طیف سنجی قرمز

طیف سنجی قرمز

اسلاید 1: طیف سنجی زیر قرمز

اسلاید 2: =>EMS and Molecular Effects

اسلاید 3: طیف های جذبی ، نشری و بازتابشی زیر قرمز برای گونه های مولکولی را می توان با فرض اینکه تمام آنها از تغییرات مختلف در انرژی به وجود آمده است به وسیله گذارهای مولکولی از یک حالت انرژی ارتعاشی به دیگری ناشی می شوند ، به دست آورد .طیف سنجی زیر قرمز1-6 نظریه طیف سنجی جذبی زیر قرمز

اسلاید 4: Molecular Vibrations and IR SpectroscopyMolecular Vibrations and IR Spectroscopy

اسلاید 5: Molecules are made up of atoms linked by chemical bonds. The movement of atoms and chemical bonds like spring and balls (vibration)

اسلاید 6:

اسلاید 7: What Exactly Is Being Measured?METHANEWhen Light hits a sample, It is Excited, and is forced to vibrate and move. It is these vibrations which we are measuring. 7

اسلاید 8: جذب تابش زیر قرمز عمدتا به گونه های مولکولی که اختلاف انرژی کوچکی بین حالت های مختلف ارتعاشی و چرخشی آنها وجود دارد ، محدود می شود .طیف سنجی زیر قرمزتغییرات دو قطبی طی ارتعاشات و چرخش ها :

اسلاید 9: برای اینکه تابش زیر قرمز توسط یک مولکول جذب شود ، گشتاور دو قطبی این مولکول باید در نتیجه حرکت چرخشی و ارتعاشی آن ، متحمل یک تغییر خالص شود .هیچ تغییر خالصی در گشتاور دو قطبی طی ارتعاش یا چرخش گونه های هم هسته مانند I2 ، یا به وقوع نمی پیوندد ، در نتیجه چنین ترکیباتی نمی توانند در زیر قرمز جذب کنند .طیف سنجی زیر قرمز

اسلاید 10: How does the mass influence the vibration?H2I2MM =2 g/moleMM =254 g/moleThe greater the mass - the lower the wavenumber (ύ)For a vibration at 4111 cm-1 (the stretch in H2), how many vibrations occur in a second?120 x 1012 vibrations/sec or a vibration every 8 x 10-15 seconds!120 trillion vibration per second!!!!

اسلاید 11: IR - Change in Dipole Moment M-M-M+M+M-M-+_+_+_+_+_+_+_+_طیف سنجی زیر قرمز

اسلاید 12: انواع ارتعاشات مولکولی 1) کششی : ارتعاش کششی شامل یک تغییر پیوسته در فاصله بین اتم ها در طول پیوند بین دو اتم است. 2 ) خمشی : ارتعاشات خمشی با تغییری در زاویه بین دو پیوند مشخص می شوند و بر چهار نوع اند :1 – قیچی وار 2 – گهواره ای 3 – جنبانه ای4 – رقاصکی

اسلاید 13: Stretching TypesSymmetricAsymmetricBending TypesIn-plane (Scissoring)2. Bending - change in bond angle (lower frequency)Out-plane (Twisting)

اسلاید 14: Modes of vibrationsStretching: change in bond distance. Occurs at higher energy: 4000-1250 cm1.-CH2-H2OBending: change in bond angle. Occurs at lower energy: 1400-666 cm1.

اسلاید 15: طیف سنجی زیر قرمز

اسلاید 16: For linear molecule (e.g. CO2) :Vibrational degrees of freedom or Fundamental Vibrations = 3n – 5SymmetricalStretching (υs CO2)1340 cm-1AsymmetricalStretching (υas CO2)2350 cm-1Scissoring (bending outof the plane of the paper) (δs CO2) 666 cm-1Scissoring (bending in the plane of the paper) (δs CO2) 666 cm-1

اسلاید 17: k : ثابت نیرو F : نیروی بازگردان y : فاصله قانون هوک : الگوی مکانیکی یک ارتعاش کششی در یک مولکول دو اتمیمشخصات یک ارتعاش کششی اتمی را می توان با یک الگوي مکانیکی متشکل از دو جرم که با یک فنر به هم متصل اند ، تقریب زد .

اسلاید 18: : فرکانس طبیعی : جرم کاهیدهفرکانس ارتعاش مولکولی با جایگزین کردن جرم های دو اتم تشکیل دهنده مولکول به جای و در معادله ( 2 ) و با استفاده از معادله ( 1 ) محاسبه می شود . ( k ثابت نیرو برای پیوند شیمیایی است . )طیف سنجی زیر قرمزانرژی پتانسیل یک نوسانگر هماهنگفرکانش ارتعاشی :ارتعاش مولکولی : (1)(2)

اسلاید 19: معادله 3 و اندازه گیری های زیر قرمز ، امکان تعیین ثابت های نیرو برای انواع مختلف پیوند های شیمیایی را فراهم می آورد .طیف سنجی زیر قرمزطرز عمل کوانتومی با ارتعاشات : ( 3 ) : عدد موجی : ثابت نیروی پیوند : سرعت نور

