Transcript Power Point
Slide 1
Klíčové body infračervené spektrometrie
Chemické vazby mohou být znázorněny
jako kmitající pružiny spojující atomy
Absorpce záření vede ke změně rychlosti kmitání
Ale k absorpci světla dojde jen někdy – když vyvolá pro
měřenou molekulu přípustnou změnu rychlosti vibrací
Pozice absorpčních pásů ve spektru je pak daná:
• hmotností atomů
• pevností vazby - „pružiny“
• okolními vazbami v materiálu
IČ zdroj
Řízení frekvence
Vzorek
1
Detektor Spektrum
Slide 2
Jak molekuly vibrují
Isopropanol – všechny vibrace najednou
Anion typu XO3 – jen valenční vibrace
Anion typu XO3 – jen deformační vibrace
2
Slide 3
Polohy pásů poskytují informaci o struktuře
Bending
Twisting
+
C
C
C
Valenční
C
C
Deformační
100
90
80
%T
70
60
50
40
30
20
4000
3500
3000
2500
2000
Wavenumbers (cm -1)
3
1500
1000
Slide 4
Jak vypadá IČ spektrometr
Nicolet iS10
Řídí se běžným PC nebo notebookem, komunikace přes USB
Obrázek s měřícím nástavcem pro měření na průchod
(kapalinové kyvety, tenké filmy, KBr tablety,…)
4
Slide 5
Jak vypadá IČ spektrometr
Nicolet iS10
Nejběžnější způsob měření - jednoodrazový ATR nástavec
• Diamantový krystal– tvrdé vzorky, agresivní chemikálie (záruka 5 let)
• ZnSe krystal – ekonomická volba pro měkčí vzorky, gely, kapaliny
• Germaniový krystal – ideální pro sazemi plněné materiály a pro tenké vrstvy
5
Slide 6
Jak vypadá IČ spektrometr
Nicolet iS10
Nicolet iS10 a jednoodrazové ATR: kvalitní spektra za 10 sekund
6
Slide 7
Co IČ spektrometrie neumí
Analýzu kovů a slitin
• Infračervené záření jen odrážejí, nemají spektrum
Analýzu stopových složek
• Z jednoho materiálu dostáváte jediné spektrum
• Složky s obsahem pod 0,5% mají obvykle ve spektru už tak
malý projev, že je nelze seriózně analyzovat
Jednoduché soli a oxidy
• NaCl, KCl, KBr, TiO2, ZnO mají jen málo pásů ve špatně
měřitelné oblasti
7
Slide 8
Co IČ spektrometrie umí dobře
Kvantitativní analýza – obsah složky ve směsi
• Vyžaduje vývoj kalibrace na základě spekter
standardů o známé koncentraci složky
• Perfektní pro plyny, kapaliny, gely – ATR
• Pro tuhé vzorky pracnější měřící techniky,
ale proveditelné. Výhodnější je obvykle
měření v blízké IČ oblasti, zvlášť
pro nehomogenní vzorky.
8
Slide 9
Příklad – obsah ketoprofenu
Obsah ketoprofenu v gelu
Koncentrace 0 – 8% hmotnosti
Měření na tříodrazovém ATR, spektrum měřeno cca 1 minutu
9
Slide 10
Příklad – obsah ketoprofenu
0.32
Absorbance
0.28
Neupravená spektra
0.24
0.20
0.16
0.12
0.08
0.04
-0.00
3500
3000
2500
2000
1500
1000
1300
1200
Wavenumbers (cm-1)
Absorbance
0.11
0.09
0.07
0%
1%
2%
4%
6%
8%
0.05
Výřez
0.03
0.01
1700
1600
1500
1400
Wavenumbers
10
(cm-1)
Slide 11
Příklad – obsah ketoprofenu
Kalibrace sestrojena metodou SMLR na region spekter okolo
1600 cm-1. Výsledné parametry:
Korelační koeficient = 0.9997
Nejistota kalibrace = 0.0651%
Nejistota krosvalidace = 0.0830%
Validace na kontrolní vzorky:
Správná hodnota
1.00
4.00
6.00
Stanovená hodnota
1.05
4.00
6.01
11
Rozdíl rel.%
5.0
0.0
0.2
Slide 12
Co IČ spektrometrie umí nejlépe
Kvalitativní analýza
• Potvrzení shody se známým standardem
• Analýza neznámých vzorků pomocí databází spekter
• Obojí v řádu minut!!
