مستخرج من الأدب العام: DOI- http://dx.doi.org/10.17509/ijost.v4i1.15806
1. مقدمة
تعد الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR) واحدة من التقنيات التحليلية المهمة للباحثين. يمكن استخدام هذا النوع من التحليل لتوصيف العينات في أشكال السوائل والحلول والمعاجين والمساحيق والأفلام والألياف والغازات. هذا التحليل ممكن أيضًا لتحليل المواد على أسطح الركيزة. بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من تحليل التوصيف، فإن FTIR تحظى بشعبية كبيرة. تحليل التوصيف هذا سريع جدًا وجيد في الدقة وحساس نسبيًا.
في إجراء تحليل FTIR، تتعرض العينات للتلامس مع الأشعة تحت الحمراء (IR). ثم تؤثر إشعاعات الأشعة تحت الحمراء على الاهتزازات الذرية لجزيء في العينة، مما يؤدي إلى امتصاص و/أو نقل معين للطاقة. هذا يجعل FTIR مفيدًا لتحديد الاهتزازات الجزيئية المحددة الموجودة في العينة.
تم الإبلاغ عن العديد من التقنيات للشرح بالتفصيل فيما يتعلق بتحليل FTIR. ومع ذلك، لم تقدم معظم الأوراق تقريرًا تفصيليًا حول كيفية قراءة وتفسير نتائج FTIR. في الواقع، فإن طريقة الفهم بالتفصيل للعلماء والطلاب المبتدئين أمر لا مفر منه.
كان هذا التقرير لمناقشة وشرح كيفية قراءة وتفسير بيانات FTIR في المواد العضوية. ثم تمت مقارنة التحليل مع الآداب. تم تقديم الطريقة خطوة بخطوة حول كيفية قراءة بيانات FTIR، بما في ذلك المراجعة البسيطة للمواد العضوية المعقدة.
2. المعرفة الحالية لفهم طيف FTIR
2.1. الطيف في نتيجة تحليل FTIR.
الفكرة الرئيسية المكتسبة من تحليل FTIR هي فهم معنى طيف FTIR (انظر مثال طيف FTIR في الشكل 1). يمكن أن ينتج عن الطيف بيانات «الامتصاص مقابل الرقم الموجي» أو «الإرسال مقابل الرقم الموجي». في هذه الورقة، نناقش فقط «الاستيعاب»
مقابل منحنيات «الرقم الموجي».
باختصار، ينقسم طيف الأشعة تحت الحمراء إلى ثلاث مناطق ذات أرقام موجية: طيف الأشعة تحت الحمراء البعيدة (<400 سم -1)، وطيف الأشعة تحت الحمراء المتوسط (400-4000 سم-1)، وطيف الأشعة تحت الحمراء القريب (4000-13000 سم-1). طيف الأشعة تحت الحمراء المتوسط هو الأكثر استخدامًا في تحليل العينة، ولكن طيف الأشعة تحت الحمراء البعيد والقريب يساهم أيضًا في توفير معلومات حول العينات التي تم تحليلها. ركزت هذه الدراسة على تحليل FTIR في طيف الأشعة تحت الحمراء المتوسط.
ينقسم طيف الأشعة تحت الحمراء المتوسطة إلى أربع مناطق:
(1) منطقة الرابطة المفردة (2500-4000 سم-1)،
(2) منطقة الرابطة الثلاثية (2000-2500 سم-1)،
(3) منطقة الرابطة المزدوجة (1500-2000 سم-
1)، و (4) منطقة البصمة (600-1500 سم-1).
يتوفر طيف الأشعة تحت الحمراء التخطيطي في الشكل 1، والتردد المحدد لكل مجموعة وظيفية متاح في الجدول 1.
الشكل 1. مناطق طيف الأشعة تحت الحمراء المتوسطة
2.2. إجراء التحليل خطوة بخطوة.
هناك خمس خطوات لتفسير FTIR:
الخطوة 1: تحديد عدد نطاقات الامتصاص في طيف الأشعة تحت الحمراء بأكمله. إذا كانت العينة تحتوي على طيف بسيط (تحتوي على أقل من 5 نطاقات امتصاص)، فإن المركبات التي تم تحليلها هي مركبات عضوية بسيطة أو وزن جزيئي صغير الكتلة أو مركبات غير عضوية (مثل الأملاح البسيطة). ولكن إذا كان طيف FTIR يحتوي على أكثر من 5 نطاقات امتصاص، فيمكن أن تكون العينة جزيءًا معقدًا.
