1 / 46

Optické metody

Optické metody. Optické a separační metody Obsah přednášky. UV-VIS spektroskopie Vibrační spektroskopie. UV-VIS spektrometrie. UV-VIS spektrometrie. Molekulová spektroskopie Interakce elektronů v molekulách UV – ultrafialová oblast (200 – 400 nm) VIS – viditelná oblast (400 – 800 nm)

red
Download Presentation

Optické metody

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Optické metody

  2. Optické a separační metodyObsah přednášky • UV-VIS spektroskopie • Vibrační spektroskopie

  3. UV-VIS spektrometrie

  4. UV-VIS spektrometrie • Molekulová spektroskopie • Interakce elektronů v molekulách • UV – ultrafialová oblast (200 – 400 nm) • VIS – viditelná oblast (400 – 800 nm) • Princip: primární záření (190 – 800 nm) je absorbováno zředěnými roztoky molekul látky • Pásová spektra

  5. UV-VIS spektrometrie

  6. UV-VIS spektroskopieSloučeniny bez chromoforů • Jednoduché vazby (C-C, C-H) • Sigma orbitaly • Neabsorbují v UV-VIS oblasti • Voda, n-hexan, ethanol ad. - použití jako rozpouštědla

  7. UV-VIS spektroskopieSloučeniny s jednoduchými chromofory • Valenční elektrony v π orbitalech - organika • Vazby C=C, C=O, N=N, N=O • Maximální absorbance na vlnové délce v závislosti na typu chromoforu • C=O 280 nm • C=N 300 nm • N=N 350 nm • C=S 500 nm • N=O 650 nm • Vliv substituentu • Vliv rozpouštědla

  8. UV-VIS spektroskopieAromatické sloučeniny • Konjugované π systémy • Spektra obsahují charakteristické pásy nad 200 nm • Benzen a jeho deriváty, naftalen a polykondenzované uhlovodíky, jejich deriváty, heterocykly • Absorpce v UV

  9. UV-VIS spektroskopieDonor-akceptorové pásy, komplexy přechodných kovů • Donor-akceptorové pásy • Široké a intenzivní pásy • Komplexy jódu s donory jako alkoholy nebo aminy, anorganické komplexy (PbI+, FeSCN2+, Me(H2O)n2+) • Komplexy přechodných kovů • Slabé pásy nad 300 nm • Typické zbarvení roztoků iontů nebo krystalů

  10. UV-VIS spektroskopieLambert-Beerův zákon I0 = Ia + I A = log I0/I = -log T [%] I = I0 . 10-ax …….Bouguerův zákon I/I0 = 10-ax = T

  11. UV-VIS spektroskopieLambert-Beerův zákon • A = ε . l . c • ε – molární absorpční koeficient • l – délka absorpčního prostředí • c - koncentrace • A = -log T [%]

  12. UV-VIS spektroskopieInstrumentace

  13. UV-VIS spektroskopieInstrumentace • Zdroj • Deuteriová výbojka • Wolframová žárovka • Kyvety • Skleněné • Křemenné • Průtočné

  14. UV-VIS spektroskopieAplikace • Stanovení kovů • Barevné komplexy • Dithizon (difenylthiokarbazon) – Hg, Cd, Co, Cu • 1,10 – fenantrolin – Fe, Ag, Co • Dimethyldioxim – Ni, Mo, Fe • Stanovení organických látek • Převedení na barevnou sloučeninu (činidla) • Hodnocení čistoty org. látek (tabelovaná spektra) • Kontinuální měření absorpce (kontrola čistoty) • Studium chemických rovnováh • Stanovení disociačních konstant kyselin a zásad • Stanovení stechiometrie komplexů • Spektrofotometrické detektory u separačních metod

  15. Vibrační spektrometrie

  16. Vibrační spektrometrie • Rotačně-vibrační přechody • Molekulová spektrometrie • Infračervená spektrometrie • Absorpce záření • Ramanova spektrometrie • Rozptyl záření

  17. Infračervená spektrometrie

  18. Infračervená spektroskopie (IR, IČ) • Interakce s molekulami látek • Rotační a vibrační energie molekul • Vlnové délky > 800 nm • Pásová spektra • Dělení IR oblasti • Blízká (NIR): 12500 – 4000 cm-1, 800 – 25000 nm • Střední (MIR): 4000 – 400 cm-1, 25000 – 250000 nm • Vzdálená (FIR): 400 – 10 cm-1, 250000 – 1000000 nm

  19. IR spektroskopie K ... silová konstanta vazby  ... redukovaná hmotnost molekuly Harmonický oscilátor Anharmonický oscilátor

  20. IR spektroskopieTypy vibračních přechodů • Přechody fundamentální: základní energetická hladina  1. excitovaná hladina • Vyšší harmonické – overtony základní energ. Hladina  2. nebo 3. excitovaná hladina • Horké přechody 1. excitovaná hladina vyšší excitované hladiny Za normálních podmínek se téměř nevyskytují

  21. IR spektroskopieVýběrové pravidlo • Schopnost absorbovat IČ závisí na struktuře molekuly • Zvýšení vnitřní energie absorpcí je možná jen v případě, že dojde ke změně elektrického dipólu molekuly. • Ke změně dipólmomentu dochází u asymetrických molekul • Asymetrické molekuly aktivní v IČ (HCl) • Symetrické molekuly neaktivní (N2,O2) nebo mnohem méně aktivní (CO2)

