Iegūts no publiskās literatūras: DOI- http://dx.doi.org/10.17509/ijost.v4i1.15806
1. IEVADS
Furjē transformācijas infrasarkanais (FTIR) ir viens no svarīgākajiem analītiskajiem paņēmieniem pētniekiem. Šāda veida analīzi var izmantot paraugu raksturošanai šķidrumu, šķīdumu, pastas, pulveru, plēves, šķiedru un gāzu veidā. Šī analīze ir iespējama arī, lai analizētu materiālu uz pamatnes virsmām. Salīdzinot ar citiem raksturošanas analīzes veidiem, FTIR ir diezgan populārs. Šī raksturojuma analīze ir diezgan ātra, ar labu precizitāti un salīdzinoši jutīga.
FTIR analīzes procedūrā paraugi tiek pakļauti saskarē ar infrasarkano (IR) starojumu. Pēc tam IR starojums ietekmē paraugā esošās molekulas atomu vibrācijas, kā rezultātā notiek specifiska enerģijas absorbcija un/vai pārnešana. Tas padara FTIR noderīgu, lai noteiktu īpašas molekulārās vibrācijas, kas atrodas paraugā.
Ir ziņots par daudzām metodēm, kā detalizēti izskaidrot FTIR analīzi. Tomēr lielākajā daļā dokumentu nebija sīki ziņots par to, kā lasīt un interpretēt FTIR rezultātus. Faktiski veids, kā detalizēti saprast iesācējiem zinātniekiem un studentiem, ir neizbēgams.
Šajā ziņojumā bija paredzēts apspriest un izskaidrot, kā lasīt un interpretēt FTIR datus organiskajā materiālā. Pēc tam analīze tika salīdzināta ar literatūru. Tika prezentēta pakāpeniska metode, kā nolasīt FTIR datus, tostarp pārskatot vienkāršus līdz sarežģītus organiskos materiālus.
2. PAŠREIZĒJĀS ZINĀŠANAS FTIR SPEKTRA IZPRATNEI
2.1. Spektrs FTIR analīzes rezultātā.
Galvenā ideja, kas iegūta no FTIR analīzes, ir saprast, kāda ir FTIR spektra nozīme (sk. FTIR spektra piemēru 1. attēlā). Spektrs var radīt datus par “absorbciju pret viļņu skaitu” vai “pārraides pret viļņu skaitli”. Šajā rakstā mēs apspriežam tikai “absorbciju
pret viļņu skaitļa” līknes.
Īsāk sakot, IR spektrs ir sadalīts trīs viļņu skaita reģionos: tālo IR spektrs (<400 cm -1), vidējais IR spektrs (400-4000 cm-1) un tuvu IR spektrs (4000-13000 cm-1). Vidējais IR spektrs ir visplašāk tiek izmantots paraugu analīzē, taču tālu un tuvu IR spektrs arī palīdz sniegt informāciju par analizētajiem paraugiem. Šis pētījums koncentrējās uz FTIR analīzi vidējā IR spektrā.
Vidējais IR spektrs ir sadalīts četros reģionos:
i) vienotās saites reģions (2500—4000 cm-1),
ii) trīskāršās saites reģions (2000—2500 cm-1),
iii) dubultās saites reģions (1500—2000 cm-
1) un (iv) pirkstu nospiedumu reģions (600-1500 cm-1).
Shematiskais IR spektrs ir pieejams 1. attēlā, un katras funkcionālās grupas īpašais biežums ir pieejams 1. tabulā.
1. attēls. Vidēja IR spektra reģioni
2.2. Soli pa solim analīzes procedūra.
FTIR interpretācijai ir pieci soļi:
1. solis: Absorbcijas joslu skaita noteikšana visā IR spektrā. Ja paraugam ir vienkāršs spektrs (tam ir mazāk nekā 5 absorbcijas joslas, analizētie savienojumi ir vienkārši organiskie savienojumi, mazas masas molekulmasa vai neorganiski savienojumi (piemēram, vienkāršie sāļi). Bet, ja FTIR spektram ir vairāk nekā 5 absorbcijas joslas, paraugs var būt sarežģīta molekula.
