Trích từ tài liệu công cộng: DOI- http://dx.doi.org/10.17509/ijost.v4i1.15806
1. GIỚI THIỆU
Hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) là một trong những kỹ thuật phân tích quan trọng đối với các nhà nghiên cứu. Loại phân tích này có thể được sử dụng để mô tả các mẫu dưới dạng chất lỏng, dung dịch, bột nhão, bột, màng, sợi và khí. Phân tích này cũng có thể để phân tích vật liệu trên bề mặt của chất nền. So với các loại phân tích đặc tính khác, FTIR khá phổ biến. Phân tích đặc tính này khá nhanh, độ chính xác tốt và tương đối nhạy cảm.
Trong quy trình phân tích FTIR, các mẫu được tiếp xúc với bức xạ hồng ngoại (IR). Các bức xạ hồng ngoại sau đó có tác động đến các dao động nguyên tử của một phân tử trong mẫu, dẫn đến sự hấp thụ và/hoặc truyền năng lượng cụ thể. Điều này làm cho FTIR hữu ích để xác định các dao động phân tử cụ thể có trong mẫu.
Nhiều kỹ thuật để giải thích chi tiết liên quan đến phân tích FTIR đã được báo cáo. Tuy nhiên, hầu hết các bài báo không báo cáo chi tiết về cách đọc và giải thích kết quả FTIR. Trên thực tế, cách hiểu chi tiết cho các nhà khoa học và sinh viên mới bắt đầu là không thể tránh khỏi.
Báo cáo này nhằm thảo luận và giải thích cách đọc và giải thích dữ liệu FTIR trong vật liệu hữu cơ. Phân tích sau đó được so sánh với các văn học. Phương pháp từng bước về cách đọc dữ liệu FTIR đã được trình bày, bao gồm cả việc xem xét các vật liệu hữu cơ đơn giản đến phức tạp.
2. KIẾN THỨC HIỆN TẠI ĐỂ HIỂU PHỔ FTIR
2.1. Phổ trong kết quả phân tích FTIR.
Ý tưởng chính thu được từ phân tích FTIR là hiểu ý nghĩa của phổ FTIR (xem ví dụ phổ FTIR trong Hình 1). Quang phổ có thể tạo ra dữ liệu “hấp thụ so với số sóng” hoặc “truyền so với số sóng”. Trong bài báo này, chúng tôi chỉ thảo luận về sự hấp thụ
so với đường cong số sóng”.
Nói tóm lại, phổ hồng ngoại được chia thành ba vùng số sóng: phổ hồng ngoại xa (<400 cm-1), phổ hồng ngoại giữa (400-4000 cm-1) và phổ hồng ngoại gần (4000-13000 cm-1). Phổ hồng ngoại giữa được sử dụng rộng rãi nhất trong phân tích mẫu, nhưng phổ hồng ngoại xa và gần cũng góp phần cung cấp thông tin về các mẫu được phân tích. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích FTIR trong phổ hồng ngoại giữa.
Phổ hồng ngoại giữa được chia thành bốn vùng:
(i) vùng liên kết đơn (2500-4000 cm-1),
(ii) vùng liên kết ba (2000-2500 cm-1),
(iii) vùng liên kết đôi (1500-2000 CM-
1), và (iv) vùng vân tay (600-1500 cm-1).
Phổ hồng ngoại sơ đồ có sẵn trong Hình 1 và tần số cụ thể của từng nhóm chức có sẵn trong Bảng 1.
Hình 1. Vùng phổ hồng ngoại trung
2.2. Quy trình phân tích từng bước.
Có năm bước để giải thích FTIR:
Bước 1: Xác định số dải hấp thụ trong toàn bộ phổ hồng ngoại. Nếu mẫu có phổ đơn giản (có ít hơn 5 dải hấp thụ, các hợp chất được phân tích là các hợp chất hữu cơ đơn giản, trọng lượng phân tử khối lượng nhỏ, hoặc các hợp chất vô cơ (như muối đơn). Nhưng, nếu phổ FTIR có nhiều hơn 5 dải hấp thụ, mẫu có thể là một phân tử phức tạp.
