כי כמעט כל מדגם ניתן ללמוד כמעט בכל המדינות.

נוזלים, אבקות, סרטים, פתרונות, משחות, סיבים, גזים ומשטחים ניתן לבדוק עם מבחר נבון של טכניקת הדגימה. כתוצאה של מכשור משופר, מגוון רחב של טכניקות רגישות חדשות יש עכשיו פיתחו לבחון דגימות בלתי נשלט בעבר.

אינפרא אדום ספקטרוסקופיה, בין שימושים רבים אחרים, שימושי למדידת מידת פילמור בייצור של פולימרים. שינויים בכמות או באופי של קישור מסוים מוערכים על ידי מדידת תדר מסוים לאורך זמן.

מכשירי מחקר מודרניים יכולים לקחת מדידות אינפרא אדום על פני טווח של עניין לעתים קרובות כמו 32 ​​פעמים בשנייה.

זה יכול להיעשות תוך מדידות בו זמנית מתבצעים באמצעות טכניקות אחרות, ביצוע תצפיות של תגובות כימיות ותהליכים מהר יותר ומדויק יותר.

תיאוריה של ספקטרוסקופית אינפרא אדום

כלי רב ערך בקביעת ואימות של מבנים אורגניים כרוך בכיתה של קרינה אלקטרומגנטית (REM) עם תדרים בין 4000 ל 400 ס"מ -1 (מספרי גל).

קטגוריה של קרינה EM נקרא קרינה אינפרא אדום (IR), ואת היישום שלה לכימיה אורגנית המכונה ספקטרוסקופיה IR..

את הקרינה באזור זה ניתן להשתמש בקביעת המבנה האורגני עושה שימוש בכך שהוא נספג על ידי אג"ח interatomic בתרכובות אורגניות.

הקשר הכימי בסביבות שונות יקלוט עוצמות משתנות ותדרים משתנים. לכן, ספקטרוסקופיה IR כרוך איסוף מידע הקליטה וניתוח זה בצורה של ספקטרום.

תדרים שבהם יש ספיגות של קרינה אינפרא אדום (peaks או אותות) ניתן בקורלציה ישירה עם קישורים בתוך המתחם המדובר.

מכיוון שכל קישור אינטראטומי יכול לרטוט בכמה תנועות שונות (מתיחה או כיפוף), קישורים בודדים יכולים לספוג יותר מתדר אחד.

ספיגות מתיחה נוטות לייצר פסגות חזקות יותר מאשר כיפוף, אבל ספיגות כיפוף חלש יותר עשוי להיות שימושי כדי להבדיל בין סוגים דומים של אג"ח (למשל, תחליף ארומטי).

כמו כן חשוב לציין כי תנודות סימטריות אינן גורמות לספיגת קרינת אינפרא אדום. לדוגמה, אף אחד מאגני פחמן-פחמן של אתילן או אתילן סופג קרינת אינפרא אדום.

שיטות השיטה של ​​קביעת מבנה

תהודה מגנטית גרעינית (תמ"ג)

עירור של גרעין האטומים באמצעות הקרנה של רדיואקציה. מספק מידע נרחב על המבנה המולקולרי וקישוריות של אטומים.

אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (IR)

הוא כולל ירי ויברציות מולקולריות באמצעות הקרנה עם אור אינפרא אדום. זה בעיקר מספק מידע על נוכחות או היעדר של קבוצות תפקודיות מסוימות.

ספקטרומטריית מסה

הפצצה של המדגם עם אלקטרונים וזיהוי של שברי המולקולרי שנוצר. מספק מידע על הקישוריות של המסה המולקולרית האטומים.

ספקטרוסקופיה אולטרה-סגולה (UV)

קידום של אלקטרונים ברמות אנרגיה גבוהות יותר על ידי הקרנת המולקולה באור אולטרה סגול. מספק מידע על נוכחות של מערכות π מצומדות ואג"ח כפולות ומשולשות.

ספקטרוסקופיה

זה המחקר של מידע ספקטרלי. לאחר הקרנה עם אור אינפרא אדום, קשרים מסוימים מגיבים מהר יותר על ידי רטט. תגובה זו ניתנת לזיהוי ותרגום לייצוג חזותי הנקרא ספקטרום. 

תהליך פרשנות ספקטרום

1. לזהות דפוס.
2. דפוסי עמיתים עם פרמטרים פיזיים.
3. לזהות משמעויות אפשריות, כלומר להציע הסברים.

לאחר קבלת ספקטרום, האתגר העיקרי הוא לחלץ את המידע שהוא מכיל בצורה מופשטת או מוסתרת.

זה דורש הכרה של דפוסים מסוימים, את הקשר של דפוסים אלה עם פרמטרים פיזיים, ואת הפרשנות של דפוסים אלה במונחים של הסברים משמעותיים והגיוניים..

ספקטרום אלקטרומגנטי

רוב ספקטרוסקופיה אורגנית משתמשת אנרגיה אלקטרומגנטית, או קרינה, כמו גירוי פיזי. אנרגיה אלקטרומגנטית (כגון אור נראה) אין מרכיב המונית לזיהוי. במילים אחרות, זה יכול להיקרא "אנרגיה טהורה".

סוגים אחרים של קרינה, כגון קרני אלפא, אשר מורכבים גרעיני הליום, יש מרכיב המסה לזיהוי ולכן לא ניתן לסווג כמו אנרגיה אלקטרומגנטית.

