SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI

Prezentacja na temat: "SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI"— Zapis prezentacji:

1 SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI

2 Podział zakresu IR NIR 12500-4000 cm-1 0.8-2.5 μm MIR (IR)
FIR cm-1 μm Podczerwień to zakres promieniowania o długości fal od 780 nm (umowny koniec zakresu widzialnego) do 1 mm (umowny początek zakresu mikrofalowego). W praktyce największe zastosowanie ma spektroskopia w środkowej podczerwieni od 2,5 μm do 25 μm, czyli od 4000 cm-1 do 400 cm-1. cm-1=104/μm

3 Promieniowanie – teoria korpuskularno-falowa
Energia kwantu promieniowania: E = hν własności korpuskularne ν = c/λ własności falowe E = hν = hc/λ h=6.6*10-34 J*s c=3*108 m/s v- częstość drgań

4 Oddziaływanie promieniowania z materią
Materia może oddziaływać z promieniowaniem poprzez absorpcję lub emisję. Materia może oddziaływać z promieniowaniem poprzez absorpcję i emisję. Procesy te polegają na pochłonięciu lub wyemitowaniu fotonu przez cząstkę materii. W obu tych procesach energia fotonu odpowiada różnicy energii pomiędzy stanami początkowym i końcowym cząsteczki, przy czym w przypadku absorpcji stan końcowy jest stanem o energii większej od stanu początkowego o energię zaabsorbowanego fotonu, a w przypadku emisji stan końcowy ma energię niższą niż stan początkowy o wartość równą energii wyemitowanego fotonu.

5 Rodzaje energii wewnętrznej układów materialnych
Energia translacji Energia rotacji → ≈ J/cząst. Energia oscylacji → ≈ J/cząst. - IR Energia elektronów orbitali atomowych i cząsteczkowych Energia spinów niesparowanych elektronów lub jąder o właściwościach magnetycznych

6 Reguły wyboru Przejścia energetyczne mogą odbywać się tylko między dozwolonymi poziomami energetycznymi Absorpcja promieniowania podczerwonego dla większości znanych cząsteczek powoduje ich wzbudzenia (przejścia) na wyższe poziomy oscylacyjne. Nie wszystkie przejścia są jednak aktywne i posiadają mierzalną intensywność. Przejścia aktywne, inaczej zwane w spektroskopii przejściami dozwolonymi muszą spełniać pewne kryteria określane jako reguły wyboru. W podczerwieni aktywne są tylko przejścia cząsteczek polarnych, obdarzonych niezerowym momentem dipolowym. Mówiąc bardziej precyzyjnie w cząsteczce wzbudzane mogą być tylko te drgania, które zmieniają moment dipolowy cząsteczki. Ponadto najbardziej aktywne przejścia zachodzą pomiędzy sąsiednimi poziomami oscylacyjnymi danego drgania.

7 Widmo oscylacyjno-rotacyjne

8 Widmo oscylacyjno-rotacyjne CO

9 Liczba drgań cząsteczki
Cząsteczka m-atomowa ma 3m stopni swobody nieliniowa – 3m-6 drgań podstawowych liniowa –3m-5 drgań podstawowych Drgania są aktywne w IR tylko tedy, gdy powodują zmianę momentu dipolowego cząsteczki → H2, N2, Cl2 – nieaktywne → I-Cl, CO – aktywne Związane jest to z mechanizmem przekazywania energii fotonu cząsteczce. Moment dipolowy to iloczyn ładunku i odległości. Jest on wielkością wektorową

10 Drgania w cząsteczce H2O

11 Drgania cząsteczki CO2 Drgania nożycowe = są równocenne

12 Rodzaje drgań grupy CH2

13 Drgania rozciągające

14 Obliczanie częstości przykładowych drgań rozciągających
Wiązanie f [N/cm] obl. dośw. C=O 12.1 1731 C-H 5.0 3032 C-N 4.9 1135 O-H 7.0 3553 C=C 9.7 1657

15 Obliczanie częstości przykładowych drgań rozciągających
Wiązanie f [N/cm] obl. dośw. C=O 12.1 1731 C-H 5.0 3032 C-N 4.9 1135 O-H 7.0 3553 C=C 9.7 1657

16 Energia potencjalna oscylatora harmonicznego
Dla niższych poziomów energetycznych oscylator harmoniczny stanowi dość dobre przybliżenie; dla wyższych model ten przestaje być słuszny

17 Drgania obserwowane w MIR i NIR
ΔE=hν drgania podstawowe - MIR ΔE=2*hν 1 nadton – MIR/NIR ΔE=3*hν 2 nadton - NIR

18 Jak wyglądają typowe widma MIR

19 Zakresy widma IR

20 Zakresy widma IR

21 Najważniejsze zakresy MIR
cm-1 – ν(OH), ν(NH), cm-1 – ν(C=O), ν(C=C), ν(C=N), δ(NH2) cm-1 – νas(X=Y=Z) cm-1 – ν(C-H) (CH2, CH3) cm-1 – δ(CH2, CH3) cm-1 – ν(C-H) (alkeny, Ar) cm-1 – ν(C=C) (Ar) cm-1 – ν(C-O)

22 Interpretacja widm MIR
Nie należy próbować zinterpretować wszystkich istniejących pasm absorpcji Badać kolejno podane wyżej zakresy Wnioskować zarówno o obecności grup funkcyjnych na podstawie istnienia charakterystycznych pasm absorpcji, jak i o ich braku, gdy pasma nie występują UWAGA – położenie pasm może zmieniać się nawet o 20 cm-1 przy zmianie warunków uzyskiwania widma!!

23 Zależność wyglądu widma MIR od warunków otrzymywania
Cyklopentanon A - CCl4 B – CS2 C - CHCl3 Film

24 Typowe widmo alkanu ρ – wahadłowe

25 Alkan i alken

26 Typowy alkin Alkiny symetryczne – pasm ok cm-1 (drgania rozciągające wiązania potrójnego) – nie obserwujemy ze względu na symetrię cząsteczek

27 Typowy alkohol alifatyczny

28 Typowe widmo ketonu alifatycznego
Dla nitrozwiązków aromatycznych – także dwa pasma, ale przy nieco niższych liczbach falowych

29 Typowe widmo związku nitrowego
Dla nitrozwiązków aromatycznych – także dwa pasma, ale przy nieco niższych liczbach falowych

30 Sposoby przygotowania próbek

31 Sposoby przygotowania próbek do pomiarów w świetle przechodzącym
Substancje stałe Pastylki KBr Roztwory CCl4, CS2, CHCl3, CH2Cl2, CH3CN Zawiesina w Nujolu, heksachlorobutadienie, polichlorotrifluoroetylenie – na płytkach NaCl Ciecze Cienki film Gazy – kuwety gazowe Materiały do wykonywania kuwet – NaCl lub AgCl

32 Schemat kuwety gazowej

33 ATR -całkowite osłabione odbicie