Infračervená spektrometrie Podstata infračervené absorpce jednofotonový přechod mezi dvěma
vibračními (vibračně-rotačními) stavy molekuly, molekuly
jejichž energie jsou E1 a E2, vyvolaný interakcí s fotonem dopadajícího záření hνabs = E2 - E1 hνvib = E2 - E1 pro fundamentální přechody
Infračervená spektrometrie Podstata infračervené absorpce vibrační (vibračně-rotační) stavy - počty vibračních stavů - počet vibračních modů (stupňů volnosti) 3N-6 (3N-5 - lineární molekuly), N - počet atomů - pro každý stupeň volnosti - vibrační frekvence - potenciálová křivka - sada stavů (hladin)
Infračervená spektrometrie Podstata infračervené absorpce TYPY VIBRAČNÍCH MODŮ - valenční vibrace - změna délky vazby - symetrická, antisymetrická, asymetrická - deformační vibrace - změna vazebných úhlů - nůžková, deštníková, kývavá, vějířová, kroutivá - rovinná, mimorovinná - symetrická, antisymetrická, asymetrická
Infračervená spektrometrie
Infračervená spektrometrie Podstata infračervené absorpce VIBRAČNÍ FREKVENCE - hmotnost atomů - síla vazby - vliv typu pohybu v rámci dané skupiny atomů
Infračervená spektrometrie Podstata infračervené absorpce přechody mezi
vibračními (vibračně-rotačními) stavy - typy možných přechodů při absorpci IČ záření - v rámci jednoho vibračního modu - fundamentální (změna kvantového čísla o jednotku)
- vyšší harmonické - svrchní tóny - zahrnuto více vibračních modů - kombinační
Infračervená spektrometrie Základní výběrové pravidlo infračervené absorpce
∂p ≠0 ∂q INTENZITA PÁSŮ ÚMĚRNÁ ZMĚNĚ DIPOLOVÉHO MOMENTU BĚHEM VIBRAČNÍHO POHYBU
Infračervená spektrometrie ∂p =0 ∂q
NEABSORBUJÍ IČ záření O2, N2, H2, O3 prášková síra křemík uhlík - grafit, diamanty
látka, která neabsorbuje IČ záření, ho může reflektovat
Infračervená spektrometrie ∂p ≠0 ∂q
SILNĚ ABSORBUJÍ IČ záření
HCl, H2O, CO2, SO2, NxOy alkoholy, karbonylové a karboxylové sloučeniny nitroderiváty, sulfo-deriváty halogenderiváty anorganické soli a komplexní sloučeniny
Infračervená spektrometrie ANALYZOVANÉ TYPY MATERIÁLŮ - plyny - analýza složení zemního plynu - monitoring vzdušných polutantů - kapaliny, roztoky - analýza olejů - analýza odpadních vod - analýza mléka - práškové vzorky - analýza léčiv, drog, trhavin - analýza rud, hnojiv - fázové rozhraní - povrchová analýza
Infračervená spektrometrie - instrumentace
Infračervená spektrometrie - instrumentace
ČÁSTI FTIR SPEKTROMETRU • ZDROJ ZÁŘENÍ MIR, FIR - keramická tyčinka žhavená na teplotu 1000 - 1200°C - SiC, Globar NIR - žárovka - wolframová, wolfram-halogenová
• DĚLIČ PAPRSKŮ MIR - Ge povlak na KBr, ZnSe, NIR - Si povlak na CaF2, či křemeni FIR - kovová síťka, PET-Mylar
Infračervená spektrometrie - instrumentace
ČÁSTI FTIR SPEKTROMETRU • DETEKTOR ZÁŘENÍ MIR - DTGS (deuteriumtriglycin sulfát) - MCT (mercury-cadmium-telurid) NIR - InSb, Ge, MCT FIR - DTGS, GaAs-Zn
Infračervená spektrometrie - TRANSMISNÍ MĚŘENÍ - plyny - plynové kyvety - optická délka 1 cm - 10 m - roztoky - kapalinové kyvety - 0,01 mm - 10 mm - kapaliny - kapalinové kyvety - 0,002 mm - 0,05 mm - pevné látky - suspenze s Nujolem, Fluorolube kapalinové kyvety - tablety s KBr
Infračervená spektrometrie - Reflexní Reflexní techniky ATR
Infračervená spektrometrie - Reflexní Reflexní techniky ATR - attenuated total reflection - zeslabený úplný (vnitřní) odraz