2. solis: vienas saites laukuma noteikšana (2500-4000 cm-1). Šajā apgabalā ir vairākas virsotnes:
(1) Plaša absorbcijas josla diapazonā no 3650 līdz 3250 cm-1, kas norāda uz ūdeņraža saiti. Šī josla apstiprina hidrāta (H2O), hidroksila (-OH), amonija vai amino esamību. Attiecībā uz hidroksilsavienojumu tam jāseko spektru klātbūtne frekvencēs
1600—1300, 1200—1000 un 800—600 cm-1. Tomēr, ja absorbcijas zonās 3670 un 3550 cm-1 ir strauja intensitātes absorbcija, tas ļauj savienojumam saturēt ar skābekli saistītu grupu, piemēram, spirtu vai fenolu (ilustrē ūdeņraža saites trūkumu).
(2) Šaura josla virs 3000 cm-1, kas norāda nepiesātinātus savienojumus vai aromātiskos gredzenus. Piemēram, absorbcijas klātbūtne
viļņu skaits no 3010 līdz 3040 cm-1 apstiprina vienkāršu nepiesātinātu olefīna savienojumu esamību.
(3) Šaura josla zem 3000 cm-1, parādot alifātiskus savienojumus. Piemēram, absorbcijas josla garās ķēdes lineāriem alifātiskajiem savienojumiem ir
identificēts pie 2935 un 2860 cm-1. Saitei sekos virsotnes no 1470 līdz 720 cm-1.
(4) Aldehīda īpatnējais maksimums starp 2700 un 2800 cm-1.
3. solis: trīskāršās saites reģiona identificēšana (2000—2500 cm-1) Piemēram, ja maksimums ir pie 2200 cm-1, tam vajadzētu būt absorbcijas joslai C⁄C. maksimumam parasti seko papildu spektru klātbūtne frekvencēs 1600—1300, 1200—1000 un 800—600 cm-1.
4. solis: Divkāršās saites reģiona identificēšana (1500—2000 cm-1) Divkārša saistība var būt karbonila (C = C), imino (C = N) un azo (N = N) grupas.
(1) 1850 - 1650 cm-1karbonilsavienojumiem
(2) Virs 1775 cm-1, informējot par aktīvajām karbonilgrupām, piemēram, anhidrīdiem, halogenīdskābēm vai halogenētiem karbonilkarboniloglekļiem, piemēram, laktonu vai organisko karbonātu.
(3) Diapazons no 1750 līdz 1700 cm-1, aprakstot vienkāršus karbonilsavienojumus, piemēram, ketonus, aldehīdus, esterus vai karboksilu.
(4) Zem 1700 cm-1, atbildot amīdiem vai karboksilātiem funkcionālā grupa.
(5) Ja notiek konjugācija ar citu karbonilgrupu, dubultās saites vai aromātiskā savienojuma maksimālā intensitāte tiks samazināta.
Tāpēc konjugētu funkcionālo grupu, piemēram, aldehīdu, ketonu, esteru un karbonskābju klātbūtne var samazināt karbonila absorbcijas biežumu.
(6) 1670 - 1620 cm-1nepiesātinātajai saitei (dubultā un trīskāršā saite) .Konkrēti, maksimums pie 1650 cm-1 ir divkāršās saites oglekļa vai olefīna
savienojumi (C = C). Tipiskas konjugācijas ar citām dubultsaites struktūrām, piemēram, C = C, C = O vai aromātiskajiem gredzeniem, samazinās intensitātes biežumu ar intensīvām vai spēcīgām absorbcijas joslām. Diagnozējot nepiesātinātās saites, ir arī jāpārbauda absorbcija zem 3000 cm-1. Ja absorbcijas josla ir identificēta pie 3085 un 3025 cm-1, tā ir paredzēta C-H. Parasti C-H absorbcija pārsniedz 3000 cm-1.
(7) Spēcīga intensitāte starp 1650 un 1600 cm-1, kas informē par dubultsaitēm vai aromātiskajiem savienojumiem.
