2.2.24 Abszorpciós spektrofotometria… 1
Ph.Hg.VIII. – Ph.Eur.5.0-
01/2005:20224
2.2.24. ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA AZ INFRAVÖRÖS SZÍNKÉPTARTOMÁNYBAN Az infravörös spektrofotométereket a 4000 – 650 cm-1 (2,5 – 15,4 µm) közti, illetve néhány esetben egészen a 200 cm-1-ig (50 µm) terjedő tartományban alkalmazzuk spektrumfelvételre.
KÉSZÜLÉK A spektrumfelvételre alkalmas spektrofotométerek részei: megfelelő fényforrás, monokromátor vagy interferométer és detektor. A Fourier-transzformációs spektrofotométerek polikromatikus sugárzást állítanak elő és a spektrumot az adott frekvenciatartományban Fourier-transzformációval számítják ki az eredeti adatokból. A mérési tartományban monokromatikus sugárzás kibocsátására alkalmas optikai rendszerrel ellátott spektrofotométerek is használhatók. A spektrum rendszerint a transzmittanciát – azaz az áthaladó és a beeső sugárzás intenzitásarányát – ábrázoló függvény, de abszorbanciafüggvényként is megjeleníthető. Az abszorbanciát (A) a transzmittancia (T) reciprokának tizes alapú logaritmusaként definiáljuk:
⎛I ⎛1⎞ A = log10 ⎜ ⎟ = log10 ⎜ 0 ⎝T ⎠ ⎝ I ahol T
=
I/I0,
I0
=
a beeső sugárzás intenzitása,
⎞ ⎟ ⎠,
2.2.24 Abszorpciós spektrofotometria… 2
I
=
Ph.Hg.VIII. – Ph.Eur.5.0-
az áthaladó sugárzás intenzitása.
A MINTA ELŐKÉSZÍTÉSE MINTAELŐKÉSZÍTÉS TRANSZMISSZIÓ VAGY ABSZORPCIÓ REGISZTRÁLÁSA ESETÉN Az anyagot a következő módszerek egyikével készítjük elő. Folyadékok. A folyadékokat két infravörös-áteresztő lemez közé zárt filmként vagy megfelelő rétegvastagságú, infravörös-áteresztő küvettába töltve vizsgáljuk. Folyadékokból vagy szilárd anyagokból készült oldatok. Alkalmas oldószerrel elkészítjük az oldatot. Az oldatok töménységét és a küvetta rétegvastagságát úgy választjuk meg, hogy kielégítő minőségű spektrumot kapjunk. 10 – 100 g/l koncentrációjú oldatokkal, 0,5 – 0,1 mm rétegvastagságban többnyire jó eredményeket kapunk. Az oldószer abszorpcióját az összehasonlító sugárnyaláb útjába helyezett, oldószert tartalmazó, hasonló küvettával kompenzáljuk. Amennyiben FT-IR készüléket használunk, az oldószer abszorpciójának kompenzálására egymásután felvesszük az oldószer és a minta spektrumát. Az oldószer – kompenzációs faktorral korrigált – abszorpcióját számítógépes szoftver alkalmazásával vonjuk ki a mintaoldat spektrumából. Szilárd anyagok. A szilárd anyagokat – az adott feladattól függően – alkalmas folyadékkal készített szuszpenzióban (mull) vagy szilárd halmazállapotban (halogenid pasztilla) vizsgáljuk. Ha a cikkely úgy írja elő, a megolvasztott anyagból készített filmet vizsgáljuk két infravörös-áteresztő lemez között. A.
Szuszpenzió (mull). A vizsgálandó anyag kis mennyiségét nagyon kevés R folyékony paraffinnal vagy más, alkalmas folyadékkal péppé dörzsöljük; általában 5 – 10 mg vizsgálandó anyag egy csepp R folyékony paraffinnal elegendő a megfelelő szuszpenzió elkészítéséhez. A szuszpenziót két infravörös-áteresztő lemez közé szorítjuk.
B.
Pasztilla.