Běžným problémem v laboratořích společností
vyrábějících kosmetiku je, že nemají objektivní metodu
pro prokázání odlišnosti vzorku od vyhovujícího
standardu:
• „Vypadá a voní to trochu jinak a má to jinou konzistenci.
Co s tím?“
• Má to jinou viskozitu a pH, senzoricky to ale je prakticky
stejné. Můžeme to použít?“
12
Slide 13
Příklad 1– Microcer
Pastovitá hmota, 4 spektra standardů, jednoodrazové ATR
Shoda mezi standardy 99,5% a více!
Komerční knihovna analyzovala jako Parafin - vosk se shodou 95.2%
Mic ro c e r 1
0.45
Mic ro c e r 2
Mic ro c e r 3
Mic ro c e r 4
0.40
0.35
A b so rba nce
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
3500
3000
2500
2
20
00
00
0
1500
W a ve n u m b e rs (c m -1 )
Wavenumbers (cm-1)
13
1000
Slide 14
Příklad 2 – záměna citrátů
Kosmetická firma obdržela podezřelou surovinu, neshoda v pH vodného
roztoku, jiné IČ spektrum než standard
Komerční knihovna ukázala mnohem vyšší shodu s citrátem vápenatým než s
předpokládaným citrátem trisodným.
1.0
C IT R AT E ; T RI S OD I UM; D IH Y D RA T E
0.8
Abs
0.6
0.4
0.2
1.0
C IT R AT E ; MON OC AL C I UM; T E T R A H YD R A T E
0.8
Abs
0.6
0.4
0.2
3000
2000
1500
W a ve n u m b e rs (c m -1 )
Wavenumbers (cm-1)
14
1000
500
Slide 15
Příklad 3 – záměna plastů
Firma obdržela šarži výrobků, který měly být z polykarbonátu, nevyhovovaly
však mechanickým zkouškám
Komerční knihovna ukázala mnohem vyšší shodu s poly(methylmethakrylátem) - plexisklem.
1.0
P o ly(m e t h yl m e th a c ryla t e ) (m w : 3 3 ,0 0 0 )
0.9
0.8
0.7
Abs
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
1.0
B is p h e n o l -A -p o l yc a rb o n a te
0.9
0.8
0.7
Abs
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
1800
1600
1400
1200
W a ve n u m b e rs (c m -1 )
Wavenumbers (cm-1)
15
1000
800
Slide 16
Příklad 4 – aplikace opalovacího krému, ATR sonda
Suchá kůže
Kůže + sunscreen
Po 30 min ve vodě
Po umytí mýdlem
1800
1600
1400
1200
Wavenumbers
1000
(cm-1)
Wavenumbers (cm-1)
16
800
Slide 17
Souvislost s SVP
Výňatky z předešlé přednášky Ing. Evy Čížkové, RW TUV
Praha s.r.o. - Příprava na SVP v kosmetickém průmyslu:
Integrovaný systém ISO 9001 a SVP :
6. Vstupní materiály: suroviny (včetně vody), obalové materiály:
specifikace, přijímání, vstupní kontrola, uvolňování do výroby
7. Výroba: předpisová a záznamová dokumentace, všechny
operace výroby, včetně kontrol, skladování, přepracování, balení.
Metrologické zabezpečení měřidel (zákon o metrologii)
9. Kontrola: předpisová a záznamová dokumentace, kritéria
přijatelnosti, zacházení s nevyhovujícími výsledky, činidla,
vzorkování, vrácené výrobky. Metrologické zabezpečení měřidel
(zákon o metrologii)
17
Slide 18
DĚKUJI ZA POZORNOST!