اسلاید 20: =12pcnKmlarger K,higher frequencylarger atom masses,lower frequencyconstants215016501200C=C > C=C > C-C=C-H > C-C > C-O > C-Cl > C-Br3000 1200 1100 750 650increasing Kincreasing m

اسلاید 21: طیف سنجی زیر قرمزمثال :

اسلاید 22: به علت وجود دافعه کولنی در هنگام نزدیک شدن دو هسته به یکدیگر و تفکیک اتم ها در جائیکه فاصله بین اتم ها زیاد می شود ، در عمل ، ارتعاشات مولکولی از مدل نوسان گر هماهنگ تبعیت نمی کنند .نوسانگر نا هماهنگ :انحرافات ناشی از نا هماهنگی :در اعدا د کوانتومی بزرگ ، کوچک می شود .از قانون گزینش کاملا تبعیت نمی شود و گذارهای ، یا مشاهده می شود . ( خطوط بالا تن )شیوه های ( مدها ) ارتعاشی :مولکول خطی مولکول غیر خطیN تعداد اتم های یک مولکول قواعد گزینشی انرژی لازم برای گذار از تراز های انرژی 1 به 2 ویا از تراز 2 به 3 باید برابر انرژی لازم برای گذار از 0 به 1 باشد .

اسلاید 23: SymmetricalStretching (υs OH)3652 cm-1AsymmetricalStretching (υas OH)3756 cm-1Scissoring (δs HOH)1596 cm-1SymmetricalStretching Not IR activeAsymmetricalStretching (υas CO2)2350 cm-1Scissoring (bending outof the plane of the paper) (δs CO2) 666 cm-1Scissoring (bending in the plane of the paper) (δs CO2) 666 cm-1

اسلاید 24: O=C=OH-O-HH-O-H“BACKGROUND”Carbon Dioxide and Water

اسلاید 25: 1500200025003000350040000%50%100%TransmissionWavenumber (cm-1) Vibrational Spectroscopy4500

اسلاید 26: 1 – عدم تغییر ممان دو قطبی به علت تقارن مولکولی 2 – یکسان بودن انرژی دو یا چند ارتعاشی 3 – کم بودن شدت جذب4 – انرژیِ ارتعاشی خارج از گستره طول موج دستگاه باشد .طیف سنجی زیر قرمزبه دلایل زیر تعداد پیک های مشاهده شده کمتر از تعداد مد های ارتعاشی محاسبه شده هستند :

اسلاید 27: Instrumentationschematic diagram of a double beam double-grating infrared spectrophotometer 1. Radiation source 2. Monochromator3. Solvents, sample cells, samples 4. Readout / Recorder

اسلاید 28: منابع زیر قرمز متشکل از یک جامد بی اثرند که به طور الکتریکی به دمای بین 1500 تا 2200 کلوین گرما داده می شود . تابش پیوسته ای مشابه با تابش یک جسم سیاه حاصل می شود . طیف سنجی زیر قرمز دستگاهوری مادون قرمز منابع تابش :

اسلاید 29: Slide 2Sample CompartmentIR SourceDetector

اسلاید 30: افروزه نرنست از اکسید خاک های نادر به شکل یک استوانه با قطر 1 تا 2 میلی متر و طول حدود 20 میلی متر ساخته شده است . طیف سنجی زیر قرمزالف ) افروزه نرنست :

اسلاید 31: گلوبار یک میله از جنس سیلیسیم کاربید به طول معمولا 50 میلی متر و به قطر 5 میلی متر است . این میله نیز به طریق الکتریکی گرم می شود ( 1300 تا 1500 کلوین ) و این حسن را دارد که ضریب دمای مقاومت الکتریکی آن مثبت است . یک منبع با شدت قدت کمتر اما عمر طولانی تر از گلوبار یا افروزه نرنست ، یک سیم نیکروم مارپیچ محکم تافته شده است که باجریان الکتریکی تا حدود 1100 کلوین گرم می شود . ب ) منبع گلوبار :ج ) منبع سیم ملتهب :

اسلاید 32: طیف سنجی زیر قرمزالف ) ترانسدیوسرهای گرمایی :6-6 ترانسدیوسرهای ( آشکارساز ) زیر قرمز

اسلاید 33: با ساندویچ کردن بلور تف الکتریکی بین دو الکترود ، که یکی از آنها نسبت به زیر قرمز شفاف است ، یک خازن وابسته به دما تولید می شود . در اثر تغییر دادن دمای آن با تابش زیر قرمز ، توزیع بار در عرض بلور تغییر می کند ، که می توان آن را به صورت جریانی در یک مدار الکتریکی خارجی متصل به دو طرف خازن آشکار سازی کرد . زمان پاسخ گوئی این ترانسدیوسرها سریع است .طیف سنجی زیر قرمزب ) ترانسدیوسر تفت الکتریکی :TGS, DTGS Tc~50oC; LiTaO3 Tc~610oC

اسلاید 34: ج ) ترانسدیوسرهای فوتو رسانا :http://www.chem.vt.edu/chem-ed/scidex.html

اسلاید 35: Golay detector for Far-IRUses light pointer from gas expansion on heating.