الخطوة 2: تحديد منطقة الرابطة المفردة (2500-4000 سم-1). هناك العديد من القمم في هذا المجال:
(1) نطاق امتصاص واسع يتراوح بين 3650 و 3250 سم-1، مما يشير إلى الرابطة الهيدروجينية. تؤكد هذه الفرقة وجود الهيدرات (H2O) أو الهيدروكسيل (-OH) أو الأمونيوم أو الأمينو. بالنسبة لمركب الهيدروكسيل، يجب أن يتبعه وجود أطياف بترددات
1600-1300 و1200-1000 و800-600 سم-1. ومع ذلك، إذا كان هناك امتصاص شديد الكثافة في مناطق الامتصاص البالغة 3670 و 3550 سم-1، فإنه يسمح للمركب باحتواء مجموعة مرتبطة بالأكسجين، مثل الكحول أو الفينول (يوضح عدم وجود رابطة هيدروجينية).
(2) شريط ضيق يزيد ارتفاعه عن 3000 سم-1، يشير إلى مركبات غير مشبعة أو حلقات عطرية. على سبيل المثال، وجود امتصاص في
يؤكد العدد الموجي بين 3010 و 3040 سم-1 وجود مركبات أوليفينية بسيطة غير مشبعة.
(3) شريط ضيق يقل عن 3000 سم-1، يُظهر المركبات الأليفاتية. على سبيل المثال، نطاق الامتصاص للمركبات الأليفاتية الخطية طويلة السلسلة هو
تم تحديدها عند 2935 و 2860 سم -1. وستتبع الرابطة قمم تتراوح بين 1470 و720 سم-1.
(4) ذروة محددة للألدهيد تتراوح بين 2700 و 2800 سم-1.
الخطوة 3: تحديد منطقة الرابطة الثلاثية (2000-2500 سم-1) على سبيل المثال، إذا كانت هناك ذروة عند 2200 سم-1، فيجب أن تكون نطاق امتصاص C917C، وعادة ما يتبع الذروة وجود أطياف إضافية بترددات 1600-1300 و1200-1000 و800-600 سم-1.
الخطوة 4: تحديد منطقة الرابطة المزدوجة (1500-2000 سم-1) يمكن أن يكون الارتباط المزدوج كمجموعات كربونيل (C = C) وإيمينو (C = N) وأزو (N = N).
(1) 1850 - 1650 سم -1 لمركبات الكربونيل
(2) فوق 1775 سم -1، لإعلام مجموعات الكربونيل النشطة مثل الأنهيدريد أو أحماض الهاليد أو الكربونيل المهلجنة أو كربونات الكربونيل الحلقية، مثل اللاكتون، أو الكربونات العضوية.
(3) يتراوح النطاق بين 1750 و 1700 سم-1، ويصف مركبات الكربونيل البسيطة مثل الكيتونات أو الألدهيدات أو الإسترات أو الكربوكسيل.
(4) أقل من 1700 سم-1، مجموعة الأميدات أو الكربوكسيلات الوظيفية التي ترد عليها.
(5) إذا كان هناك اقتران مع مجموعة كربونيل أخرى، فسيتم تقليل شدة الذروة للرابطة المزدوجة أو المركب العطري.
لذلك، فإن وجود مجموعات وظيفية مترافقة مثل الألدهيدات والكيتونات والإسترات والأحماض الكربوكسيلية يمكن أن يقلل من تكرار امتصاص الكربونيل.
(6) 1670 - 1620 سم-1 لرابطة عدم التشبع (الرابطة المزدوجة والثلاثية). على وجه التحديد، الذروة عند 1650 سم-1 هي للكربون المزدوج أو الأوليفيني
المركبات (C = C). ستؤدي عمليات الاقتران النموذجية مع هياكل الروابط المزدوجة الأخرى مثل C = C أو C = O أو الحلقات العطرية إلى تقليل تردد الكثافة مع نطاقات امتصاص مكثفة أو قوية. عند تشخيص الروابط غير المشبعة، من الضروري أيضًا التحقق من الامتصاص تحت 3000 سم -1. إذا تم تحديد نطاق الامتصاص عند 3085 و 3025 سم-1، فهو مخصص لـ C-H. عادةً ما يكون امتصاص C-H أعلى من 3000 سم-1.
(7) كثافة قوية تتراوح بين 1650 و 1600 سم-1، مما يؤدي إلى تكوين روابط مزدوجة أو مركبات عطرية.
