หุ้น:
ทฤษฎีอินฟราเรดสเปกโทรสโกปีวิธีการและการใช้ประโยชน์
สเปคตรัมอินฟราเรด เป็นการศึกษาว่าโมเลกุลดูดซับรังสีอินฟราเรดและเปลี่ยนเป็นความร้อนได้อย่างไร.
กระบวนการนี้สามารถวิเคราะห์ได้สามวิธี: การวัดการดูดซับการปล่อยและการสะท้อนกลับ ความแม่นยำนี้ทำให้สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดเป็นหนึ่งในเทคนิคการวิเคราะห์ที่สำคัญที่สุดสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน.
ข้อดีอย่างหนึ่งของอินฟราเรดสเปกโทรสโกปีคือแทบทุกตัวอย่างสามารถศึกษาได้ในเกือบทุกรัฐ.
สามารถตรวจสอบของเหลวผงฟิล์มสารละลายพาสติกเส้นใยก๊าซและพื้นผิวได้ด้วยเทคนิคการสุ่มตัวอย่างอย่างรอบคอบ จากผลของการปรับปรุงการใช้งานเครื่องมือเทคนิคที่ละเอียดอ่อนใหม่ได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อตรวจสอบตัวอย่างที่รักษาไม่ได้ก่อนหน้านี้.
อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีสำหรับการใช้งานและการใช้งานอื่น ๆ มีประโยชน์สำหรับการวัดระดับการเกิดพอลิเมอร์ในการผลิตโพลีเมอร์ การเปลี่ยนแปลงจำนวนหรือลักษณะของลิงก์เฉพาะจะถูกประเมินโดยการวัดความถี่เฉพาะเมื่อเวลาผ่านไป.
เครื่องมือการวิจัยสมัยใหม่สามารถทำการวัดแบบอินฟราเรดในช่วงที่น่าสนใจได้บ่อยครั้งถึง 32 ครั้งต่อวินาที.
สิ่งนี้สามารถทำได้ในขณะที่การวัดพร้อมกันนั้นใช้เทคนิคอื่นทำให้การสังเกตปฏิกิริยาทางเคมีและกระบวนการรวดเร็วและแม่นยำยิ่งขึ้น.
ทฤษฎีอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี
เครื่องมือที่ทรงคุณค่าในการกำหนดและตรวจสอบโครงสร้างอินทรีย์เกี่ยวข้องกับคลาสของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (REM) ที่มีความถี่ระหว่าง 4,000 ถึง 400 ซม. -1 (หมายเลขคลื่น).
ประเภทของรังสี EM เรียกว่ารังสีอินฟราเรด (IR) และการประยุกต์กับเคมีอินทรีย์ที่เรียกว่า IR spectroscopy.
การแผ่รังสีในภูมิภาคนี้สามารถนำมาใช้ในการกำหนดโครงสร้างอินทรีย์ที่ใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่ามันถูกดูดซับโดยพันธะระหว่างโมเลกุลในสารประกอบอินทรีย์.
พันธะเคมีในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันจะดูดซับความเข้มของตัวแปรและความถี่ตัวแปร ดังนั้น IR spectroscopy เกี่ยวข้องกับการรวบรวมข้อมูลการดูดซับและวิเคราะห์ในรูปแบบของสเปกตรัม.
ความถี่ที่มีการดูดกลืนรังสี IR (ยอดหรือสัญญาณ) สามารถสัมพันธ์โดยตรงกับการเชื่อมโยงภายในสารประกอบที่มีปัญหา.
เนื่องจากแต่ละการเชื่อมโยงระหว่างอะตอมสามารถสั่นสะเทือนในการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันหลายประการ (การยืดหรือดัด) การเชื่อมโยงแต่ละอันสามารถดูดซับความถี่ IR มากกว่าหนึ่ง.
การดูดซึมแบบยืดมีแนวโน้มที่จะสร้างยอดที่แข็งแรงกว่าการงออย่างไรก็ตามการดูดกลืนการดัดที่อ่อนกว่าอาจมีประโยชน์ในการแยกความแตกต่างของพันธบัตรประเภทเดียวกัน (เช่นการทดแทนด้วยกลิ่นหอม).
มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าการสั่นสะเทือนแบบสมมาตรไม่ทำให้เกิดการดูดซับรังสีอินฟราเรด ตัวอย่างเช่นไม่มีพันธะคาร์บอน - คาร์บอนของเอทิลีนหรือเอธิลีนดูดซับรังสีอินฟราเรด.
วิธีการใช้เครื่องมือในการกำหนดโครงสร้าง
กำทอนแม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR)
การกระตุ้นของนิวเคลียสของอะตอมผ่านการฉายรังสีด้วยคลื่นวิทยุ ให้ข้อมูลที่ครอบคลุมเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุลและการเชื่อมต่อของอะตอม.
อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (IR)
ประกอบด้วยการสั่นสะเทือนของโมเลกุลด้วยการฉายรังสีด้วยแสงอินฟราเรด ส่วนใหญ่จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับการมีหรือไม่มีของกลุ่มการทำงานบางอย่าง.
เครื่องวัดมวลสาร
การทิ้งตัวอย่างด้วยอิเล็กตรอนและการตรวจจับชิ้นส่วนของโมเลกุลที่เกิดขึ้น ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการเชื่อมต่อของมวลโมเลกุลและอะตอม.
รังสีอัลตราไวโอเลต (UV)
การส่งเสริมอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่สูงขึ้นโดยการฉายรังสีของโมเลกุลด้วยแสงอัลตราไวโอเลต ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการมีอยู่ของระบบ conjugated and และพันธบัตรสองและสาม.
สเปกโทรสโก
มันคือการศึกษาข้อมูลสเปกตรัม หลังจากการฉายรังสีด้วยแสงอินฟราเรดพันธะบางอย่างตอบสนองเร็วขึ้นโดยการสั่นสะเทือน การตอบสนองนี้สามารถตรวจพบและแปลเป็นภาพที่เรียกว่าสเปกตรัม.
กระบวนการตีความคลื่นความถี่
- จดจำรูปแบบ.
- เชื่อมโยงรูปแบบกับพารามิเตอร์ทางกายภาพ.
- ระบุความหมายที่เป็นไปได้นั่นคือเสนอคำอธิบาย.
เมื่อได้รับสเปกตรัมความท้าทายหลักคือการดึงข้อมูลที่มีอยู่ในรูปแบบนามธรรมหรือซ่อนเร้น.
สิ่งนี้ต้องการการรับรู้ของรูปแบบบางอย่างความสัมพันธ์ของรูปแบบเหล่านี้กับพารามิเตอร์ทางกายภาพและการตีความของรูปแบบเหล่านี้ในแง่ของคำอธิบายที่มีความหมายและมีเหตุผล.
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
สเปคโทรสอินทรีย์ส่วนใหญ่ใช้พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าหรือรังสีเป็นตัวกระตุ้นทางกายภาพ พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (เช่นแสงที่มองเห็น) ไม่มีองค์ประกอบของมวลที่ตรวจพบได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งมันสามารถเรียกว่า "พลังงานบริสุทธิ์".
การแผ่รังสีชนิดอื่น ๆ เช่นรังสีอัลฟาซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสฮีเลียมมีองค์ประกอบมวลที่ตรวจจับได้ดังนั้นจึงไม่สามารถจัดเป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า.
พารามิเตอร์ที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าคือ:
•พลังงาน (E): พลังงานเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่และแปรผกผันกับความยาวคลื่นตามที่ระบุไว้ในสมการด้านล่าง.
- ความถี่ (μ)
- ความยาวคลื่น (λ)
- สมการ: E = hμ
โหมดสั่น
- พันธบัตรโควาเลนต์สามารถสั่นสะเทือนได้หลายวิธีรวมถึงการยืดโยกและกรรไกร.
- แถบที่มีประโยชน์ที่สุดในสเปกตรัมอินฟราเรดนั้นสอดคล้องกับการยืดคลื่นความถี่.
ส่งกับ การดูดซึม
เมื่อตัวอย่างทางเคมีสัมผัสกับการกระทำของแสง IR (แสงรังสีอินฟราเรด) ก็สามารถดูดซับความถี่บางส่วนและส่งส่วนที่เหลือ แสงส่วนหนึ่งสามารถสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิดได้.
เครื่องตรวจจับตรวจจับความถี่ที่ส่งและในการทำเช่นนั้นยังเผยให้เห็นค่าของความถี่ที่ถูกดูดกลืน.
สเปกตรัม IR ในโหมดการดูดกลืนแสง
สเปกตรัม IR นั้นเป็นกราฟของความถี่ที่ส่ง (หรือดูดซับ) กับความเข้มของการส่ง (หรือการดูดซับ) ความถี่ปรากฏขึ้นในแกน x ในหน่วยของหน่วยผกผันเซนติเมตร (Wavenumbers) และความเข้มจะแสดงในแกน y และหน่วยเปอร์เซ็นต์ กราฟแสดงสเปกตรัมในโหมดการดูดซับ:
สเปกตรัม IR ในโหมดการส่งสัญญาณ
กราฟแสดงคลื่นความถี่ในโหมดการส่งสัญญาณ นี่เป็นตัวแทนที่ใช้กันมากที่สุดและพบได้ในหนังสือเคมีและสเปกโทรสโกปี.
การใช้งานและการใช้งาน
เนื่องจากสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดเป็นเทคนิคที่น่าเชื่อถือและใช้ง่ายจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์สารอินทรีย์วิทยาศาสตร์พอลิเมอร์วิศวกรรมปิโตรเคมีอุตสาหกรรมยาและการวิเคราะห์อาหาร.