Infračervená spektrometrie - Faktory, které ovlivňují ATR spektrální analýzu POUZE ODRAZ - NIKOLI LOM ! • Vlnová délka infračerveného záření • Index lomu IRE a vzorku • Hloubka průniku • Úhel dopadu • Účinnost kontaktu se vzorkem
Infračervená spektrometrie Účinnost kontaktu se vzorkem evanescentní vlna se zmenšuje (rozpadá) velmi rychle se vzdáleností od povrchu, tj. je důležité mít vzorek v dokonalém optickém kontaktu s krystalem
Materiál krystalu
ZnSe, AMTIR, Si, safír
Vzorky
kapaliny, povrchové vrstvy na měkkém podkladu, měkké pevné vzorky, odparky
Infračervená spektrometrie - Reflexní Reflexní techniky DRIFT
Infračervená spektrometrie - Reflexní Reflexní techniky DRIFT - rychlé měření práškových vzorků - nízká opakovatelnost dat - složitý fyzikální popis jevu tvar částic, „zhutnění“ vzorku index lomu částic reflektivita a absorpční vlastnosti částic
Infračervená spektrometrie - INTERPRETACE SPEKTER a IDENTIFIKACE LÁTEK - důkazy funkčních skupin - charakteristické pásy - interpretační tabulky - síla vazby, hmotnosti atomů, typ vibrace - identifikace látek - “otisk palce“ - knihovny spekter - tištěné - elektronické
Infračervená spektrometrie 1,1
1,0
2935
- INTERPRETACE SPEKTER a IDENTIFIKACE LÁTEK CYCLOHEPTANE, 98%
0,9 0,8
0,6 0,5 0,4
2869
0,3 0,2
1462
Absorbance
0,7
0,1
3000
2000 Wavenumbers (cm-1)
1000
Infračervená spektrometrie - INTERPRETACE SPEKTER a IDENTIFIKACE LÁTEK 1,0 0,9
2927
1-Heptene, 99+% 2960
1,1
0,2 0,1
3000
2000 Wavenumbers (cm-1)
634
1641
0,3
1378
0,4
1460
0,5
994
0,6
3077
Absorbance
0,7
910
2860
0,8
1000
Infračervená spektrometrie
0,9
632
2935 2870
1,0
1-Hexyne, 99%
3307
1,1
2960
- INTERPRETACE SPEKTER a IDENTIFIKACE LÁTEK
0,8
1462
0,6 0,5
0,3 0,2
1380 1247
0,4
2117
Absorbance
0,7
0,1
3000
2000 Wavenumbers (cm-1)
1000
Kvantitativní spektrometrie
- specifické aspekty jednotlivých metod MOLEKULOVÁ absorpční/reflexní spektrometrie - střední a vzdálená infračervená oblast KVANTITATIVNÍ ANALÝZA ORGANICKÝCH LÁTEK • STANOVENÍ „NEL“ - (ropné látky) v pitné vodě, v odpadních vodách, v půdě (ČSN 757505, 83 0540) • ANALÝZA POTRAVIN - mléka (Milkoscan) - ztužování tuků • ANALÝZA PLYNŮ - monitorování atmosféry
Kvantitativní spektrometrie
- specifické aspekty jednotlivých metod MOLEKULOVÁ absorpční/reflexní spektrometrie - blízká infračervená oblast - velmi široké pásy - obtížné korektní přiřazení pásů - často používána v reflexním módu - často používána vláknová optika - překryv pásů různých komponent - NUTNÉ MULTIVARIAČNÍ KALIBRAČNÍ MODELY - NEDESTRUKTIVNÍ PROCESNÍ ANALYTICKÁ METODA - automatizovatelná
Kvantitativní spektrometrie
- specifické aspekty jednotlivých metod MOLEKULOVÁ absorpční/reflexní spektrometrie - blízká infračervená oblast - velmi široké pásy - ANALÝZA POTRAVIN, FARMAK, PLASTŮ atd. • • • • • •
stanovení alkoholu a cukru v nápojích analýza sýrů - obsah tuků, cukrů, proteinů, obsah vody stanovení aktivní látek v tabletách (paracetamol, ibuprofen) stanovení oktanového čísla a obsahu aromátů - petrochemie stanovení aditiv v plastech stanovení obsahu celulosy - papírenský průmysl
Kvantitativní spektrometrie
- specifické aspekty jednotlivých metod MOLEKULOVÁ spektrometrie - blízká infračervená oblast