הפרמטרים החשובים הקשורים לקרינה אלקטרומגנטית הם:

• אנרגיה (E): האנרגיה היא יחסית פרופורציונלית לתדר, ויחס הפוך ביחס גל, כמפורט במשוואה להלן.

• תדר (μ)
• אורך גל (λ)
• משוואה: E = hμ

מצבי רטט

• קשרים קוולנטיים יכולים לרטוט בדרכים שונות, כולל מתיחה, נדנדה ומספריים.

• הכי שימושי להקות ספקטרום אינפרא אדום מתאימות תדרים מתיחה.

תמסורת לעומת קליטה

כאשר מדגם כימי נחשף לפעולה של אור IR (אור אינפרא אדום קרינה), הוא יכול לספוג כמה תדרים ולהעביר את השאר. חלק מן האור יכול גם להיות משתקף בחזרה למקור.

הגלאי מזהה את התדרים המועברים, ובכך מגלה גם את ערכי התדרים הנספגים.

ספקטרום IR במצב קליטה

ספקטרום ה- IR הוא בעצם גרף של תדרים המועברים (או נספגים) לעומת עוצמת השידור (או הקליטה). התדרים מופיעים בציר ה- x ביחידות של סנטימטרים הפוכים (wavenumbers), והעוצמות מיוצגות בציר ה- y וביחידות האחוז. התרשים מציג ספקטרום במצב קליטה:

ספקטרום IR במצב שידור

התרשים מציג ספקטרום במצב שידור. זהו הייצוג הנפוץ ביותר ומצא כי רוב הכימיה וספקטרוסקופיה ספרים.

שימושים ויישומים

בגלל ספקטרוסקופית אינפרא אדום היא טכניקה אמינה ופשוטה, היא בשימוש נרחב סינתזה אורגנית, מדע פולימר, הנדסה פטרוכימיים, תעשיית התרופות וניתוח מזון..

בנוסף, מאז ספקטרומטרים FTIR יכול להיות מחוטא על ידי כרומטוגרפיה, מנגנון של תגובות כימיות ואיתור של חומרים יציבים ניתן לחקור עם מכשירים כאלה.

שימושים ויישומים מסוימים כוללים:

בקרת איכות

הוא משמש בקרת איכות, מדידה דינמית יישומים ניטור כגון מדידה ללא השגחה לטווח ארוך של ריכוזי CO2 בחממות ותאי הצמיחה באמצעות מנתחי גז אינפרא אדום.

ניתוח משפטי

הוא משמש לניתוח משפטי במקרים פליליים ואזרחיים, למשל בזיהוי השפלה פולימרית. ניתן להשתמש כדי לקבוע את התוכן אלכוהול אלכוהול של נהג חשוד להיות שיכור.

ניתוח של דגימות מוצק ללא צורך לחתוך

דרך יעילה לנתח דוגמאות מוצק ללא צורך לחתוך היא להשתמש ATR או מוחלש סך ספקטרוסקופיה ההחזרה. באמצעות גישה זו, הדגימות נלחצים על פני גביש בודד. קרינת אינפרא אדום עוברת דרך הזכוכית ורק אינטראקציה עם המדגם בממשק בין שני החומרים.

ניתוח וזיהוי של פיגמנטים

ספקטרוסקופיה אינפרא אדום שימש בהצלחה בניתוח וזיהוי של פיגמנטים בציורים וחפצים אמנותיים אחרים, כגון כתבי יד מוארים.

השתמש בתעשיית המזון

יישום חשוב נוסף של ספקטרוסקופית אינפרא אדום הוא בתעשיית המזון כדי למדוד את הריכוז של תרכובות שונות במוצרי מזון שונים.

מחקרים מדויקים

עם הגידול בטכנולוגיה סינון המחשב ואת מניפולציה של תוצאות, דגימות בפתרון ניתן כעת למדוד במדויק. מכשירים מסוימים גם באופן אוטומטי לספר לך מה החומר נמדד מחנות של אלפי ספקטרום התייחסות מאוחסנים.

בדיקות שדה

המכשירים כיום קטנים, וניתן להעבירו, אפילו לשימוש בבדיקות שדה.

דליפות גז

אינפרא אדום ספקטרוסקופיה משמש גם דליפת דליפת התקנים התקנים כגון DP-IR ו EyeCGAs. מכשירים אלה מזהים דליפות של פחמימני גז בהובלת גז טבעי וגז.

השתמש בחלל

נאס"א משתמשת באתר עדכני מאוד, המבוסס על אינפרא אדום ספקטרוסקופיה, למעקב של פחמימנים ארומטיים polycyclic ביקום.

לדברי מדענים, יותר מ 20% של פחמן ביקום יכול להיות קשור פחמימנים ארומטיים polycyclic, חומרי המוצא אפשרי להיווצרות של החיים.

פחמימנים ארומטיים polycyclic נראה שהוקמו זמן קצר לאחר המפץ הגדול. הם נפוצים בכל רחבי היקום והם קשורים עם כוכבים חדשים כוכבי לכת.

הפניות

1. ננסי בירקנר (2015). אכפת מגע. כיצד פועל ספקטרומטר FTIR. מתוך: mindtouch.com.
2. קורטס (2006). תיאוריה ופרשנות של ספקטרום IR. פירסון פרנטיס הול. מקור: utdallas.edu.
3. ברברה סטיוארט (2004). אינפרא אדום ספקטרוסקופיה. ויילי מקור: kinetics.nsc.ru.
4. ויקיפדיה (2016). אינפרא אדום ספקטרוסקופיה. ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית. מקור: en.wikipedia.org.