นอกจากนี้เนื่องจาก FTIR สเปกโตรมิเตอร์สามารถฆ่าเชื้อด้วยโครมาโตกราฟีกลไกของปฏิกิริยาเคมีและการตรวจหาสารที่ไม่เสถียรสามารถตรวจสอบได้ด้วยเครื่องมือดังกล่าว.
การใช้และแอพพลิเคชั่นบางอย่างรวมถึง:
การควบคุมคุณภาพ
มันถูกใช้ในการควบคุมคุณภาพการตรวจวัดแบบไดนามิกและการตรวจสอบการใช้งานเช่นการตรวจวัดความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในเรือนกระจกในระยะยาวโดยไม่ต้องใส่เครื่องและการเจริญเติบโตโดยใช้เครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรด.
การวิเคราะห์ทางนิติวิทยาศาสตร์
มันถูกใช้ในการวิเคราะห์ทางนิติวิทยาศาสตร์ในคดีอาญาและคดีแพ่งเช่นในการระบุการสลายตัวของโพลิเมอร์ สามารถใช้เพื่อตรวจสอบปริมาณแอลกอฮอล์ในเลือดของผู้ขับขี่ที่สงสัยว่าจะเมา.
การวิเคราะห์ตัวอย่างที่เป็นของแข็งโดยไม่จำเป็นต้องตัด
วิธีที่มีประโยชน์ในการวิเคราะห์ตัวอย่างของแข็งโดยไม่จำเป็นต้องตัดคือการใช้ ATR หรือสเปกโตรสโคปีการสะท้อนแสงแบบลดทอน โดยใช้วิธีการนี้ตัวอย่างจะถูกกดลงบนใบหน้าของผลึกเดี่ยว รังสีอินฟราเรดผ่านแก้วและโต้ตอบกับตัวอย่างที่อินเตอร์เฟซระหว่างวัสดุทั้งสองเท่านั้น.
การวิเคราะห์และการระบุสี
IR spectroscopy ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการวิเคราะห์และการระบุสีในภาพวาดและวัตถุศิลปะอื่น ๆ เช่นต้นฉบับที่ส่องสว่าง.
ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร
การประยุกต์ใช้อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งคือในอุตสาหกรรมอาหารเพื่อวัดความเข้มข้นของสารประกอบต่าง ๆ ในผลิตภัณฑ์อาหารที่แตกต่างกัน.
การศึกษาที่แม่นยำ
ด้วยการเพิ่มขึ้นของเทคโนโลยีในการกรองคอมพิวเตอร์และการจัดการผลลัพธ์ผลลัพธ์ในตัวอย่างสามารถแก้ไขได้อย่างแม่นยำ เครื่องมือบางอย่างจะบอกให้คุณทราบโดยอัตโนมัติว่าสารใดบ้างที่ถูกวัดจากสเป็คตรัมอ้างอิงที่เก็บไว้นับพัน.
การทดสอบภาคสนาม
เครื่องมือนี้มีขนาดเล็กและสามารถเคลื่อนย้ายได้แม้จะใช้ในการทดสอบภาคสนาม.
แก๊สรั่ว
สเปคตรัมอินฟราเรดยังใช้ในอุปกรณ์ตรวจจับการรั่วของก๊าซเช่น DP-IR และ EyeCGAs อุปกรณ์เหล่านี้ตรวจจับรอยรั่วของก๊าซไฮโดรคาร์บอนในการขนส่งก๊าซธรรมชาติและน้ำมันดิบ.
ใช้ในอวกาศ
NASA ใช้ฐานข้อมูลที่ทันสมัยบนพื้นฐานของสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดสำหรับการติดตามโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนในจักรวาล.
ตามที่นักวิทยาศาสตร์มากกว่า 20% ของคาร์บอนในจักรวาลสามารถเชื่อมโยงกับโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนเป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการก่อตัวของชีวิต.
โพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนดูเหมือนจะเกิดขึ้นหลังจากบิกแบงไม่นาน พวกมันแพร่หลายไปทั่วจักรวาลและเกี่ยวข้องกับดาวดวงใหม่และดาวเคราะห์นอกระบบ.
การอ้างอิง
- Nancy Birkner (2015) สัมผัสที่ใจ FTIR Spectrometer ทำงานอย่างไร ดึงมาจาก: mindtouch.com.
- Cortes (2006) ทฤษฎีและการตีความของสเปกตรัมอินฟราเรด หอศิษย์เพียร์สัน สืบค้นจาก: utdallas.edu.
- บาร์บาร่าสจวร์ต (2004) สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด. ไวลีย์ ดึงมาจาก: kinetics.nsc.ru.
- Wikipedia (2016) สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด Wikipedia สารานุกรมเสรี สืบค้นจาก: en.wikipedia.org.