2.2.24 Abszorpciós spektrofotometria… 3
Ph.Hg.VIII. – Ph.Eur.5.0-
A vizsgálandó anyag 1 – 2 mg-ját, ha nincs másképpen előírva, 300 – 400 mg finoman elporított, szárított R kálium-bromiddal vagy R kálium-kloriddal eldörzsöljük. Ilyen mennyiségek általában elegendőek egy 10 – 15 mm átmérőjű pasztillához és ahhoz, hogy megfelelő intenzitású spektrumot kapjunk. Amennyiben a vizsgálandó anyag hidroklorid, a pasztilla készítéséhez R kálium-kloridot ajánlatos használni. A keveréket gondosan eldörzsöljük, egyenletesen beleszórjuk a pasztillakészítő formába, majd 800 MPa (8 t·cm-2) nyomással pasztillává sajtoljuk. Ha az anyag közönséges légköri körülmények között bomlékony vagy nedvszívó, a pasztillát vákuumban préseljük. Bizonyos tényezők, pl. nem kielégítő vagy – éppen ellenkezőleg – túl hosszas porítás, a vivőanyag nedvességtartalma, vagy egyéb szennyezései, vagy a nem elég finom szemcseméret miatt hibás pasztillákat kaphatunk. A pasztilla nem használható, ha áttetszősége szabad szemmel vizsgálva nem egyenletes, vagy ha 2000 cm-1 (5 µm) környékén – ahol nincs jellemző abszorpciós sáv – kompenzáció nélkül mért transzmittanciája kisebb, mint 60 %, hacsak nincs más előírás. Gázok. A gázokat infravörös-áteresztő, és kb. 100 mm optikai úthosszal rendelkező cellában vizsgáljuk. A cellát evakuáljuk, majd – a vizsgálandó gázt tartalmazó tartály és a cella közé megfelelő vezetéket iktatva – a zárócsapon vagy a tűszelepen át a kívánt nyomásra töltjük. Ha szükséges, a légköri nyomást a cellában infravörös-áteresztő gázzal (pl. R nitrogén vagy R argon) állítjuk be. A víz, a szén-dioxid vagy egyéb légköri gáz zavaró abszorpciójának elkerülése érdekében lehetőleg ugyanilyen evakuált, vagy infravörös-áteresztő gázzal töltött cellát helyezünk az összehasonlító sugárnyaláb útjába. MINTAELŐKÉSZÍTÉS DIFFÚZ REFLEXIÓ REGISZTRÁLÁSA ESETÉN. Szilárd anyagok. A vizsgálandó anyagot finoman porított és kiszárított R káliumbromiddal vagy R kálium-kloriddal eldörzsöljük. A triturációt úgy készítjük, hogy – hacsak nincs más előírás – kb. 5 % vizsgálandó anyagot tartalmazzon. Az eldörzsölt keveréket mintatartóba helyezzük és felvesszük a reflexiós spektrumot. A minta abszorbanciaspektrumát a kapott spektrum matematikai feldolgozásával – a Kubelka-Munk függvényt alkalmazva – kapjuk meg. MINTAELŐKÉSZÍTÉS GYENGÍTETT TOTÁLREFLEXIÓ ESETÉN
2.2.24 Abszorpciós spektrofotometria… 4
Ph.Hg.VIII. – Ph.Eur.5.0-
Gyengített totálreflexió (beleértve a sokszorozott belső reflexiót) alkalmazása esetén a fénysugár visszaverődést szenved – általában többszörösen – egy áteresztő közegben. Mindazonáltal, léteznek olyan műszerek is, amelyekben a visszaverődés egyszeres. Az anyagot következőképpen készítjük elő. A vizsgálandó anyagot szoros érintkezésbe hozzuk a belső reflexiós kristállyal (internal reflexion element = IRE), amely lehet pl. gyémánt, germánium, cinkszelenid, tallium-bromid-jodid (KRS-5) vagy más, nagy törésmutatójú, alkalmas anyag. Az anyag és a belső reflexiós elem teljes kristályfelülete között szoros és egyenletes érintkezést kell biztosítani; ezt vagy nyomás alkalmazásával, vagy úgy érjük el, hogy az anyagot megfelelő oldószerben feloldjuk, majd az oldatot a belső reflexiós elemre visszük és ott beszárítjuk. Ezután felvesszük a gyengítetttotálreflexiós (ATR) spektrumot.
AZONOSÍTÁS REFERENCIAANYAGOK SEGÍTSÉGÉVEL A vizsgálandó anyagot és a referenciaanyagot azonos módon készítjük elő és a 4000 – 650 cm-1 (2,5 – 15,4 µm) tartományban, azonos mérési körülmények között felvesszük a spektrumokat. A vizsgálandó anyag spektruma – a transzmissziós minimumok (abszorpciós maximumok) helye és relatív mérete tekintetében – egyezzék meg a referenciaanyag (CRS) spektrumával. Ha a szilárd halmazállapotú anyagok spektrumaiban a transzmissziós minimumok (abszorpciós maximumok) helye eltér egymástól, akkor mind a vizsgálandó anyagot, mind a referenciaanyagot azonos módon kell kezelni, hogy azonos módosulatban kristályosodjanak vagy jelenjenek meg, illetőleg a cikkelyben leírtak szerint kell eljárni, majd a spektrumokat ismételten fel kell venni.