(8) Laikā no 1615. līdz 1495 cm-1, reaģējot aromātiskie gredzeni. Tie parādījās kā divi absorbcijas joslu komplekti ap 1600 un 1500 cm-1. Šiem aromātiskajiem gredzeniem parasti sekoja vāja vai mērena absorbcija zonā no 3150 līdz 3000 cm-1 (C-H stiepšanai) .Vienkāršiem aromātiskajiem savienojumiem vairākas joslas var novērot arī no 2000 līdz 1700 cm-1 vairāku joslu veidā ar vāju intensitāti. Tas atbalsta arī aromātisko gredzena absorbcijas joslu (1600/1500 cm-1 absorbcijas frekvencē), proti, C-H lieces vibrāciju ar vidējas absorbcijas intensitāti līdz spēcīgai, kurai dažreiz ir viena vai vairākas absorbcijas joslas, kas atrodamas apgabalā no 850 līdz 670 cm-1.
5. solis: pirkstu nospiedumu reģiona identificēšana (600-1500 cm-1)
Šī joma parasti ir specifiska un unikāla. Sīkāku informāciju skatiet 1. tabulā. Bet var atrast vairākas identifikācijas:
(1) Starp 1000 un 880 cm-1 vairāku joslu absorbcijai ir absorbcijas joslas pie 1650, 3010 un 3040 cm-1.
(2) C-H (izliekšanai ārpus plaknes) tas jāapvieno ar absorbcijas joslām pie 1650, 3010 un 3040 cm-1, kurām piemīt raksturlielumi
savienojuma nepiesātinājums.
(3) Attiecībā uz savienojumu, kas saistīts ar vinilu, apmēram 900 un 990 cm-1 vinila termināļu identificēšanai (-CH = CH 2), no 965 līdz 960 cm-1 trans nesaturētam vinilam (CH = CH) un apmēram 890 cm-1 dubultām olefīnsaitēm vienā vinilā (C = CH 2).
(4) Attiecībā uz aromātisko savienojumu viena un spēcīga absorbcijas josla ir aptuveni 750 cm-1 orto un 830 cm- 1 par para.
1. tabula. Funkcionālā grupa un tās kvantitatīvās frekvences.
Iegūts no publiskās literatūras: DOI- http://dx.doi.org/10.17509/ijost.v4i1.15806
1. IEVADS
Furjē transformācijas infrasarkanais (FTIR) ir viens no svarīgākajiem analītiskajiem paņēmieniem pētniekiem. Šāda veida analīzi var izmantot paraugu raksturošanai šķidrumu, šķīdumu, pastas, pulveru, plēves, šķiedru un gāzu veidā. Šī analīze ir iespējama arī, lai analizētu materiālu uz pamatnes virsmām. Salīdzinot ar citiem raksturošanas analīzes veidiem, FTIR ir diezgan populārs. Šī raksturojuma analīze ir diezgan ātra, ar labu precizitāti un salīdzinoši jutīga.
FTIR analīzes procedūrā paraugi tiek pakļauti saskarē ar infrasarkano (IR) starojumu. Pēc tam IR starojums ietekmē paraugā esošās molekulas atomu vibrācijas, kā rezultātā notiek specifiska enerģijas absorbcija un/vai pārnešana. Tas padara FTIR noderīgu, lai noteiktu īpašas molekulārās vibrācijas, kas atrodas paraugā.
Ir ziņots par daudzām metodēm, kā detalizēti izskaidrot FTIR analīzi. Tomēr lielākajā daļā dokumentu nebija sīki ziņots par to, kā lasīt un interpretēt FTIR rezultātus. Faktiski veids, kā detalizēti saprast iesācējiem zinātniekiem un studentiem, ir neizbēgams.
Šajā ziņojumā bija paredzēts apspriest un izskaidrot, kā lasīt un interpretēt FTIR datus organiskajā materiālā. Pēc tam analīze tika salīdzināta ar literatūru. Tika prezentēta pakāpeniska metode, kā nolasīt FTIR datus, tostarp pārskatot vienkāršus līdz sarežģītus organiskos materiālus.
