فصل سوم: روشهای طيف بينی زير قرمز

Download Report

Transcript فصل سوم: روشهای طيف بينی زير قرمز

‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫فصل سوم‪:‬‬
‫روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫و رامان‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫)‪(Raman‬‬
‫هدف ‪:‬‬
‫آشنائي با مباني نظري ‪ ،‬دستگاهوري ‪ ،‬كاربردها‬
‫تابش الکترومغناطیس‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫‪ ‬طيف بيني زير قرمز (‪:)IR‬‬
‫روش جذبي است كه سطوح انرژي‬
‫ارتعاش ي مولكولها را تحت تأثير قرار‬
‫مي دهد‬
‫‪ ‬كاربرد ‪:‬‬
‫شناسائي پيوندها و عوامل‬
‫شيميائي (ساختمان مولكول)‬
‫)‪(Raman‬‬
‫‪ ‬طيف بيني رامان ‪:‬‬
‫روش پراكنده شدن‬
‫(‪ )Scattering‬فتونها‬
‫‪ ‬كاربرد ‪:‬‬
‫شناسائي ساختمان مولكولها‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫ارتعاشات مولكولي‬
‫مولكول ‪ N‬اتمي‬
‫محدوديتهاي حركتي‬
‫اتمها در مولكول‬
‫محدوديتهاي حركت‬
‫چرخش ي كل مولكول‬
‫‪ 3N‬درجه آزادي براي‬
‫حركت اتمها درسه جهت‬
‫حركت انتقالي‬
‫كل مولكول ‪3‬‬
‫غير خطي ‪3‬‬
‫وخطي ‪2‬‬
‫مولكولهاي غير خطي‬
‫‪ =3N-6‬درجه آزادي ارتعاش ي‬
‫مولكولهاي خطي‬
‫‪ =3N-5‬درجه آزادي ارتعاش ي‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫‪ ‬ارتعاشهاي مولكولي‬
‫‪ ‬ارتعاشهاي كشش ي (‪)Stretching Vibration‬‬
‫(‪)Molecular Vibration‬‬
‫)‪ = (1/2C) (K /‬‬
‫)‪ = (m1 m2) / (m1+ m2‬‬
‫)‪(cm-1‬‬
‫عدد موجی‬
‫‪ = 1/ ‬‬
‫سرعت نور = ‪C‬‬
‫ثابت نيروی پيوند = ‪K‬‬
‫انواع ارتعاشهای خمشی‬
‫ارتعاشهای قیچی وار‬
‫ارتعاشهای گهواره ای‬
‫ارتعاشات نوسانی‬
‫ارتعاشهای رقاصکی‬
‫ارتعاشهاي خمشي گروه ‪CH2‬‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫ارتعاشهاي خمش ي‬
‫‪ ‬چهار نوع ‪:‬‬
‫قيچي وار ‪ ،‬گهواره اي‬
‫جنبانه اي و رقاصگي‬
‫)‪(Raman‬‬
‫(‪)Bending Vibration‬‬
‫تقسیم بندی ارتعاشها‬
‫ارتعاشهاي كشش ي و خمش ي‬
‫ارتعاشهاي كشش ي متقارن و نامتقارن‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫قواعد گزينش‬
‫)‪(Raman‬‬
‫(‪: )Selection rules‬‬
‫‪ ‬يك مولكول در صورتي تابش زير ‪ ‬اگر تغيير حاالت ارتعاش ي باعث‬
‫قرمز را جذب مي كند كه‬
‫تغيير درقطبش پذيري)‪(‬‬
‫تغييرحاالت ارتعاش ي آن باعث‬
‫تغييري در ممان دو قطبي (‪)‬‬
‫مولكول گردد ‪.‬‬
‫‪IR active‬‬
‫(‪)Polarizability‬‬
‫مولكول گردد پراكندگي رامان اتفاق‬
‫مي افتد‪.‬‬
‫‪Raman active‬‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫و رامان‬
‫برهم كنش يك فوتون و يك مولكول منفرد در پديده رامان‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫)‪(Raman‬‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫حاالت كشش ي مولكول‬
‫دي اكسيد كربن‬
‫‪O=C= O‬‬
‫ضدمتقارن‬
‫‪O=C=O‬‬
‫متقارن‬
‫باعث تغيير در ممان‬