(8) بين 1615 و 1495 سم-1، حلقات عطرية مستجيبة. ظهرت كمجموعتين من نطاقات الامتصاص حوالي 1600 و 1500 سم -1. عادة ما يتبع هذه الحلقات العطرية وجود امتصاص ضعيف إلى متوسط في منطقة تتراوح بين 3150 و 3000 سم-1 (لتمديد C-H). بالنسبة للمركبات العطرية البسيطة، يمكن أيضًا ملاحظة عدة نطاقات بين 2000 و 1700 سم-1 في شكل نطاقات متعددة ذات كثافة ضعيفة. كما أنه يدعم نطاق امتصاص الحلقة العطرية (بتردد امتصاص 1600/1500 سم-1)، أي اهتزاز الانحناء C-H بكثافة الامتصاص المتوسط إلى القوي الذي يحتوي أحيانًا على نطاقات امتصاص مفردة أو متعددة موجودة في المنطقة بين 850 و 670 سم-1.
الخطوة 5: تحديد منطقة البصمة (600-1500 سم-1)
عادة ما تكون هذه المنطقة محددة وفريدة من نوعها. انظر المعلومات التفصيلية في الجدول 1. ولكن، يمكن العثور على العديد من التعريفات:
(1) بين 1000 و 880 سم-1 لامتصاص النطاقات المتعددة، توجد نطاقات امتصاص عند 1650 و 3010 و 3040 سم-1.
(2) بالنسبة لـ C-H (الانحناء خارج الطائرة)، يجب دمجه مع نطاقات الامتصاص عند 1650 و 3010 و 3040 سم-1 والتي تُظهر خصائص
عدم التشبع المركب.
(3) فيما يتعلق بالمركب المرتبط بالفينيل، حوالي 900 و 990 سم-1 لتحديد أطراف الفينيل (-CH= CH 2)، وبين 965 و 960 سم-1 للفينيل غير المشبع العابر (CH=CH)، وحوالي 890 سم-1 للروابط الأوليفينية المزدوجة في فينيل واحد (C=CH 2).
(4) فيما يتعلق بالمركب العطري، يبلغ نطاق الامتصاص الفردي والقوي حوالي 750 سم-1 للأورتو و 830 سم - 1 للفقرة.
مستخرج من الأدب العام: DOI- http://dx.doi.org/10.17509/ijost.v4i1.15806
1. مقدمة
تعد الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR) واحدة من التقنيات التحليلية المهمة للباحثين. يمكن استخدام هذا النوع من التحليل لتوصيف العينات في أشكال السوائل والحلول والمعاجين والمساحيق والأفلام والألياف والغازات. هذا التحليل ممكن أيضًا لتحليل المواد على أسطح الركيزة. بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من تحليل التوصيف، فإن FTIR تحظى بشعبية كبيرة. تحليل التوصيف هذا سريع جدًا وجيد في الدقة وحساس نسبيًا.
في إجراء تحليل FTIR، تتعرض العينات للتلامس مع الأشعة تحت الحمراء (IR). ثم تؤثر إشعاعات الأشعة تحت الحمراء على الاهتزازات الذرية لجزيء في العينة، مما يؤدي إلى امتصاص و/أو نقل معين للطاقة. هذا يجعل FTIR مفيدًا لتحديد الاهتزازات الجزيئية المحددة الموجودة في العينة.
تم الإبلاغ عن العديد من التقنيات للشرح بالتفصيل فيما يتعلق بتحليل FTIR. ومع ذلك، لم تقدم معظم الأوراق تقريرًا تفصيليًا حول كيفية قراءة وتفسير نتائج FTIR. في الواقع، فإن طريقة الفهم بالتفصيل للعلماء والطلاب المبتدئين أمر لا مفر منه.
كان هذا التقرير لمناقشة وشرح كيفية قراءة وتفسير بيانات FTIR في المواد العضوية. ثم تمت مقارنة التحليل مع الآداب. تم تقديم الطريقة خطوة بخطوة حول كيفية قراءة بيانات FTIR، بما في ذلك المراجعة البسيطة للمواد العضوية المعقدة.
2. المعرفة الحالية لفهم طيف FTIR
2.1. الطيف في نتيجة تحليل FTIR.
الفكرة الرئيسية المكتسبة من تحليل FTIR هي فهم معنى طيف FTIR (انظر مثال طيف FTIR في الشكل 1). يمكن أن ينتج عن الطيف بيانات «الامتصاص مقابل الرقم الموجي» أو «الإرسال مقابل الرقم الموجي». في هذه الورقة، نناقش فقط «الاستيعاب» مقابل منحنيات «الرقم الموجي».
