Kızılötesi Spektroskopi Teorisi, Yöntemi ve Kullanım Alanları



kızılötesi spektroskopisi moleküllerin kızılötesi radyasyonu nasıl absorbe ettiği ve sonunda ısıya dönüştürdüğü üzerine bir çalışmadır..

Bu işlem üç şekilde analiz edilebilir: absorpsiyon, emisyon ve yansıma ölçümü. Bu hassasiyet kızılötesi spektroskopiyi günümüz bilim adamlarının kullanabileceği en önemli analitik tekniklerden biri yapar..

Kızılötesi spektroskopinin en büyük avantajlarından biri, hemen hemen her durumda hemen hemen her numunenin çalışılabileceğidir..

Sıvılar, tozlar, filmler, çözeltiler, macunlar, lifler, gazlar ve yüzeyler, titiz bir örnekleme tekniği seçimi ile incelenebilir. İyileştirilmiş enstrümantasyonun bir sonucu olarak, daha önce ele alınamayan örnekleri incelemek için çeşitli yeni hassas teknikler geliştirilmiştir..

Kızılötesi spektroskopisi, diğer birçok kullanım ve uygulama arasında, polimerlerin imalatındaki polimerizasyon derecesinin ölçülmesinde faydalıdır. Belirli bir bağlantının miktarındaki veya karakterindeki değişiklikler, zaman içindeki belirli bir frekans ölçülerek değerlendirilir..

Modern araştırma araçları, ilgi alanı genelinde saniyede 32 kez sıklıkta kızılötesi ölçümler alabilir.

Bu, diğer teknikler kullanılarak eş zamanlı ölçümler yapılırken, kimyasal reaksiyonların ve işlemlerin gözlemlerini daha hızlı ve daha doğru bir şekilde yaparken yapılabilir..

Kızılötesi spektroskopi teorisi

Organik yapıların belirlenmesinde ve doğrulanmasında paha biçilmez bir araç, 4000 ila 400 cm-1 (dalga sayıları) arasındaki frekanslarla elektromanyetik radyasyon (REM) sınıfını içerir..

EM radyasyon kategorisine kızılötesi (IR) radyasyon denir ve bunun IR spektroskopisi olarak bilinen organik kimyaya uygulanması..

Bu bölgedeki radyasyon, organik yapının tespitinde, organik bileşiklerde interatomik bağlar tarafından emildiği gerçeğinden yararlanılarak kullanılabilir..

Farklı ortamlardaki kimyasal bağlar değişken yoğunlukları ve değişken frekansları emecektir. Bu nedenle, IR spektroskopisi, emme bilgisinin toplanmasını ve bir spektrum şeklinde analiz edilmesini içerir..

IR radyasyonunun absorpsiyonlarının olduğu frekanslar (tepe noktaları veya sinyaller), söz konusu bileşik içindeki bağlantılar ile doğrudan ilişkili olabilir..

Her interatomik link birkaç farklı hareketle titreyebildiğinden (germe veya bükme), bireysel linkler birden fazla IR frekansını absorbe edebilir.

Streç absorpsiyonlar, bükülmeden daha güçlü pikler üretme eğilimindedir, ancak zayıf bükülme absorpsiyonları benzer bağ türlerini ayırt etmek için yararlı olabilir (örn., Aromatik ikame).

Simetrik titreşimlerin IR radyasyonunun emilimine neden olmadığına dikkat etmek de önemlidir. Örneğin, etilen veya etilen karbon-karbon bağlarının hiçbiri IR radyasyonunu absorbe etmez.

Enstrümantal yapı belirleme yöntemleri

Nükleer Manyetik Rezonans (NMR)

Radyoaktif ışınlama yoluyla atom çekirdeğinin uyarılması. Atomların moleküler yapısı ve bağlanabilirliği hakkında kapsamlı bilgi sağlar.