2. PAŠREIZĒJĀS ZINĀŠANAS FTIR SPEKTRA IZPRATNEI
2.1. Spektrs FTIR analīzes rezultātā.
Galvenā ideja, kas iegūta no FTIR analīzes, ir saprast, kāda ir FTIR spektra nozīme (sk. FTIR spektra piemēru 1. attēlā). Spektrs var radīt datus par “absorbciju pret viļņu skaitu” vai “pārraides pret viļņu skaitli”. Šajā rakstā mēs apspriežam tikai “absorbciju pret viļņu skaitļa” līknes.
Īsāk sakot, IR spektrs ir sadalīts trīs viļņu skaita reģionos: tālo IR spektrs (<400 cm -1), vidējais IR spektrs (400-4000 cm-1) un tuvu IR spektrs (4000-13000 cm-1). Vidējais IR spektrs ir visplašāk tiek izmantots paraugu analīzē, taču tālu un tuvu IR spektrs arī palīdz sniegt informāciju par analizētajiem paraugiem. Šis pētījums koncentrējās uz FTIR analīzi vidējā IR spektrā.
Vidējais IR spektrs ir sadalīts četros reģionos: i) vienotās saites reģions (2500—4000 cm-1), ii) trīskāršās saites reģions (2000—2500 cm-1), iii) dubultās saites reģions (1500—2000 cm- 1) un (iv) pirkstu nospiedumu reģions (600-1500 cm-1). Shematiskais IR spektrs ir pieejams 1. attēlā, un katras funkcionālās grupas īpašais biežums ir pieejams 1. tabulā.
1. attēls. Vidēja IR spektra reģioni
2.2. Soli pa solim analīzes procedūra.
FTIR interpretācijai ir pieci soļi:
1. solis: Absorbcijas joslu skaita noteikšana visā IR spektrā. Ja paraugam ir vienkāršs spektrs (tam ir mazāk nekā 5 absorbcijas joslas, analizētie savienojumi ir vienkārši organiskie savienojumi, mazas masas molekulmasa vai neorganiski savienojumi (piemēram, vienkāršie sāļi). Bet, ja FTIR spektram ir vairāk nekā 5 absorbcijas joslas, paraugs var būt sarežģīta molekula.
2. solis: vienas saites laukuma noteikšana (2500-4000 cm-1). Šajā apgabalā ir vairākas virsotnes:
(1) Plaša absorbcijas josla diapazonā no 3650 līdz 3250 cm-1, kas norāda uz ūdeņraža saiti. Šī josla apstiprina hidrāta (H2O), hidroksila (-OH), amonija vai amino esamību. Attiecībā uz hidroksilsavienojumu tam jāseko spektru klātbūtne frekvencēs 1600—1300, 1200—1000 un 800—600 cm-1. Tomēr, ja absorbcijas zonās 3670 un 3550 cm-1 ir strauja intensitātes absorbcija, tas ļauj savienojumam saturēt ar skābekli saistītu grupu, piemēram, spirtu vai fenolu (ilustrē ūdeņraža saites trūkumu).
(2) Šaura josla virs 3000 cm-1, kas norāda nepiesātinātus savienojumus vai aromātiskos gredzenus. Piemēram, absorbcijas klātbūtne viļņu skaits no 3010 līdz 3040 cm-1 apstiprina vienkāršu nepiesātinātu olefīna savienojumu esamību.
(3) Šaura josla zem 3000 cm-1, parādot alifātiskus savienojumus. Piemēram, absorbcijas josla garās ķēdes lineāriem alifātiskajiem savienojumiem ir identificēts pie 2935 un 2860 cm-1. Saitei sekos virsotnes no 1470 līdz 720 cm-1.
(4) Aldehīda īpatnējais maksimums starp 2700 un 2800 cm-1.
3. solis: trīskāršās saites reģiona identificēšana (2000—2500 cm-1) Piemēram, ja maksimums ir pie 2200 cm-1, tam vajadzētu būt absorbcijas joslai C⁄C. maksimumam parasti seko papildu spektru klātbūtne frekvencēs 1600—1300, 1200—1000 un 800—600 cm-1.
4. solis: Divkāršās saites reģiona identificēšana (1500—2000 cm-1) Divkārša saistība var būt karbonila (C = C), imino (C = N) un azo (N = N) grupas.