Ing. Martin Hollein, servisní a aplikační specialista
Nicolet CZ s.r.o., Nad Trnkovem 1667/11, 106 00 Praha 10
Mobil: 728 087 223
E-mail: [email protected]
(vizitky v předsálí)
18
Klíčové body infračervené spektrometrie
Chemické vazby mohou být znázorněny
jako kmitající pružiny spojující atomy
Absorpce záření vede ke změně rychlosti kmitání
Ale k absorpci světla dojde jen někdy – když vyvolá pro
měřenou molekulu přípustnou změnu rychlosti vibrací
Pozice absorpčních pásů ve spektru je pak daná:
• hmotností atomů
• pevností vazby - „pružiny“
• okolními vazbami v materiálu
IČ zdroj
Řízení frekvence
Vzorek
1
Detektor Spektrum
Slide 2
Jak molekuly vibrují
Isopropanol – všechny vibrace najednou
Anion typu XO3 – jen valenční vibrace
Anion typu XO3 – jen deformační vibrace
2
Slide 3
Polohy pásů poskytují informaci o struktuře
Bending
Twisting
+
C
C
C
Valenční
C
C
Deformační
100
90
80
%T
70
60
50
40
30
20
4000
3500
3000
2500
2000
Wavenumbers (cm -1)
3
1500
1000
Slide 4
Jak vypadá IČ spektrometr
Nicolet iS10
Řídí se běžným PC nebo notebookem, komunikace přes USB
Obrázek s měřícím nástavcem pro měření na průchod
(kapalinové kyvety, tenké filmy, KBr tablety,…)
4
Slide 5
Jak vypadá IČ spektrometr
Nicolet iS10
Nejběžnější způsob měření - jednoodrazový ATR nástavec
• Diamantový krystal– tvrdé vzorky, agresivní chemikálie (záruka 5 let)
• ZnSe krystal – ekonomická volba pro měkčí vzorky, gely, kapaliny
• Germaniový krystal – ideální pro sazemi plněné materiály a pro tenké vrstvy
5
Slide 6
Jak vypadá IČ spektrometr
Nicolet iS10
Nicolet iS10 a jednoodrazové ATR: kvalitní spektra za 10 sekund
6
Slide 7
Co IČ spektrometrie neumí
Analýzu kovů a slitin
• Infračervené záření jen odrážejí, nemají spektrum
Analýzu stopových složek
• Z jednoho materiálu dostáváte jediné spektrum
• Složky s obsahem pod 0,5% mají obvykle ve spektru už tak
malý projev, že je nelze seriózně analyzovat
Jednoduché soli a oxidy
• NaCl, KCl, KBr, TiO2, ZnO mají jen málo pásů ve špatně
měřitelné oblasti
7
Slide 8
Co IČ spektrometrie umí dobře
Kvantitativní analýza – obsah složky ve směsi
• Vyžaduje vývoj kalibrace na základě spekter
standardů o známé koncentraci složky
• Perfektní pro plyny, kapaliny, gely – ATR
• Pro tuhé vzorky pracnější měřící techniky,
ale proveditelné. Výhodnější je obvykle
měření v blízké IČ oblasti, zvlášť
pro nehomogenní vzorky.
8
Slide 9
Příklad – obsah ketoprofenu
Obsah ketoprofenu v gelu
Koncentrace 0 – 8% hmotnosti
Měření na tříodrazovém ATR, spektrum měřeno cca 1 minutu
9
Slide 10
Příklad – obsah ketoprofenu
0.32
Absorbance
0.28
Neupravená spektra
0.24
0.20
0.16
0.12
0.08
0.04
-0.00
3500
3000
2500
2000
1500
1000
1300
1200
Wavenumbers (cm-1)
Absorbance
0.11
0.09
0.07
0%
1%
2%
4%
6%
8%
0.05
Výřez
0.03
0.01
1700
1600
1500
1400
Wavenumbers
10
(cm-1)
Slide 11
Příklad – obsah ketoprofenu
Kalibrace sestrojena metodou SMLR na region spekter okolo
1600 cm-1. Výsledné parametry:
Korelační koeficient = 0.9997
Nejistota kalibrace = 0.0651%
Nejistota krosvalidace = 0.0830%
Validace na kontrolní vzorky:
Správná hodnota
1.00
4.00
6.00
Stanovená hodnota
1.05
4.00
6.01
11
Rozdíl rel.%
5.0
0.0
0.2
Slide 12
Co IČ spektrometrie umí nejlépe
Kvalitativní analýza
• Potvrzení shody se známým standardem
• Analýza neznámých vzorků pomocí databází spekter
• Obojí v řádu minut!!