Kızılötesi spektroskopisi (IR)

Kızılötesi ışıkla ışınlama yoluyla moleküler titreşimlerin ateşlenmesinden oluşur. Esas olarak belirli fonksiyonel grupların varlığı veya yokluğu hakkında bilgi sağlar..

Kütle spektrometresi

Numunenin elektronlarla bombardımanı ve elde edilen moleküler fragmanların tespiti. Moleküler kütle ve atomların bağlanabilirliği hakkında bilgi sağlar.

Ultraviyole spektroskopisi (UV)

Molekülün ultraviyole ışıkla ışınlanmasıyla elektronların daha yüksek enerji seviyelerinde tanıtılması. Konjuge π sistemler ve çift ve üçlü bağların varlığı hakkında bilgi sağlar.

spektroskopisi

Spektral bilgi çalışmasıdır. Kızılötesi ışıkla ışınlandıktan sonra, belirli bağlar titreşimle daha hızlı tepki verir. Bu cevap tespit edilebilir ve spektrum adı verilen görsel bir temsile çevrilebilir.. 

Spektrum yorumlama işlemi

  1. Bir deseni tanımak.
  2. Kalıpları fiziksel parametrelerle ilişkilendirme.
  3. Olası anlamları tanımla, yani açıklamalar yap.

Bir spektrum elde edildiğinde, asıl zorluk, içerdiği bilgiyi soyut veya gizli bir biçimde çıkarmaktır..

Bu, belirli kalıpların tanınmasını, bu kalıpların fiziksel parametrelerle ilişkilendirilmesini ve bu kalıpların anlamlı ve mantıksal açıklamalarla yorumlanmasını gerektirir..

Elektromanyetik spektrum

Çoğu organik spektroskopi, fiziksel bir uyarıcı olarak elektromanyetik enerji veya radyasyon kullanır. Elektromanyetik enerji (görünür ışık gibi) tespit edilebilir bir kütle bileşenine sahip değildir. Başka bir deyişle, "saf enerji" olarak adlandırılabilir..

Helyum çekirdeğinden oluşan alfa ışınları gibi diğer radyasyon türleri tespit edilebilir bir kütle bileşenine sahiptir ve bu nedenle elektromanyetik enerji olarak sınıflandırılamazlar..

Elektromanyetik radyasyon ile ilişkili önemli parametreler şunlardır:

• Enerji (E): Enerji, aşağıdaki denklemde belirtildiği gibi, frekansla doğrudan orantılı ve dalga boyu ile ters orantılıdır..

  • Frekans (μ)
  • Dalga boyu (λ)
  • Denklem: E = hμ

Titreşimli modlar

  • Kovalent bağlar, germe, sallanma ve makas dahil olmak üzere çeşitli şekillerde titreşebilir.
  • Kızılötesi spektrumdaki en kullanışlı bantlar germe frekanslarına karşılık gelir.

İletim vs. emme

Kimyasal bir örnek IR LIGHT (kızılötesi radyasyon ışığı) etkisine maruz kaldığında, bazı frekansları emebilir ve gerisini iletebilir. Işığın bir kısmı da kaynağa geri yansıtılabilir..

Detektör, iletilen frekansları algılar ve bunu yaparken, emilen frekansların değerlerini de gösterir..

Absorpsiyon modunda bir IR tayfı

IR spektrumu temel olarak iletimin (veya emilimin) yoğunluğuna karşı iletilen (veya emilen) frekansların bir grafiğidir. Frekanslar, x-ekseninde, ters santimetre (dalga boyu) birimlerinde görünür ve yoğunluklar, y ekseni ve yüzde birimleri cinsinden gösterilir. Grafik, emme modunda bir spektrumu gösterir:

İletim modunda bir IR tayfı

Grafik, iletim modunda bir spektrum gösterir. Bu, en sık kullanılan temsildir ve çoğu kimya ve spektroskopi kitaplarında bulunur..

Kullanımlar ve uygulamalar

Kızılötesi spektroskopi güvenilir ve basit bir teknik olduğundan, organik sentez, polimer bilimi, petrokimya mühendisliği, ilaç endüstrisi ve gıda analizlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır..