(1) 1850 - 1650 cm-1karbonilsavienojumiem
(2) Virs 1775 cm-1, informējot par aktīvajām karbonilgrupām, piemēram, anhidrīdiem, halogenīdskābēm vai halogenētiem karbonilkarboniloglekļiem, piemēram, laktonu vai organisko karbonātu.
(3) Diapazons no 1750 līdz 1700 cm-1, aprakstot vienkāršus karbonilsavienojumus, piemēram, ketonus, aldehīdus, esterus vai karboksilu.
(4) Zem 1700 cm-1, atbildot amīdiem vai karboksilātiem funkcionālā grupa.
(5) Ja notiek konjugācija ar citu karbonilgrupu, dubultās saites vai aromātiskā savienojuma maksimālā intensitāte tiks samazināta. Tāpēc konjugētu funkcionālo grupu, piemēram, aldehīdu, ketonu, esteru un karbonskābju klātbūtne var samazināt karbonila absorbcijas biežumu.
(6) 1670 - 1620 cm-1nepiesātinātajai saitei (dubultā un trīskāršā saite) .Konkrēti, maksimums pie 1650 cm-1 ir divkāršās saites oglekļa vai olefīna savienojumi (C = C). Tipiskas konjugācijas ar citām dubultsaites struktūrām, piemēram, C = C, C = O vai aromātiskajiem gredzeniem, samazinās intensitātes biežumu ar intensīvām vai spēcīgām absorbcijas joslām. Diagnozējot nepiesātinātās saites, ir arī jāpārbauda absorbcija zem 3000 cm-1. Ja absorbcijas josla ir identificēta pie 3085 un 3025 cm-1, tā ir paredzēta C-H. Parasti C-H absorbcija pārsniedz 3000 cm-1.
(7) Spēcīga intensitāte starp 1650 un 1600 cm-1, kas informē par dubultsaitēm vai aromātiskajiem savienojumiem.
(8) Laikā no 1615. līdz 1495 cm-1, reaģējot aromātiskie gredzeni. Tie parādījās kā divi absorbcijas joslu komplekti ap 1600 un 1500 cm-1. Šiem aromātiskajiem gredzeniem parasti sekoja vāja vai mērena absorbcija zonā no 3150 līdz 3000 cm-1 (C-H stiepšanai) .Vienkāršiem aromātiskajiem savienojumiem vairākas joslas var novērot arī no 2000 līdz 1700 cm-1 vairāku joslu veidā ar vāju intensitāti. Tas atbalsta arī aromātisko gredzena absorbcijas joslu (1600/1500 cm-1 absorbcijas frekvencē), proti, C-H lieces vibrāciju ar vidējas absorbcijas intensitāti līdz spēcīgai, kurai dažreiz ir viena vai vairākas absorbcijas joslas, kas atrodamas apgabalā no 850 līdz 670 cm-1.
5. solis: pirkstu nospiedumu reģiona identificēšana (600-1500 cm-1)
Šī joma parasti ir specifiska un unikāla. Sīkāku informāciju skatiet 1. tabulā. Bet var atrast vairākas identifikācijas:
(1) Starp 1000 un 880 cm-1 vairāku joslu absorbcijai ir absorbcijas joslas pie 1650, 3010 un 3040 cm-1.
(2) C-H (izliekšanai ārpus plaknes) tas jāapvieno ar absorbcijas joslām pie 1650, 3010 un 3040 cm-1, kurām piemīt raksturlielumi savienojuma nepiesātinājums.
(3) Attiecībā uz savienojumu, kas saistīts ar vinilu, apmēram 900 un 990 cm-1 vinila termināļu identificēšanai (-CH = CH 2), no 965 līdz 960 cm-1 trans nesaturētam vinilam (CH = CH) un apmēram 890 cm-1 dubultām olefīnsaitēm vienā vinilā (C = CH 2).
(4) Attiecībā uz aromātisko savienojumu viena un spēcīga absorbcijas josla ir aptuveni 750 cm-1 orto un 830 cm- 1 par para.
1. tabula. Funkcionālā grupa un tās kvantitatīvās frekvences.