‫دو قطبي مولكول‬
‫ممان دوقطبي تغيير نكرده (غير فعال‬
‫زيرقرمز)ولي قطبش پذيري مولكول‬
‫دراثرتغييرطول پيوندتغييركرده است‬
‫فعال زير قرمز‬
‫(‪)IR active‬‬
‫فعال رامان‬
‫(‪)Raman active‬‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫طيف بيني رامان رزونانس ي‬
‫‪ ‬در شرايط خاص ي امكان افزايش شدت نوارهاي رامان‬
‫وجود دارد اگر فركانس پرتو ليزري برخورد كننده‬
‫منطبق يانزديك به فركانس نوار جذبي الكتروني باشد‬
‫باعث شدت خطوط رامان مي شود و ميتوان طيفهاي‬
‫رامان محلولهاي رقيق تا ‪ 10 M‬راتهيه كرد‪.‬‬
‫‪-6‬‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫طيف رامان رزونانس ي منطبق با طيف جذبي‬
‫الكتروني براي فرواورتو ـ فنانترولين‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫وسايل نمونه گيري در طيف بيني رامان‬
‫)‪ (A‬استفاده از لوله موئينه نقطه ذوب (مايعات ـ پودر بي رنگ)‬
‫)‪ (B‬استفاده از قرص چرخان ‪( KBr‬جامدات)‬
‫)‪ (C‬استفاده از سلول چرخان (مايعات)‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫طيف سنج هاي‬
‫رامان‬
‫ا‬
‫منبع رامان معموال‬
‫نور تكفام ليزر است‬
‫نورپراكنده شده توسط‬
‫دوتكفام دقيق ازنورهاي‬
‫سرگردان جدا شده‬
‫آشكار ساز دقيق آنها‬
‫رااندازه گيري مي كند‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫•دستگاهوري در طيف بيني زير قرمز‬
‫(‪)IR‬‬
‫كليات دستگاه مشابه طيف بيني هاي ‪ UV/Vis‬است‬
‫‪‬‬
‫منبع نوري ‪:‬‬
‫‪1‬ـ تابشگر ‪: Nernst‬‬
‫بشكل سيلندر با قطر ‪ 2mm‬و طول ‪ 20cm‬از جنس اكسيد عناصر خاكهاي نادر‬
‫که تا ‪ 1800 K‬گرم مي شود‪.‬‬
‫‪2‬ـ گلوبار (‪: )globar‬‬
‫ميله اي شكل از جنس سيليكون كاربيد قطر ‪ 5mm‬و طول ‪ 50mm‬تا ‪1600 K‬‬
‫گرم مي شود‪.‬‬
‫‪3‬ـ پيچه نيكروم ‪:‬‬
‫تا حد التهاب گرم مي شود‪.‬‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫آشكارسازها ‪:‬‬
‫‪1‬ـ آشكارسازهاي فوتوني (استفاده از نيمه هادي ها)‬
‫‪2‬ـ آشكارسازهاي حرارتي ‪:‬‬
‫گردد‬
‫تغيير حرارت باعث تغييرات فيزيكي مثل مقاومت الكتريكي مي‬
‫ترموكوپل ـ ترميستور ـ سازپنوماتيك ـ پيروالكتريك‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫طيف سنج هاي زير قرمز پاشنده‬
‫‪ ‬دستگاههاي ‪ IR‬دوپرتوئي هستند (جذب ‪ CO2‬و ‪ H2O‬موجود در هوا)‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫تفاوت اصلي طيف سنجهاي‬
‫‪ UV/Vis‬با ‪IR‬‬
‫در طيف سنج هاي‬
‫در طيف سنج هاي‬
‫‪UV/Vis‬‬
‫‪IR‬‬
‫نمونه بعداز تكفام ساز‬
‫نمونه قبل ازتكفام ساز‬
‫كمتر در معرض‬
‫تابش پر انرژي‬
‫مقدار تابشهاي سرگردان‬
‫ساطع شده از نمونه و‬
‫سلول به حداقل برسد‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫طيف سنج هاي زير قرمز تبديل فوريه‬
‫(‪)FT-IR‬‬
‫‪ ‬در طيف سنج هاي ‪ FT-IR‬تكفام ساز نياز نيست تمام‬
‫فركانسها همزمان به نمونه برخورد كرده ودر اثر جذب‬