Ek olarak, FTIR spektrometreleri kromatografi ile sterilize edilebildiğinden, kimyasal reaksiyonların mekanizması ve dengesiz maddelerin tespiti bu tür cihazlarla araştırılabilir.

Bazı kullanımlar ve uygulamalar şunları içerir:

Kalite kontrolleri

Seralarda ve büyüme odalarındaki uzun süreli katılımsız CO2 konsantrasyonlarının kızılötesi gaz analizörleri kullanılarak büyüme odaları gibi dinamik kontrol ve izleme uygulamalarında kullanılır..

Adli analiz

Adli analizlerde ceza ve hukuk davalarında, örneğin polimer bozulmasının tanımlanmasında kullanılır. Sarhoş olduğundan şüphelenilen bir sürücünün kandaki alkol içeriğini belirlemek için kullanılabilir.

Kesim yapmadan katı numunelerin analizi

Kesim yapmadan katı numuneleri analiz etmenin faydalı bir yolu ATR veya zayıflatılmış toplam yansıma spektroskopisi kullanmaktır. Bu yaklaşımı kullanarak, numuneler tek bir kristal yüzüne bastırılır. Kızılötesi radyasyon camdan geçer ve sadece iki malzeme arasındaki arayüzde örnekle etkileşime girer.

Pigmentlerin analizi ve tanımlanması

IR spektroskopisi, resimdeki pigmentlerin analizinde ve tanımlanmasında ve ışıklandırılmış yazılar gibi diğer sanat eserlerinde başarıyla kullanılmıştır..

Gıda endüstrisinde kullanım

Kızılötesi Spektroskopinin bir diğer önemli uygulaması, farklı gıda ürünlerindeki çeşitli bileşiklerin konsantrasyonunu ölçmek için gıda endüstrisinde.

Hassas çalışmalar

Bilgisayar filtreleme teknolojisindeki artış ve sonuçların manipülasyonuyla, çözelti içindeki numuneler artık doğru bir şekilde ölçülebilmektedir. Bazı cihazlar aynı zamanda binlerce depolanmış referans spektrumlu bir mağazadan hangi maddenin ölçüleceğini otomatik olarak söyleyecektir..

Saha testleri

Aletler artık küçüktür ve saha testlerinde kullanım için bile taşınabilir..

Gaz sızıntıları

Kızılötesi spektroskopi ayrıca DP-IR ve EyeCGA'lar gibi gaz kaçağı tespit cihazlarında da kullanılır. Bu cihazlar, doğal ve ham gaz taşınmasında hidrokarbon gaz sızıntılarını tespit eder..

Uzayda kullanın

NASA, evrendeki polisiklik aromatik hidrokarbonların izlenmesi için kızılötesi spektroskopisine dayanan çok güncel bir veritabanı kullanır.

Bilim insanlarına göre, evrendeki karbonun% 20'den fazlası polisiklik aromatik hidrokarbonlarla, yaşamın oluşması için olası başlangıç ​​materyalleriyle ilişkilendirilebilir..

Polisiklik aromatik hidrokarbonların Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra oluştukları görülüyor. Evren genelinde yaygındırlar ve yeni yıldızlar ve ekzoplanetler ile ilişkilendirilirler..

referanslar

  1. Nancy Birkner (2015). Dokunma Mind. FTIR Spektrometresi Nasıl Çalışır? Alınan: mindtouch.com.
  2. Cortes (2006). IR spektrumlarının teorisi ve yorumu. Pearson Prentice Salonu. Alınan: utdallas.edu.
  3. Barbara Stuart (2004). Kızılötesi Spektroskopisi. Wiley. Alınan kaynak: kinetics.nsc.ru.
  4. Wikipedia (2016). Kızılötesi spektroskopisi. Vikipedi, özgür ansiklopedi. Alınan: en.wikipedia.org.