SPEKTROSKOPIA W PODCZERWIENI

SPEKTROSKOPIA W

PODCZERWIENI

Podział zakresu IR

• 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

cm^-1=10⁴/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 H

O

Drgania cząsteczki CO

Rodzaje drgań grupy CH

m_r= m₁ m₂ m₁ +m₂

Drgania rozciągające

ν

−

= 1

2πc

√

ν= 1

2π

√

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

U (q )= 1

2 fq²

Drgania obserwowane w MIR i NIR

n = 0, 1, 2, 3……..

ΔE=h

ν drgania podstawowe - MIR

ΔE=2*h

ν 1 nadton – MIR/NIR

ΔE=3*h

ν 2 nadton - NIR

E=( n+1

2)hν

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 – ν_as(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