اسلاید 36: طیف سنجی زیر قرمزطرح دو پرتوی با توجه به عملکرد منابع و آشکار سازها ، که مشخصه ای مهم به علت شدت نسبتا پایین منابع زیر قرمز است ، حساسیت پایین آشکار ساز های زیر قرمز و در نتیجه نیاز برای تقویت زیاد علامت ، مطلوب تر است .

اسلاید 37: Infrared SourceDetectorSample Compartment

اسلاید 38: SourceStationary mirrorMoving mirrorSampleDetectorBeam SplitterPMTHeNe laser

اسلاید 39: Principle of operation of FTIR spectrometerDetermines datapoint sampling intervalPhotodiode

اسلاید 40: Skoog: Instrumental Analysis, p. 394Principle of operation of FTIR spectrometersamplewhite lightlasersquare wave from laser

اسلاید 41: Schematic of steps in spectrum collectionBackground spectrumEnd of scan from (i) white light source or (ii) centreburst

اسلاید 42: طیف سنجی زیر قرمزطیف سنج های تبدیل فوریه : (FTIR (

اسلاید 43:

اسلاید 44: 1 – نسبت علامت به نوفه بالا– تفکیک بالا3 – اندازه گیری های صحیح و تکرار پذیر 4 – سرعت بالا طیف سنجی زیر قرمزکاربردهای طیف سنجی زیر قرمز ( IR ) :

اسلاید 45: SolventsMust be transparent in the region studied: no single solvent is transparent throughout the entire IR region2. Water and alcohols are seldom employed to avoid O-H band of water . 3. Must be chemically inert (does not react with substance or cell holder). CCl4, CS2, or CHCl3; may be used but we should consider its IR spectrumSOLVENTS, CELLSCells NaCl or KCl cells may be used (moisture from air and sample should be avoided: even with care, their surfaces eventually become fogged due to absorption of moisture) Very thin (path length = 0.1 to 1.0 mm) Sample concentration = about 0.1 – 10%

اسلاید 46: به دلیل عدم وجود حلال مناسب که در سرتاسر این ناحیه شفاف باشد ، آماده سازی نمونه اغلب مشکل ترین و وقت گیر ترین قسمت یک تجزیه طیف سنجی زیر قرمز است . طیف یک مایع با دمای جوش پایین یا یک گاز را می توان با منبسط کردن نمونه به درون یک سلول تخلیه شده از هوا به دست درآورد .طیف سنجی زیر قرمزگازها :محلول ها :8-6 آماده سازی نمونه

اسلاید 47: Slide 7DessicatorWater-freeEnvironmentfor Water-sensitiveSalt Plates.

اسلاید 48: معمولا یک قطره از مایع تمیز بین دو صفحه ا ز نمک کوهی آن چنان فشرده می شود که لایه ای به ضخامت 01/0 میلی متر یا کمتر به دست دهد . سپس دو صفحه نمکی که به وسیله مویینگی متصل به هم نگه داشته می شوند ، در مسیر باریکه قرار داده می شوند .طیف سنجی زیر قرمزمایعات :

اسلاید 49:

اسلاید 50: جامدات :تابش از حدود تا تقریبا را در بر می گیرد .طیف سنجی زیر قرمزقرص ساز مل9-6 تجزیه کیفی الف ) ناحیه فرکانس گروهی :ب ) ناحیه اثر انگشت :

اسلاید 51: جامدات :قرص ساز مل(a) increase of light loss from reflection and scattering by large particles.(b)matching of sample and medium RI to prevent scattering.e.g. PVC (nD = 1.548) dispersed in KBr (nD = 1.56), KCl and KI.KBrKClKI

اسلاید 52: طیف سنجی زیر قرمز

اسلاید 53: طیف سنجی زیر قرمزسیستم های جستجوی رایانه ای :تقریبا تمام سازندگان دستگاه های زیر قرمز هم اکنون سیستم های جست و جوی کامپیوتری را ارائه می دهند تا شیمیدان ها را در شناسایی ترکیبات با استفاده از داده های طیفی زیر قرمز ذخیره شده ، یاری کنند .کاربرد های کمی :به دلیل پیچیدگی بیشتر طیف ها ، باریکی نوار جذب و محدودیت های دستگاهی زیر قرمز ، روش های جذبی زیر قرمز کمّی تا حدی با روش های طیف سنجی مولکولی فرا بنفش – مرئی متفاوت اند .حلالمحلولقانون بیر :

اسلاید 54: طیف سنجی زیر قرمزجهت کار کمّی لازم است برای پراکندگی و جذب حلال و سلول تصحیح هایی انجام گیرد .الف ) روش سلول داخل – سلول خارج ب ) روش خط مبنا (1)(2)(3)و