Bước 2: Xác định diện tích liên kết đơn (2500-4000 cm-1). Có một số đỉnh trong khu vực này:
(1) Dải hấp thụ rộng trong khoảng từ 3650 đến 3250 cm-1, biểu thị liên kết hydro. Dải này xác nhận sự tồn tại của hydrat (H2O), hydroxyl (-OH), amoni hoặc amino. Đối với hợp chất hydroxyl, cần theo sau bởi sự hiện diện của quang phổ ở tần số
1600—1300, 1200—1000 và 800—600 cm-1. Tuy nhiên, nếu có sự hấp thụ cường độ mạnh trong các vùng hấp thụ 3670 và 3550 cm-1, nó cho phép hợp chất chứa một nhóm liên quan đến oxy, chẳng hạn như rượu hoặc phenol (minh họa sự vắng mặt của liên kết hydro).
(2) Một dải hẹp ở trên 3000 cm-1, chỉ ra các hợp chất không bão hòa hoặc vòng thơm. Ví dụ, sự hiện diện của sự hấp thụ trong
Số sóng từ 3010 đến 3040 cm-1 xác nhận sự tồn tại của các hợp chất olefinic không bão hòa đơn giản.
(3) Một dải hẹp ở dưới 3000 cm-1, cho thấy các hợp chất béo. Ví dụ, dải hấp thụ đối với các hợp chất béo tuyến tính chuỗi dài là
được xác định ở 2935 và 2860 cm-1. Liên kết sẽ được theo sau bởi các đỉnh ở khoảng từ 1470 đến 720 cm-1.
(4) Đỉnh cụ thể cho Aldehit ở khoảng từ 2700 đến 2800 cm-1.
Bước 3: Xác định vùng liên kết ba (2000-2500 cm-1) Ví dụ, nếu có đỉnh ở 2200 cm-1, nó phải là dải hấp thụ của C≡C. Đỉnh thường được theo sau bởi sự hiện diện của quang phổ bổ sung ở tần số 1600—1300, 1200—1000 và 800—600 cm-1.
Bước 4: Xác định vùng liên kết đôi (1500-2000 cm-1) Liên kết đôi có thể là các nhóm cacbonyl (C = C), imino (C = N) và azo (N = N).
(1) 1850 - 1650 cm-1đối với các hợp chất cacbonyl
(2) Trên 1775 cm-1, cung cấp các nhóm cacbonyl hoạt động như anhydrit, axit halogenua hoặc cacbonyl halogen hóa, hoặc cacbon cacbonyl vòng, chẳng hạn như lacton, hoặc cacbonat hữu cơ.
(3) Phạm vi từ 1750 đến 1700 cm-1, mô tả các hợp chất cacbonyl đơn giản như xeton, aldehyd, este hoặc cacboxyl.
(4) Dưới 1700 cm-1, đáp ứng nhóm chức amit hoặc carboxylat.
(5) Nếu có sự liên hợp với một nhóm cacbonyl khác, cường độ đỉnh của liên kết đôi hoặc hợp chất thơm sẽ bị giảm.
Do đó, sự hiện diện của các nhóm chức liên hợp như aldehyd, xeton, este và axit cacboxylic có thể làm giảm tần suất hấp thụ cacbonyl.
(6) 1670 - 1620 cm-1đối với liên kết không bão hòa (liên kết đôi và liên kết ba). Cụ thể, đỉnh ở 1650 cm-1 là đối với cacbon liên kết đôi hoặc olefinic
hợp chất (C = C). Các liên hợp điển hình với các cấu trúc liên kết đôi khác như C = C, C = O hoặc các vòng thơm sẽ làm giảm tần số cường độ với các dải hấp thụ mạnh hoặc mạnh. Khi chẩn đoán liên kết không bão hòa, cũng cần kiểm tra sự hấp thụ dưới 3000 cm-1. Nếu dải hấp thụ được xác định ở 3085 và 3025 cm-1, nó được dành cho C-H. Thông thường C-H có độ hấp thụ trên 3000 cm-1.
(7) Cường độ mạnh ở khoảng từ 1650 đến 1600 cm-1, cung cấp liên kết đôi hoặc các hợp chất thơm.