  22. IR spektroskopieVibrace víceatomových molekul • Počty stupňů volnosti – počty možných vibrací • Lineární molekuly: 3N – 5 (2 transl. 3 rot. osy) • Nelineární molekuly: 3N – 6 (3 transl. 3 rot. osy) • Dělení vibrací • Valenční • Deformační a)-symetrická valenční, b)-asymetrická valenční, c)- symetrická deformační rovinná (nůžková), d)-asymetrická deformační rovinná (kývavá), e)-symetrická deformační mimorovinná (vějířová), f)-asymetrická deformační mimorovinná (torzní)

  23. IR spektroskopieSpektrum • Závislost absorpce záření na vlnočtu • Nejčastěji se měří v MIR – fundamentální vibrace, a první harmonické (overtony) • 2 oblasti • Oblast otisku palce – projev vibrace a rotace molekuly jako celku (1500 – 400 cm-1) • Oblast charakteristických vibrací (4000 – 1500 cm-1)

  24. IR spektroskopieInstrumentace FT IR Disperzní IR Michelsonův interferometr

  25. IR spektroskopieInstrumentace • Nastavení zrcadel interferometru: He-Ne laser • Zdroje záření • Pevná látka zahřívaná průchodem proudu - Globar • Detektory • Termočlánek (deuterovaný triglycinsulfát, merkurokademnatý telurit) • Golayův pneumatický detektor

  26. IR spektroskopieVzorky a techniky měření • Vzorky – pevné, kapalné i plynné • Techniky • Průchodové techniky • KBr Tableta • Nujolová suspenze • Kapalinové a plynové kyvety • Reflexní techniky • ATR – attenuated total reflectance (zeslabená totální reflexe) • DRIFT – Difúzní reflexe

  27. IR spektroskopieAplikace • Strukturní analýza organických látek • Kontrola čistoty látek • Prakticky neexistují 2 sloučeniny s totožným spektrem – knihovny spekter • Jednotlivé skupiny se projevují ve spektru podobně – kvalita – přítomnost skupin v molekule • Stanovení NEL

  28. Ramanova spektrometrie

  29. Ramanova spektrometrie • Vibrační děje v molekule • Generováno na základě rozptylu • Zdrojové záření • VIS • NIR • UV

  30. Ramanova spektrometrie • Ramanův rozptyl • Přechod molekuly na virtuální vibrační hladinu • Okamžitý pokles na vyšší vibrační hladinu • Fluorescence • Majoritní část záření • Absorpce, fluorescence

  31. Ramanova spektrometrie Typy Ramanova rozptylu • Rayleighův rozptyl • Zachování vlnové délky • Změna vlnové délky • 1923 – Smekal – teoreticky • 1928 - Chandrasekhara Venkata Raman – prakticky • 1930 – Nobelova cena za fyziku

  32. Ramanova spektrometrie Vznik Ramanova rozptylu

  33. Ramanova spektrometrie Výběrové pravidlo • Změna dipólového momentu • Velikost indukovaného dipólmomentu přímo úměrná intenzitě elektrické složky použitého záření (µ = αε) • α – polarizovatelnost

  34. Ramanova spektrometrie Výběrové pravidlo • Pro výskyt pásů v Ramanově spektru je nutná nenulová změna polarizovatelnosti dané vazby (dα/dr) • Symetrické molekuly mnohem aktivnější v Ramanově spektru než asymetrické • Molekuly se středem symetrie • Princip alternativního zákazu

  35. Ramanova spektrometrie Disperzní přístroje • Zdroj záření • Vzorkový prostor • Filtr • Monochromátor/polychromátor • Detektor

  36. Ramanova spektrometrie • Striktně monochromatické intenzivní budící záření • Lasery • Laditelné • S pevnou vlnovou délkou • Kontinuální • Pulsní

  37. Ramanova spektrometrie Vzorkový prostor • Optimální konstrukce pro maximální zisk rozptýleného záření • Různé úhly zachycování záření • 0° • 90° • 180°

  38. Ramanova spektrometrie • Monochromátor • Co nejkvalitnější • Dvojitá až trojitá holografická mřížka • Konkávní mřížka • Detektory • Viditelná oblast – nenáročné • Fotonásobiče • Jednokanálová detekce • Skenovací přístroje • Plošné polovodičové detektory (CCD) • Polychromátory • Vícekanálová detekce

  39. Ramanova spektrometrie FT přístroje • Často nástavce pro FTIR • Budící záření v NIR oblasti • Nd-YAG laser • Většinou 90° uspořádání • Navíc He-Ne laser • NIR detektory

  40. Ramanova spektrometrie Srovnání disperzních a FT přístrojů • Výběr závisí na požadované aplikaci • Disperzní jsou dražší • NIR laser pro FT má nižší intenzitu, ale nedochází k fluorescenci • Pokročilé metody vyžadují VIS oblast – disperzní přístroje

  41. Ramanova spektrometrie Měřící techniky • Kapalné vzorky • skleněné/křemenné kyvely • Tyndalův efekt • Pevné látky • Skleněné kapiláry • Kovové kalíšky • KBr tablety • Držáky pro filmy ad. • Plyny – velmi obtížné

  42. Ramanova spektrometrie • Ramanská spektra podobná infračerveným • Ostřejší pásy • Symetrické části molekul • Vzorky podobné IR spektrometrii

  43. Vibrační spektroskopie Přístroje FTIR

  44. Vibrační spektroskopie Přístroje Raman

  45. Vibrační spektroskopie A co dál?

  46. Pro dnešek vše 

More Related