Spektroskopia Uv Vis

[Kristin Dampeer]

Coto jest NIR?

Spektroskopia w bliskiej podczerwieni (Near InfraRed) to metoda analityczna wykorzystująca obszar NIR widma elektromagnetycznego (800 - 2500 nm). Mierzy absorpcję światła z prbki w obszarze NIR przy rżnych długościach fal. Zarejestrowane widmo NIR składa się z nadtonw i kombinacji drgań cząsteczek zawierających grupy CH, NH lub OH. To sprawia, że spektroskopia NIR jest pierwszym wyborem do analizy materiałw organicznych w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym, a także w przemyśle spożywczym, paszowym i rolnym.

Jak ocenić widmo NIR?

Pasma NIR zwykle nakładają się tworząc widma o szerokich pikach, co sprawia, że widmo NIR prbki jest trudniejsze do interpretacji w porwnaniu z widmem w średniej podczerwieni. Jednak widma NIR, ktre są porwnywalnie ubogie pod względem właściwości, zawierają znaczną ilość informacji na temat struktury molekularnej i fizycznej prbki, a informacje te można uzyskać za pomocą nowoczesnych wielowymiarowych metod przetwarzania danych i oceny w celu analizy składu prbki.

Większość technik spektroskopowych jest szybka i dokładna w porwnaniu z mokrymi metodami chemicznymi, ale spektroskopia FT-NIR ma rwnież inne zalety, co czyni ją bardzo przydatną do rutynowych analiz w laboratoriach kontroli jakości i do kontroli procesu. FT-NIR może pomc w usprawnieniu procedur analitycznych w laboratorium i online. Technika ta pozwala na analizę wielu rżnych parametrw za pomocą tylko jednego pomiaru i bez przygotowania prbki, oszczędzając czas i pieniądze.

Brak przygotowania prbki

W przypadku pomiaru NIR w laboratorium prbka umieszczana jest w szklanej fiolce lub kubku pomiaowym, ponieważ szkło jest przezroczyste w regionie NIR. Fakt ten pozwala rwnież na wykorzystanie sond światłowodowych w laboratorium, jak rwnież w warunkach procesowych.

Idealny do materiałw heterogenicznych

Promieniowanie NIR nie tylko pada na powierzchnie prbki, ale wnika głębiej w materiał. To sprawia, że idealnie nadaje się do pomiaru prek niejednorodnych. Ponadto systemy FT (w przeciwieństwie do spektrometrw dyspersyjnych) oferują możliwość ciągłego obracania prbki podczas analizy w celu zarejestrowania większej objętości prbki w porwnaniu do pojedynczego, statycznego pomiaru. To sprawia, że wynik jest bardziej reprezentatywny i prowadzi do większej dokładności.

Bez odpadw, bez odczynnikw chemicznych

W przeciwieństwie do czasochłonnych analiz standardowych, technika NIR nie generuje odpadw, nie powoduje zanieczyszczenia i nie wymaga odczynnikw chemicznych ani gazw, co czyni ją bardzo ekonomiczną metodą.

Wysoka przepustowość

Analiza FT-NIR jest szybka (czas pomiaru od 10 do 60 sekund) i nie wymaga przygotowania prbki przez co uzyskuje się znaczną ilość czasu w porwnaniu z mokrymi analizami chemicznymi. NIR zapewnia wysoką przepustowość prbek badanych w laboratorium i analizowanych online w celu kontroli procesu.

Wyrżnia się trzy ważne techniki pomiarowe: transmisja, odbicie rozproszone i transfleksja. Do każdej z technik dostępny jest szeroki wybr dedykowanych akcesoriw do pomiarw prbek, w zależności od właściwości optycznych prbki.

Podczas pomiaru w transmisji promieniowanie kierowane jest na prbkę za pomocą skupionej lub rwnoległej wiązki. Część promieniowania jest absorbowana, ale pozostała część trafia do detektora. Ten rodzaj pomiaru jest używany nie tylko do przezroczystych cieczy (przepuszczalność bezpośrednia), można w ten sposb analizować nawet prbki, ktre odbijają promieniowanie lub lekko rozpraszają, takie jak ziarna i prbki pastowate (transmisja dyfuzyjna).

Transfleksja jest rozszerzeniem techniki transmisji. Za prbką umieszcza się specjalne lustro, od ktrego odbija się przechodzące przez prbkę światło z powrotem do sondy pomiarowej lub sfery integrującej. W ten sposb mierzy się prbkę łącząc dwie techniki: transmisje oraz refleksje. Ta technika wykorzystywana jest do analizy emulsji, żeli i mętnych cieczy. Dostępne są rwnież sondy transfleksyjne do analizy np. mętnych cieczy, takich jak mleko w trakcie procesu fermentacji.

Infračerven spektroskopia (IR spektroskopia alebo vibračn spektroskopia) je chemick metda, pomocou ktorej sa meria interakcia infračervenho žiarenia s ltkami. Pri interakcii mže djsť k absorpcii, emisii alebo odrazu žiarenia. Použva sa na skmanie a identifikciu chemickch ltok alebo funkčnch skupn v pevnom, kvapalnom i plynnom skupenstve. D sa použiť na charakterizciu novch materilov alebo identifikciu či overenie znmych vzoriek. Infračerven spektroskopia sa rob pomocou zariadenia nazvanho infračerven spektrometer (alebo spektrofotometer), ktor produkuje infračerven (IR) spektrum. Infračerven spektrum možno potom zobraziť ako graf absorbancie (či transmitancie) infračervenho žiarenia na vertiklnej osi v zvislosti na frekvencii, vlnočte alebo vlnovej dĺžke na horizontlnej osi. Na horizontlnej osi sa bežne použva vlnočet v jednotkch reciprokch centimetrov, teda cm-1. Vlnov dĺžka je u infračervenej spektroskopie približne rovn mikrometrom (označovanm i ako mikrny), značka μm, ktor s prevrtenou hodnotou reciprokch centimetrov. Bežnch laboratrnym prstrojom, ktor využva tto spektroskopiu, je infračerven spektrometer s Fourierovou transformciou (FTIR). Takisto je možn merať i dvojdimenzionlne IR spektr.