(8) Từ năm 1615 đến 1495 cm-1, đáp ứng các vòng thơm. Chúng xuất hiện dưới dạng hai bộ dải hấp thụ khoảng 1600 và 1500 cm-1.Các vòng thơm này thường được theo sau bởi sự tồn tại của sự hấp thụ yếu đến trung bình trong khu vực từ 3150 đến 3000 cm-1 (đối với kéo dài C-H) .Đối với các hợp chất thơm đơn giản, một số dải cũng có thể được quan sát trong khoảng từ 2000 đến 1700 cm-1 ở dạng nhiều dải với cường độ yếu. Nó cũng hỗ trợ dải hấp thụ vòng thơm (ở tần số hấp thụ 1600/1500 cm-1), cụ thể là rung uốn C-H với cường độ hấp thụ trung bình đến mạnh đôi khi có dải hấp thụ đơn hoặc nhiều dải hấp thụ được tìm thấy trong khu vực từ 850 đến 670 cm-1.
Bước 5: Xác định vùng vân tay (600-1500 cm-1)
Khu vực này thường cụ thể và độc đáo. Xem thông tin chi tiết trong Bảng 1. Nhưng, một số nhận dạng có thể được tìm thấy:
(1) Từ 1000 đến 880 cm-1 để hấp thụ nhiều dải, có các dải hấp thụ ở 1650, 3010 và 3040 cm-1.
(2) Đối với C-H (uốn ngoài mặt phẳng), nó nên được kết hợp với các dải hấp thụ ở 1650, 3010 và 3040 cm-1 thể hiện các đặc điểm của
hợp chất không bão hòa.
(3) Về hợp chất liên quan đến vinyl, khoảng 900 và 990 cm-1 để xác định các thiết bị đầu cuối vinyl (-CH = CH 2), từ 965 đến 960 cm-1 đối với vinyl không satrated trans (CH = CH), và khoảng 890 cm-1 đối với liên kết olefinic đôi trong vinyl đơn (C = CH 2).
(4) Về hợp chất thơm, một dải hấp thụ duy nhất và mạnh là khoảng 750 cm-1 đối với orto và 830 cm-1 đối với para.
Bảng 1. Nhóm chức năng và tần số định lượng của nó.
Trích từ tài liệu công cộng: DOI- http://dx.doi.org/10.17509/ijost.v4i1.15806
1. GIỚI THIỆU
Hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) là một trong những kỹ thuật phân tích quan trọng đối với các nhà nghiên cứu. Loại phân tích này có thể được sử dụng để mô tả các mẫu dưới dạng chất lỏng, dung dịch, bột nhão, bột, màng, sợi và khí. Phân tích này cũng có thể để phân tích vật liệu trên bề mặt của chất nền. So với các loại phân tích đặc tính khác, FTIR khá phổ biến. Phân tích đặc tính này khá nhanh, độ chính xác tốt và tương đối nhạy cảm.
Trong quy trình phân tích FTIR, các mẫu được tiếp xúc với bức xạ hồng ngoại (IR). Các bức xạ hồng ngoại sau đó có tác động đến các dao động nguyên tử của một phân tử trong mẫu, dẫn đến sự hấp thụ và/hoặc truyền năng lượng cụ thể. Điều này làm cho FTIR hữu ích để xác định các dao động phân tử cụ thể có trong mẫu.
Nhiều kỹ thuật để giải thích chi tiết liên quan đến phân tích FTIR đã được báo cáo. Tuy nhiên, hầu hết các bài báo không báo cáo chi tiết về cách đọc và giải thích kết quả FTIR. Trên thực tế, cách hiểu chi tiết cho các nhà khoa học và sinh viên mới bắt đầu là không thể tránh khỏi.
Báo cáo này nhằm thảo luận và giải thích cách đọc và giải thích dữ liệu FTIR trong vật liệu hữu cơ. Phân tích sau đó được so sánh với các văn học. Phương pháp từng bước về cách đọc dữ liệu FTIR đã được trình bày, bao gồm cả việc xem xét các vật liệu hữu cơ đơn giản đến phức tạp.