AZONOSÍTÁS REFERENCIASPEKTRUMOK SEGÍTSÉGÉVEL A felbontóképesség ellenőrzése. Monokromátoros készülék használata esetén felvesszük egy kb. 35 μm vastagságú polisztirolfilm spektrumát. A 2870 cm-1-en (3,48 µm) lévő transzmissziós maximumon (A) és a 2849,5 cm-1-en (3,51 µm) lévő transzmissziós minimumon (B) mért, százalékban kifejezett transzmittanciák különbsége (x) (lásd 2.2.24. – 1. ábra) nagyobb legyen, mint 18. Az 1589 cm-1-en (6,29 µm) lévő transzmissziós maximumon (C) és az 1583 cm-1-en (6,32 µm) lévő
2.2.24 Abszorpciós spektrofotometria… 5
Ph.Hg.VIII. – Ph.Eur.5.0-
transzmissziós minimumon (D) mért, százalékban kifejezett transzmittanciák különbsége (y) nagyobb legyen, mint 10.
2.2.24.-1. ábra. – A felbontóképesség ellenőrzésére használt polisztirol jellemző spektrumrészletei Fourier-transzformációs készülék esetén a megfelelő felbontást a gyártó által előírt megfelelő apodizációval érhetjük el. A felbontást megfelelő módon, pl. egy kb. 35 μm vastagságú polisztirolfilm spektrumának felvételével ellenőrizni kell. A 2870 cm-1-en lévő minimumon és a 2849,5 cm-1-en lévő maximumon mért abszorbanciák közti különbség nagyobb legyen, mint 0,33. Az 1589 cm-1-en lévő minimumon és az 1583 cm-1-en lévő maximumon mért abszorbanciák közti különbség nagyobb legyen, mint 0,08.
2.2.24 Abszorpciós spektrofotometria… 6
Ph.Hg.VIII. – Ph.Eur.5.0-
A hullámszámskála ellenőrzése. A hullámszámskálát polisztirolfilmmel ellenőrizhetjük; a polisztirol transzmissziós minimumainak (abszorpciós maximumainak) hullámszámait (cm-1-ben) a 2.2.24. – 1. táblázat tünteti fel.
2.2.24.-1. táblázat. – A polisztirolfilm transzmissziós minimumai az elfogadható tűréshatárokkal Transzmissziós minimumok (cm-1)
Elfogadható tűréshatárok (cm-1) monokromátoros készülékekre
Fourier-transzformációs készülékekre
3060,0
± 1,5
± 1,0
2849,5
± 2,0
± 1,0
1942,9
± 1,5
± 1,0
1601,2
± 1,0
± 1,0
1583,0
± 1,0
± 1,0
1154,5
± 1,0
± 1,0
1028,3
± 1,0
± 1,0
Vizsgálat. A vizsgálandó anyagot a referenciaspektrumhoz/referenciaanyaghoz mellékelt előírás szerint készítjük elő. A referenciaspektrum felvételéhez alkalmazott körülmények között, amely általában megegyezik a felbontóképesség ellenőrzésekor alkalmazott körülményekkel, felvesszük a vizsgálandó anyag spektrumát. A vizsgálandó anyag spektruma – a sávok helyzete és relatív mérete tekintetében – egyezzék meg a referenciaanyag spektrumával. A vízgőz és a levegő szén-dioxidjának kompenzálása. Fourier-transzformációs készülékek használata esetén a vízgőz és a szén-dioxid spektrális zavaró hatásának kiküszöbölésére – a gyártó útmutatásai szerint – megfelelő algoritmusokat
2.2.24 Abszorpciós spektrofotometria… 7
Ph.Hg.VIII. – Ph.Eur.5.0-
alkalmazunk. Úgy is eljárhatunk, hogy a spektrumokat megfelelően átöblített berendezésben vesszük fel, vagy gondoskodunk arról, hogy a minta és a háttér egyutas spektrumainak felvétele során a körülmények pontosan azonosak legyenek.
SZENNYEZÉSEK VIZSGÁLATA GÁZOKBAN A szennyezések vizsgálatához infravörös-áteresztő és megfelelő optikai úthosszúságú (pl. 1 – 20 m) cellát használunk. A cellát a “Gázok” bekezdésben előírtak szerint töltjük meg. A szennyezések kimutatását és meghatározását a megfelelő cikkelyben előírtak szerint végezzük.