باختصار، ينقسم طيف الأشعة تحت الحمراء إلى ثلاث مناطق ذات أرقام موجية: طيف الأشعة تحت الحمراء البعيدة (<400 سم -1)، وطيف الأشعة تحت الحمراء المتوسط (400-4000 سم-1)، وطيف الأشعة تحت الحمراء القريب (4000-13000 سم-1). طيف الأشعة تحت الحمراء المتوسط هو الأكثر استخدامًا في تحليل العينة، ولكن طيف الأشعة تحت الحمراء البعيد والقريب يساهم أيضًا في توفير معلومات حول العينات التي تم تحليلها. ركزت هذه الدراسة على تحليل FTIR في طيف الأشعة تحت الحمراء المتوسط.
ينقسم طيف الأشعة تحت الحمراء المتوسطة إلى أربع مناطق: (1) منطقة الرابطة المفردة (2500-4000 سم-1)، (2) منطقة الرابطة الثلاثية (2000-2500 سم-1)، (3) منطقة الرابطة المزدوجة (1500-2000 سم- 1)، و (4) منطقة البصمة (600-1500 سم-1). يتوفر طيف الأشعة تحت الحمراء التخطيطي في الشكل 1، والتردد المحدد لكل مجموعة وظيفية متاح في الجدول 1.
الشكل 1. مناطق طيف الأشعة تحت الحمراء المتوسطة
2.2. إجراء التحليل خطوة بخطوة.
هناك خمس خطوات لتفسير FTIR:
الخطوة 1: تحديد عدد نطاقات الامتصاص في طيف الأشعة تحت الحمراء بأكمله. إذا كانت العينة تحتوي على طيف بسيط (تحتوي على أقل من 5 نطاقات امتصاص)، فإن المركبات التي تم تحليلها هي مركبات عضوية بسيطة أو وزن جزيئي صغير الكتلة أو مركبات غير عضوية (مثل الأملاح البسيطة). ولكن إذا كان طيف FTIR يحتوي على أكثر من 5 نطاقات امتصاص، فيمكن أن تكون العينة جزيءًا معقدًا.
الخطوة 2: تحديد منطقة الرابطة المفردة (2500-4000 سم-1). هناك العديد من القمم في هذا المجال:
(1) نطاق امتصاص واسع يتراوح بين 3650 و 3250 سم-1، مما يشير إلى الرابطة الهيدروجينية. تؤكد هذه الفرقة وجود الهيدرات (H2O) أو الهيدروكسيل (-OH) أو الأمونيوم أو الأمينو. بالنسبة لمركب الهيدروكسيل، يجب أن يتبعه وجود أطياف بترددات 1600-1300 و1200-1000 و800-600 سم-1. ومع ذلك، إذا كان هناك امتصاص شديد الكثافة في مناطق الامتصاص البالغة 3670 و 3550 سم-1، فإنه يسمح للمركب باحتواء مجموعة مرتبطة بالأكسجين، مثل الكحول أو الفينول (يوضح عدم وجود رابطة هيدروجينية).
(2) شريط ضيق يزيد ارتفاعه عن 3000 سم-1، يشير إلى مركبات غير مشبعة أو حلقات عطرية. على سبيل المثال، وجود امتصاص في يؤكد العدد الموجي بين 3010 و 3040 سم-1 وجود مركبات أوليفينية بسيطة غير مشبعة.
(3) شريط ضيق يقل عن 3000 سم-1، يُظهر المركبات الأليفاتية. على سبيل المثال، نطاق الامتصاص للمركبات الأليفاتية الخطية طويلة السلسلة هو تم تحديدها عند 2935 و 2860 سم -1. وستتبع الرابطة قمم تتراوح بين 1470 و720 سم-1.
(4) ذروة محددة للألدهيد تتراوح بين 2700 و 2800 سم-1.
الخطوة 3: تحديد منطقة الرابطة الثلاثية (2000-2500 سم-1) على سبيل المثال، إذا كانت هناك ذروة عند 2200 سم-1، فيجب أن تكون نطاق امتصاص C917C، وعادة ما يتبع الذروة وجود أطياف إضافية بترددات 1600-1300 و1200-1000 و800-600 سم-1.
الخطوة 4: تحديد منطقة الرابطة المزدوجة (1500-2000 سم-1) يمكن أن يكون الارتباط المزدوج كمجموعات كربونيل (C = C) وإيمينو (C = N) وأزو (N = N).