2. KIẾN THỨC HIỆN TẠI ĐỂ HIỂU PHỔ FTIR
2.1. Phổ trong kết quả phân tích FTIR.
Ý tưởng chính thu được từ phân tích FTIR là hiểu ý nghĩa của phổ FTIR (xem ví dụ phổ FTIR trong Hình 1). Quang phổ có thể tạo ra dữ liệu “hấp thụ so với số sóng” hoặc “truyền so với số sóng”. Trong bài báo này, chúng tôi chỉ thảo luận về sự hấp thụ so với đường cong số sóng”.
Nói tóm lại, phổ hồng ngoại được chia thành ba vùng số sóng: phổ hồng ngoại xa (<400 cm-1), phổ hồng ngoại giữa (400-4000 cm-1) và phổ hồng ngoại gần (4000-13000 cm-1). Phổ hồng ngoại giữa được sử dụng rộng rãi nhất trong phân tích mẫu, nhưng phổ hồng ngoại xa và gần cũng góp phần cung cấp thông tin về các mẫu được phân tích. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích FTIR trong phổ hồng ngoại giữa.
Phổ hồng ngoại giữa được chia thành bốn vùng: (i) vùng liên kết đơn (2500-4000 cm-1), (ii) vùng liên kết ba (2000-2500 cm-1), (iii) vùng liên kết đôi (1500-2000 CM- 1), và (iv) vùng vân tay (600-1500 cm-1). Phổ hồng ngoại sơ đồ có sẵn trong Hình 1 và tần số cụ thể của từng nhóm chức có sẵn trong Bảng 1.
Hình 1. Vùng phổ hồng ngoại trung
2.2. Quy trình phân tích từng bước.
Có năm bước để giải thích FTIR:
Bước 1: Xác định số dải hấp thụ trong toàn bộ phổ hồng ngoại. Nếu mẫu có phổ đơn giản (có ít hơn 5 dải hấp thụ, các hợp chất được phân tích là các hợp chất hữu cơ đơn giản, trọng lượng phân tử khối lượng nhỏ, hoặc các hợp chất vô cơ (như muối đơn). Nhưng, nếu phổ FTIR có nhiều hơn 5 dải hấp thụ, mẫu có thể là một phân tử phức tạp.
Bước 2: Xác định diện tích liên kết đơn (2500-4000 cm-1). Có một số đỉnh trong khu vực này:
(1) Dải hấp thụ rộng trong khoảng từ 3650 đến 3250 cm-1, biểu thị liên kết hydro. Dải này xác nhận sự tồn tại của hydrat (H2O), hydroxyl (-OH), amoni hoặc amino. Đối với hợp chất hydroxyl, cần theo sau bởi sự hiện diện của quang phổ ở tần số 1600—1300, 1200—1000 và 800—600 cm-1. Tuy nhiên, nếu có sự hấp thụ cường độ mạnh trong các vùng hấp thụ 3670 và 3550 cm-1, nó cho phép hợp chất chứa một nhóm liên quan đến oxy, chẳng hạn như rượu hoặc phenol (minh họa sự vắng mặt của liên kết hydro).
(2) Một dải hẹp ở trên 3000 cm-1, chỉ ra các hợp chất không bão hòa hoặc vòng thơm. Ví dụ, sự hiện diện của sự hấp thụ trong Số sóng từ 3010 đến 3040 cm-1 xác nhận sự tồn tại của các hợp chất olefinic không bão hòa đơn giản.
(3) Một dải hẹp ở dưới 3000 cm-1, cho thấy các hợp chất béo. Ví dụ, dải hấp thụ đối với các hợp chất béo tuyến tính chuỗi dài là được xác định ở 2935 và 2860 cm-1. Liên kết sẽ được theo sau bởi các đỉnh ở khoảng từ 1470 đến 720 cm-1.
(4) Đỉnh cụ thể cho Aldehit ở khoảng từ 2700 đến 2800 cm-1.
Bước 3: Xác định vùng liên kết ba (2000-2500 cm-1) Ví dụ, nếu có đỉnh ở 2200 cm-1, nó phải là dải hấp thụ của C≡C. Đỉnh thường được theo sau bởi sự hiện diện của quang phổ bổ sung ở tần số 1600—1300, 1200—1000 và 800—600 cm-1.
Bước 4: Xác định vùng liên kết đôi (1500-2000 cm-1) Liên kết đôi có thể là các nhóm cacbonyl (C = C), imino (C = N) và azo (N = N).
