Plik 15

SPEKTROSKOPIA W
PODCZERWIENI
Podział zakresu IR
cm-1=104/μm
• NIR
12500-4000 cm-1
0.8-2.5 μm
• MIR (IR)
4000-400 cm-1
2.5-25 μm
• FIR
400-10 cm-1
25-1000 μm
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
Oddziaływanie promieniowania
z materią
Materia może oddziaływać z
promieniowaniem poprzez absorpcję lub
emisję.
Rodzaje energii wewnętrznej
układów materialnych
•
•
•
•
Energia translacji
Energia rotacji → ≈ 10-23 J/cząst.
Energia oscylacji → ≈ 10-20 J/cząst. - IR
Energia elektronów orbitali atomowych i
cząsteczkowych
• Energia spinów niesparowanych
elektronów lub jąder o właściwościach
magnetycznych
Reguły wyboru
Przejścia energetyczne mogą odbywać się
tylko między dozwolonymi poziomami
energetycznymi
Widmo oscylacyjno-rotacyjne
Widmo oscylacyjno-rotacyjne
CO
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
Drgania w cząsteczce H2O
Drgania cząsteczki CO2
Rodzaje drgań grupy CH2
Drgania rozciągające
√
1
f
ν=
2π mr
mr =
m 1 m2
m1 +m 2
−
√
1
f
ν=
2πc m r
Obliczanie częstości przykładowych drgań
rozciągających
Wiązanie f [N/cm]
obl.
dośw.
C=O
12.1
1731
1850-1600
C-H
5.0
3032
3000-2850
C-N
4.9
1135
1250-1000
O-H
7.0
3553
3800-2700
C=C
9.7
1657
1900-1500
Obliczanie częstości przykładowych drgań
rozciągających
Wiązanie f [N/cm]
obl.
dośw.
C=O
12.1
1731
1850-1600
C-H
5.0
3032
3000-2850
C-N
4.9
1135
1250-1000
O-H
7.0
3553
3800-2700
C=C
9.7
1657
1900-1500
Energia potencjalna oscylatora
harmonicznego
1 2
U (q )= fq
2
Drgania obserwowane w MIR i NIR
E= ( n+
1
2
) hν
n = 0, 1, 2, 3……..
ΔE=hν drgania podstawowe - MIR
ΔE=2*hν 1 nadton – MIR/NIR
ΔE=3*hν 2 nadton - NIR
Jak wyglądają typowe widma MIR
Zakresy widma IR
Zakresy widma IR
Najważniejsze zakresy MIR
• 3650-3200 cm-1 – ν(OH), ν(NH),
• 1800-1600 cm-1 – ν(C=O), ν(C=C), ν(C=N),
δ(NH2)
• 2700-2000 cm-1 – νas(X=Y=Z)
• 3000-2700 cm-1 – ν(C-H) (CH2, CH3)
• 1500-1350 cm-1 – δ(CH2, CH3)
• 3200-3000 cm-1 – ν(C-H) (alkeny, Ar)
• 1600-1500 cm-1 – ν(C=C) (Ar)
• 1350-1000 cm-1 – ν(C-O)
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!!
Zależność wyglądu widma MIR od
warunków otrzymywania
Cyklopentanon
• A - CCl4
• B – CS2
• C - CHCl3
• Film
Typowe widmo alkanu
Alkan i alken
Typowy alkin
Typowy alkohol alifatyczny
Typowe widmo ketonu alifatycznego
Typowe widmo związku nitrowego
Sposoby przygotowania próbek
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
– Roztwory CCl4, CS2, CHCl3, CH2Cl2, CH3CN
• Gazy – kuwety gazowe
Schemat kuwety gazowej
ATR -całkowite osłabione
odbicie