‫بعض ي از آنها و تداخل امواج بصورت تابعي اززمان‬
‫ثبت شده وبوسيله كامپيوتر به طيف حوزه فركانس ي‬
‫تبديل مي شود‪.‬‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫توضيح طيف حوزه زماني و فركانس ي‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫تداخل سنج و نحوه عملكرد آن‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫‪ ‬سيستم نمونه گيري و نمونه گذاري در طيف بيني‪IR‬‬
‫‪ ‬هر سه شكل جامد ‪ ،‬مايع و گاز كاربرد دارد‬
‫‪ ‬سلول محتوي نمونه بايد در ناحيه ‪ IR‬جذب نداشته‬
‫باشد (‪)KBr , NaBr‬‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫محدوده عبور اشعه ‪ IR‬از سلولها‬
‫ترکيب‬
‫محدوده عدد موجی ‪cm-1‬‬
‫تذکرات‬
‫‪AgCl‬‬
‫‪25000 – 425‬‬
‫مفيد در محلولهای آبی‬
‫‪CaF2‬‬
‫‪6700 – 1100‬‬
‫مفيد در محلولهای آبی‬
‫‪NaCl‬‬
‫‪40000 – 600‬‬
‫رطوبت گير‬
‫‪KBr‬‬
‫‪40000 – 400‬‬
‫رطوبت گير‬
‫‪CsI‬‬
‫‪10000 – 200‬‬
‫مفيد در زير قرمز دور‬
‫‪TlBr-TlI‬‬
‫‪20000 – 300‬‬
‫سمی‬
‫پلي اتيلن‬
‫‪600 – 33‬‬
‫مفيد در زير قرمز دور‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫تجزيه کيفی‪:‬‬
‫‪ ‬مهمترين كاربرد طيف سنجي ‪ IR‬و رامان تعيين ساختمان تركيبات آلي است‬
‫‪ ‬گروههاي عاملي هر كدام در ناحيه معيني از طول موج جذب دارند‬
‫‪ ‬مجاورت گروههاي عاملي اثرات جزئي روي طول موج جذبي دارد‬
‫‪ ‬به كمك جداول فركانس ي و با تجربه كافي ميتوان ساختمان مولكولها را‬
‫بدست آورد‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫طيف بيني زير قرمز‬
‫‪ ‬تجزيه كمي ‪:‬‬
‫بدليل محدوديتهاي زيادي كاربرد كمتري در اندازه گيري كمي دارد‬
‫‪ ‬كاربردها ‪:‬‬
‫مطالعه و كنترل آلودگي هوا‬
‫تجزيه كمي در مواردي كه كل مقدار يك گروه عاملي مورد نظر است‬
‫ا‬
‫مثال اندازه گيري عامل كربونيل كتوني در محدوده ‪1720nm‬‬
‫يك نمونه طيف ‪IR‬‬
‫طیف ‪ IR‬ایزوپرن‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫اندازه گيري بعض ي از گازها با‬
‫تكنيك ‪IR‬‬
‫ترکيب‬
‫حداقل غلظت قابل تشخيص )‪(ppm‬‬
‫(برای سلول ‪ 25/20‬متری)‬
‫طول موج )‪(m‬‬
‫کربن دی سولفيد‬
‫‪0.5‬‬
‫‪4.54‬‬
‫کلروپرن‬
‫‪4‬‬
‫‪11.4‬‬
‫اتيلن دی آمين‬
‫‪0.4‬‬
‫‪13.0‬‬
‫هيدروژن سيانيد‬
‫‪0.4‬‬
‫‪3.04‬‬
‫نيتروبنزن‬
‫‪0.2‬‬
‫‪11.8‬‬
‫پيريدين‬
‫‪0.2‬‬
‫‪14.2‬‬
‫وينيل کلريد‬
‫‪0.3‬‬
‫‪10.9‬‬
‫فصل سوم‪ :‬روشهای طيف بينی زير قرمز‬
‫)‪(Infra Red , IR‬‬
‫و رامان‬
‫)‪(Raman‬‬
‫طيف بيني رامان ‪:‬‬
‫‪ ‬در مواردي براي مطالعات كمي بكار مي رود‬
‫‪ ‬استفاده از استاندارد داخلي و منحني كاليبراسيون ضروري است‬
‫مثال ‪ :‬اندازه گيري مقادير ناچيز بنزن در آب در ‪ = 632.8nm‬‬
‫‪ ‬با استفاده از ليزرهاي پرقدرت و آشكارسازهاي حساس و در طول‬
‫موجهاي نزديك جذبي به كمك پديده رامان رزونانس ي ميتوان مقادير‬
‫ناچيز بعض ي از مواد را اندازه گيري كرد‪.‬‬