(1) 1850 - 1650 cm-1đối với các hợp chất cacbonyl
(2) Trên 1775 cm-1, cung cấp các nhóm cacbonyl hoạt động như anhydrit, axit halogenua hoặc cacbonyl halogen hóa, hoặc cacbon cacbonyl vòng, chẳng hạn như lacton, hoặc cacbonat hữu cơ.
(3) Phạm vi từ 1750 đến 1700 cm-1, mô tả các hợp chất cacbonyl đơn giản như xeton, aldehyd, este hoặc cacboxyl.
(4) Dưới 1700 cm-1, đáp ứng nhóm chức amit hoặc carboxylat.
(5) Nếu có sự liên hợp với một nhóm cacbonyl khác, cường độ đỉnh của liên kết đôi hoặc hợp chất thơm sẽ bị giảm. Do đó, sự hiện diện của các nhóm chức liên hợp như aldehyd, xeton, este và axit cacboxylic có thể làm giảm tần suất hấp thụ cacbonyl.
(6) 1670 - 1620 cm-1đối với liên kết không bão hòa (liên kết đôi và liên kết ba). Cụ thể, đỉnh ở 1650 cm-1 là đối với cacbon liên kết đôi hoặc olefinic hợp chất (C = C). Các liên hợp điển hình với các cấu trúc liên kết đôi khác như C = C, C = O hoặc các vòng thơm sẽ làm giảm tần số cường độ với các dải hấp thụ mạnh hoặc mạnh. Khi chẩn đoán liên kết không bão hòa, cũng cần kiểm tra sự hấp thụ dưới 3000 cm-1. Nếu dải hấp thụ được xác định ở 3085 và 3025 cm-1, nó được dành cho C-H. Thông thường C-H có độ hấp thụ trên 3000 cm-1.
(7) Cường độ mạnh ở khoảng từ 1650 đến 1600 cm-1, cung cấp liên kết đôi hoặc các hợp chất thơm.
(8) Từ năm 1615 đến 1495 cm-1, đáp ứng các vòng thơm. Chúng xuất hiện dưới dạng hai bộ dải hấp thụ khoảng 1600 và 1500 cm-1.Các vòng thơm này thường được theo sau bởi sự tồn tại của sự hấp thụ yếu đến trung bình trong khu vực từ 3150 đến 3000 cm-1 (đối với kéo dài C-H) .Đối với các hợp chất thơm đơn giản, một số dải cũng có thể được quan sát trong khoảng từ 2000 đến 1700 cm-1 ở dạng nhiều dải với cường độ yếu. Nó cũng hỗ trợ dải hấp thụ vòng thơm (ở tần số hấp thụ 1600/1500 cm-1), cụ thể là rung uốn C-H với cường độ hấp thụ trung bình đến mạnh đôi khi có dải hấp thụ đơn hoặc nhiều dải hấp thụ được tìm thấy trong khu vực từ 850 đến 670 cm-1.
Bước 5: Xác định vùng vân tay (600-1500 cm-1)
Khu vực này thường cụ thể và độc đáo. Xem thông tin chi tiết trong Bảng 1. Nhưng, một số nhận dạng có thể được tìm thấy:
(1) Từ 1000 đến 880 cm-1 để hấp thụ nhiều dải, có các dải hấp thụ ở 1650, 3010 và 3040 cm-1.
(2) Đối với C-H (uốn ngoài mặt phẳng), nó nên được kết hợp với các dải hấp thụ ở 1650, 3010 và 3040 cm-1 thể hiện các đặc điểm của hợp chất không bão hòa.
(3) Về hợp chất liên quan đến vinyl, khoảng 900 và 990 cm-1 để xác định các thiết bị đầu cuối vinyl (-CH = CH 2), từ 965 đến 960 cm-1 đối với vinyl không satrated trans (CH = CH), và khoảng 890 cm-1 đối với liên kết olefinic đôi trong vinyl đơn (C = CH 2).
(4) Về hợp chất thơm, một dải hấp thụ duy nhất và mạnh là khoảng 750 cm-1 đối với orto và 830 cm-1 đối với para.
Bảng 1. Nhóm chức năng và tần số định lượng của nó.