Инфракрасная спектроскопия
-
Инфракрасная спектроскопия
- Измерение взаимодействия инфракрасного излучения с веществом
- Используется для изучения и идентификации химических веществ
- Применяется в органической и неорганической химии, научных исследованиях и промышленности
-
Метод и техника
- Проводится с помощью инфракрасного спектрометра
- ИК-спектр визуализируется в виде графика поглощения света
- Единицы измерения волнового числа: обратные сантиметры (см-1)
- Единицы измерения длины волны: микрометры (мкм)
-
Области применения
- Контроль качества, динамические измерения и мониторинг
- Криминалистический анализ, идентификация пигментов
- Измерение степени полимеризации полимеров
- Полупроводниковая микроэлектроника, пищевая промышленность
- Обнаружение утечек газа, переработка пластиковых отходов
- Исследования катализа, классификация бактерий
-
Теория
- Молекулы поглощают частоты, характерные для их структуры
- Резонансные частоты связаны с нормальными модами колебаний
- Реальные молекулы отклоняются от гармонического движения
-
Количество режимов колебаний
- Для ИК-активности колебательный режим должен быть связан с изменениями дипольного момента
- Линейные молекулы имеют от 3N до 5 степеней колебательных мод
- Нелинейные молекулы имеют от 3N до 6 степеней колебательных мод
- Простые двухатомные молекулы имеют одну полосу колебаний
- Более сложные молекулы имеют много пиков в ИК-спектрах
-
Примеры режимов колебаний
- Атомы в группе CH2X2 могут вибрировать девятью способами
- Шесть режимов затрагивают только часть CH2
- В воде нет режимов раскачивания, виляния и скручивания
- В более сложных молекулах могут присутствовать внеплоскостные колебательные моды
-
Простейшие ИК-полосы
- Возникают при возбуждении нормальных мод молекулы
- Обертоновые полосы возникают при поглощении фотона
- Комбинированные режимы включают возбуждение нескольких мод
-
Практическая ИК-спектроскопия
- Регистрация спектра путем пропускания ИК-света через образец
- Измерение поглощения на каждой частоте
- Методы: монохроматор, преобразование Фурье
-
Подготовка образцов
- Пробы газа: ячейки для отбора проб, кюветы Уайта
- Жидкие образцы: между пластинками соли, компьютерная обработка
- Твердые образцы: измельчение, прессование, литая пленка, микротомия
-
Сравнение с эталоном
- Регистрация спектра образца и эталона
- Методы: последовательное измерение, двухлучевая установка, CRDS
-
Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR)
- Регистрация спектров с помощью интерферометра и преобразования Фурье
- Преимущества: мультиплексирование, пропускная способность
-
Инфракрасная микроскопия
- ИК-версии субдифракционной микроскопии, фототермическая микроспектроскопия, Нано-ИК, АСМ-ИК
-
Другие методы молекулярно-колебательной спектроскопии
- Рамановская спектроскопия: неупругое рассеяние фотонов
- Спектроскопия электронных потерь энергии (EELS): изучение колебаний молекул на твердой поверхности
-
Методы колебательной спектроскопии
- УГРИ высокого разрешения (HREELS) используются в просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) для наномасштабных измерений температуры, картирования изотопно меченых молекул и фононных мод.
- EELS также позволяет анализировать колебательные моды, неактивные в инфракрасном диапазоне.
-
Компьютерная инфракрасная микроскопия
- Компьютерное моделирование и анализ нормального режима используются для расчета теоретических частот молекул.
-
Полосы поглощения
- ИК-спектроскопия используется для идентификации структур по характерным полосам поглощения.
- Позиции полос сведены в корреляционные таблицы.
-
Регионы спектрографа
- Спектрограф имеет две области: функциональную группу (≥ 1,500 см-1) и область отпечатка пальца (< 1,500 см-1).
-
Правило Барсука
- Прочность связи коррелирует с длиной связи.
-
Изотопные эффекты
- Различные изотопы демонстрируют различные детали при ИК-спектроскопии.
- Влияние изотопов на вибрацию и динамику распада сильнее, чем считалось ранее.
-
Двумерное ИК-излучение
- Двумерный анализ инфракрасной корреляционной спектроскопии объединяет несколько образцов для выявления сложных свойств.
- Нелинейная двумерная инфракрасная спектроскопия использует фемтосекундные лазерные импульсы для мониторинга молекулярной динамики.
-
Применение ИК-спектроскопии
- ИК-спектроскопия используется в различных областях, таких как астрохимия, атомная и молекулярная астрофизика, судебная медицина и другие.