(1) 1850 - 1650 سم -1 لمركبات الكربونيل
(2) فوق 1775 سم -1، لإعلام مجموعات الكربونيل النشطة مثل الأنهيدريد أو أحماض الهاليد أو الكربونيل المهلجنة أو كربونات الكربونيل الحلقية، مثل اللاكتون، أو الكربونات العضوية.
(3) يتراوح النطاق بين 1750 و 1700 سم-1، ويصف مركبات الكربونيل البسيطة مثل الكيتونات أو الألدهيدات أو الإسترات أو الكربوكسيل.
(4) أقل من 1700 سم-1، مجموعة الأميدات أو الكربوكسيلات الوظيفية التي ترد عليها.
(5) إذا كان هناك اقتران مع مجموعة كربونيل أخرى، فسيتم تقليل شدة الذروة للرابطة المزدوجة أو المركب العطري. لذلك، فإن وجود مجموعات وظيفية مترافقة مثل الألدهيدات والكيتونات والإسترات والأحماض الكربوكسيلية يمكن أن يقلل من تكرار امتصاص الكربونيل.
(6) 1670 - 1620 سم-1 لرابطة عدم التشبع (الرابطة المزدوجة والثلاثية). على وجه التحديد، الذروة عند 1650 سم-1 هي للكربون المزدوج أو الأوليفيني المركبات (C = C). ستؤدي عمليات الاقتران النموذجية مع هياكل الروابط المزدوجة الأخرى مثل C = C أو C = O أو الحلقات العطرية إلى تقليل تردد الكثافة مع نطاقات امتصاص مكثفة أو قوية. عند تشخيص الروابط غير المشبعة، من الضروري أيضًا التحقق من الامتصاص تحت 3000 سم -1. إذا تم تحديد نطاق الامتصاص عند 3085 و 3025 سم-1، فهو مخصص لـ C-H. عادةً ما يكون امتصاص C-H أعلى من 3000 سم-1.
(7) كثافة قوية تتراوح بين 1650 و 1600 سم-1، مما يؤدي إلى تكوين روابط مزدوجة أو مركبات عطرية.
(8) بين 1615 و 1495 سم-1، حلقات عطرية مستجيبة. ظهرت كمجموعتين من نطاقات الامتصاص حوالي 1600 و 1500 سم -1. عادة ما يتبع هذه الحلقات العطرية وجود امتصاص ضعيف إلى متوسط في منطقة تتراوح بين 3150 و 3000 سم-1 (لتمديد C-H). بالنسبة للمركبات العطرية البسيطة، يمكن أيضًا ملاحظة عدة نطاقات بين 2000 و 1700 سم-1 في شكل نطاقات متعددة ذات كثافة ضعيفة. كما أنه يدعم نطاق امتصاص الحلقة العطرية (بتردد امتصاص 1600/1500 سم-1)، أي اهتزاز الانحناء C-H بكثافة الامتصاص المتوسط إلى القوي الذي يحتوي أحيانًا على نطاقات امتصاص مفردة أو متعددة موجودة في المنطقة بين 850 و 670 سم-1.
الخطوة 5: تحديد منطقة البصمة (600-1500 سم-1)
عادة ما تكون هذه المنطقة محددة وفريدة من نوعها. انظر المعلومات التفصيلية في الجدول 1. ولكن، يمكن العثور على العديد من التعريفات:
(1) بين 1000 و 880 سم-1 لامتصاص النطاقات المتعددة، توجد نطاقات امتصاص عند 1650 و 3010 و 3040 سم-1.
(2) بالنسبة لـ C-H (الانحناء خارج الطائرة)، يجب دمجه مع نطاقات الامتصاص عند 1650 و 3010 و 3040 سم-1 والتي تُظهر خصائص عدم التشبع المركب.
(3) فيما يتعلق بالمركب المرتبط بالفينيل، حوالي 900 و 990 سم-1 لتحديد أطراف الفينيل (-CH= CH 2)، وبين 965 و 960 سم-1 للفينيل غير المشبع العابر (CH=CH)، وحوالي 890 سم-1 للروابط الأوليفينية المزدوجة في فينيل واحد (C=CH 2).
(4) فيما يتعلق بالمركب العطري، يبلغ نطاق الامتصاص الفردي والقوي حوالي 750 سم-1 للأورتو و 830 سم - 1 للفقرة.
الجدول 1. المجموعة الوظيفية وتردداتها الكمية.