1 25.03.2019 1 Infrapunane Spektroskoopia Meetodi füüsikalised alused. Seadmete ehitus. 25.03.2019 2 Elektromagnetkiirgus ja meetodid 0.0001 0.01 1 100 10000 1000000 1E+08 1E+10 1E-11 1E-09 1E-07 0.00001 0.001 0.1 10 1000 , nm , cm 0.001 0.1 10 1000 100000 1000000 0 1E+09 1E+11 , cm -1 Infrapunane spektroskoopia (IR, NIR) UV-Vis spektroskoopia Gamma-spektroskoopia _ 1.E+07 1.E+09 1.E+11 1.E+13 1.E+15 1.E+17 1.E+19 1.E+21 , Hz, s -1 Röntgen-spektroskoopia Raadio-spektroskoopia (NMR. ESR) Mikrolaine-spektroskoopia 25.03.2019 Põhimõte • On meetod, mille puhul mõõdetakse analüüdi poolt neelatud infrapunase kiirguse intensiivsust. • Analüüdiks on molekulid - see on molekulspektroskoopia • Toimub IR (infrapunases, kesk-infrapunases) või NIR (lähi-infrapunases) spektrialas: – IR: 4000 .. 400 cm -1 2.5 .. 25 μm 2500 .. 25 000 nm – NIR: 10000 .. 4000 cm -1 1 .. 2.5 μm 1000 .. 2500 nm 25.03.2019 4 Lainepikkus ja lainearv • Lainearv [enamasti cm -1 ] – Väljendab ühele pikkusühikule mahtuvate lainete arvu – Nagu lainepikkuski, sõltub lainearv keskkonnast • Definitsioonavaldis, samad ühikud: Alaindeks i väljendab keskkonda • Kui lainepikkus on antud mikromeetrites, siis: i i λ 1 _ ] μm [ λ 10000 ] [cm i 1 - i 25.03.2019 • See on vibratsiooni- ehk võnkespektroskoopia – Neeldumise käigus suureneb molekulis tuumade omavaheliste võnkumiste amplituud – Neeldumised spektris vastavad molekulide üleminekutele madalaimalt võnkenivoolt kõrgematele võnkenivoodele, ehk teatavate võnkumiste ergastumisele – Molekulil on teatav komplekt karakteristlikke võnkumisi, milledele vastavad need võnkenivood – Kuigi iga sellise võnkumise käigus võngub põhimõtteliselt kogu molekul, saab paljusid võnkumisi siduda konkreetsete funktsionaalrühmadega 5 Põhimõte 25.03.2019 6 Energianivood molekulis IR spektroskoopia tegevusvaldkond: võnkeergastused sama elektroonse oleku piires E IR, NIR (Raman) S 0 põhiolek S 1 S 2 S 0 põhiolek
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
25.03.2019 1
Infrapunane Spektroskoopia
Meetodi füüsikalised alused.
Seadmete ehitus.
25.03.2019 2
Elektromagnetkiirgus ja meetodid
0.0001 0.01 1 100 10000 1000000 1E+08 1E+10
1E-11 1E-09 1E-07 0.00001 0.001 0.1 10 1000
, nm
, cm
0.0010.11010001000001000000
0
1E+091E+11, cm-1
Infrapunane spektroskoopia (IR, NIR)
UV-Vis spektroskoopia
Gamma-spektroskoopia
_
1.E+071.E+091.E+111.E+131.E+151.E+171.E+191.E+21
, Hz, s-1
Röntgen-spektroskoopia
Raadio-spektroskoopia
(NMR. ESR)
Mikrolaine-spektroskoopia
25.03.2019
Põhimõte• On meetod, mille puhul mõõdetakse analüüdi
poolt neelatud infrapunase kiirguse intensiivsust.
• Analüüdiks on molekulid - see on molekulspektroskoopia
• Toimub IR (infrapunases, kesk-infrapunases) võiNIR (lähi-infrapunases) spektrialas:– IR: 4000 .. 400 cm-1 2.5 .. 25 μm
• Kasutusel kallimates masinates ja keerukamates rakendustes (IR mikrospektroskoopia jne)
25.03.2019 34
MCT detektor• Miks vaja jahutada?
• Toatemperatuuril on juba mõnede osakeste soojusenergia piisav selleks, et toimuks elektronide üleminek:– Osakeste keskmine kineetiline energia, 300K:
E = 3/2 RT = 3.7 kJ/mol (Boltzmanni jaotus)
– IR kvantide energia:4000 cm-1 48 kJ/mol400 cm-1 4.8 kJ/mol
• Vajab jahutamist vedela lämmastikuga (77 K)– Osakeste keskmine kineetiline energia, 77K:
E = 3/2 RT = 0.96 kJ/mol
25.03.2019 35
Aparaatide konstruktsioon• Universaalmasinatel kaks põhilist:
– Dispersiivne (monokromaatoriga)• Klassikaline
• Praktiliselt sama ehitusega, mis kahekiireline UV-Vis spektrofotomeeter
• Praeguseks peaaegu ei toodeta
– Fourier’ teisendusel (FT) põhinev• Praegu täielikult domineeriv
• Vaatleme vaid seda
• Mittedispersiivsed (ND) IR analüsaatorid– Enamasti mitmesugused gaasianalüsaatorid
– Filtritel baseeruvad
25.03.2019 36
FT IR spektromeeter• Masina südameks on Michelsoni interferomeeter
• Selle asemel, et skaneerida läbi lainepikkusi (nagu UV-Vis spektrofotomeetrias), registreeritakse kiirguse võngete profiil e. signaali intensiivsuse muutumine ajas
• Saadaks nn time-domain spekter e interferogramm
• Sellele rakendatakse nn Fourier’ teisendus ja saadaks nn frequency domain spekter– See ongi sisuliselt see normaalne spekter