Běžným problémem v laboratořích společností
vyrábějících kosmetiku je, že nemají objektivní metodu
pro prokázání odlišnosti vzorku od vyhovujícího
standardu:
• „Vypadá a voní to trochu jinak a má to jinou konzistenci.
Co s tím?“
• Má to jinou viskozitu a pH, senzoricky to ale je prakticky
stejné. Můžeme to použít?“
12
Slide 13
Příklad 1– Microcer
Pastovitá hmota, 4 spektra standardů, jednoodrazové ATR
Shoda mezi standardy 99,5% a více!
Komerční knihovna analyzovala jako Parafin - vosk se shodou 95.2%
Mic ro c e r 1
0.45
Mic ro c e r 2
Mic ro c e r 3
Mic ro c e r 4
0.40
0.35
A b so rba nce
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
3500
3000
2500
2
20
00
00
0
1500
W a ve n u m b e rs (c m -1 )
Wavenumbers (cm-1)
13
1000
Slide 14
Příklad 2 – záměna citrátů
Kosmetická firma obdržela podezřelou surovinu, neshoda v pH vodného
roztoku, jiné IČ spektrum než standard
Komerční knihovna ukázala mnohem vyšší shodu s citrátem vápenatým než s
předpokládaným citrátem trisodným.
1.0
C IT R AT E ; T RI S OD I UM; D IH Y D RA T E
0.8
Abs
0.6
0.4
0.2
1.0
C IT R AT E ; MON OC AL C I UM; T E T R A H YD R A T E
0.8
Abs
0.6
0.4
0.2
3000
2000
1500
W a ve n u m b e rs (c m -1 )
Wavenumbers (cm-1)
14
1000
500
Slide 15
Příklad 3 – záměna plastů
Firma obdržela šarži výrobků, který měly být z polykarbonátu, nevyhovovaly
však mechanickým zkouškám
Komerční knihovna ukázala mnohem vyšší shodu s poly(methylmethakrylátem) - plexisklem.
1.0
P o ly(m e t h yl m e th a c ryla t e ) (m w : 3 3 ,0 0 0 )
0.9
0.8
0.7
Abs
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
1.0
B is p h e n o l -A -p o l yc a rb o n a te
0.9
0.8
0.7
Abs
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
1800
1600
1400
1200
W a ve n u m b e rs (c m -1 )
Wavenumbers (cm-1)
15
1000
800
Slide 16
Příklad 4 – aplikace opalovacího krému, ATR sonda
Suchá kůže
Kůže + sunscreen
Po 30 min ve vodě
Po umytí mýdlem
1800
1600
1400
1200
Wavenumbers
1000
(cm-1)
Wavenumbers (cm-1)
16
800
Slide 17
Souvislost s SVP
Výňatky z předešlé přednášky Ing. Evy Čížkové, RW TUV
Praha s.r.o. - Příprava na SVP v kosmetickém průmyslu:
Integrovaný systém ISO 9001 a SVP :
6. Vstupní materiály: suroviny (včetně vody), obalové materiály:
specifikace, přijímání, vstupní kontrola, uvolňování do výroby
7. Výroba: předpisová a záznamová dokumentace, všechny
operace výroby, včetně kontrol, skladování, přepracování, balení.
Metrologické zabezpečení měřidel (zákon o metrologii)
9. Kontrola: předpisová a záznamová dokumentace, kritéria
přijatelnosti, zacházení s nevyhovujícími výsledky, činidla,
vzorkování, vrácené výrobky. Metrologické zabezpečení měřidel
(zákon o metrologii)
17
Slide 18
DĚKUJI ZA POZORNOST!
Ing. Martin Hollein, servisní a aplikační specialista
Nicolet CZ s.r.o., Nad Trnkovem 1667/11, 106 00 Praha 10
Mobil: 728 087 223
E-mail: [email protected]
(vizitky v předsálí)
18