Infračerven spektroskopia využva to, že molekuly absorbuj elektromagnetick žiarenie s konkrtnymi frekvenciami, ktor je charakteristick pre ich štruktru. Tieto absorpcie nastvaj pri takzvanch rezoznančnch frekvencich, teda v prpadoch, kedy frekvencia absorbovanho žiarenia odpoved vibračnej frekvencii. Energia je ovplyvnen tvarom molekulrnej hyperplochy potencilnej energie, hmotnosťami atmov a svisiacimi vibronickmi prechodmi (zmenami elektrnovej štruktry v zvislosti na zmene polohy atmov).[2]

V rmci Bornovej-Oppenheimerovej a harmonickej aproximcie (teda keď molekulov Hamiltonin odpovedajci zkladnmu elektrnovmu stavu možno aproximovať pomocou harmonickho osciltoru v okol rovnovžnej molekulrnej geometrie) svisia rezonančn frekvencie s normlnymi vibračnmi mdmi odpovedajceho molekulrneho elektrnovho zkladnho stavu na hyperploche potencilnej energie.[chba zdroj]

Aby bol vibračn md aktvny (pozorovateľn) v infračervenej spektroskopii, mus počas neho vznikať tranzitn diplov moment. Nie je nutn, aby molekula mala permanentn diplov moment, keďže pravidlo vyžaduje iba zmenu diplovho momentu.[2][3]

Molekula mže vibrovať mnohmi spsobmi, pričom každ z nich sa označuje ako vibračn md. Pre molekulu, ktor m N atmov, molekuly s linernou geometriou maj 3N-5 vibračnch mdov a nelinerne molekuly maj 3N-6 vibračnch mdov.[2] Oxid uhličit je linerna molekula s tromi atmami, takže m 33-5 = 4 vibračn mdy, naproti tomu voda je nelinerna molekula s 3 atmami, takže m 33-6 = 3 vibračn mdy. Tento počet je dan počtom stupňov voľnosti pohybov jednotlivch atmov. Každ atm m tri stupne voľnosti, teda sa mže pohybovať v ktoromkoľvek smere v kartzskej sstave sradnc. Preto m molekula celkom 3N stupňov voľnosti. Tri pohyby však odpovedaj sčasnmu pohybu všetkch atmov v jednom smere, takže odpovedaj translcii (pohybu v priestore). Ďalšie tri potom zachovvaj dĺžky vzieb a vzbov uhly a v skutočnosti odpovedaj rotcim celej molekuly v priestore. Preto maj nelinerne molekuly 3N - 3 translcie - 3 rotcie = 3N-6 vibračnch mdov. Pre linerne molekuly jedna rotcia (okolo osi v ktorej molekula lež) nemen usporiadanie molekuly, takže potom existuje 3N - 3 translcie - 2 rotcie = 3N-5 vibračnch mdov.[2] Akkoľvek zložitejšiu vibrciu molekuly potom možno popsať ako nejak kombinciu jednotlivch vibračnch mdov.

Jednoduch dvojatmov molekuly maj len jednu vzbu a len jeden vibračn md. Ak je tto molekula symetrick, naprklad N2, tak tto vibrciu nemožno pozorovať v infračervenej spektroskopii (nedochdza k vzniku prechodnho diplovho momentu), ale je možn ju pozorovať v Ramanovom spektre (pretože dochdza k zmene polarizcie molekuly). Asymetrick dvojatmov molekuly, naprklad CO, absorbuj i v infračervenom spektre.[2] Zložitejšie molekuly maj viac vzieb a ich vibračn spektra s teda zložitejšie, takže veľk molekuly absorbuj v infračervenom spektre na mnohch miestach.

Tieto vibrcie s zobrazen v tabuľke nižšie. Molekuly, v ktorch chbaj dodatočn atmy X, maj menej vibrcii, pretože niektor mdy s určen vzťahmi k tmto skupinm. Naprklad v prpade molekuly vody neexistuje kvav, vejrov a krtiv md, pretože tieto mdy reprezentuj jednoduch rotciu celej molekuly a nie vibrcie v rmci molekuly. V prpade zložitejšch molekl mžu byť prtomn i ďalšie vibračn mdy.[2]

Na tchto obrzkoch nie je zobrazen pohyb uhlkovho atmu (žltho atmu v strede), ktor je sce nutn na vyrovnanie celkovho pohybu molekuly, ale jeho pohyb je vrazne menš než pohyb ľahšch vodkovch atmov.

Najjednoduchšie a najdležitejšie, zvan fundamentlne, vibračn psy vznikaj excitciou normlnych mdov, teda najjednoduchšch skriven molekuly, zo zkladnho stavu s vibračnm kvantovm čslom v = 0 do prvho excitovanho stavu s vibračnm kvantovm čslom v = 1. V niektorch prpadoch možno pozorovať overtoney. Tie sa objavuj v prpadoch prechodov zo zkladnho stavu do druhho excitovanho vibračnho stavu (v = 2). Takto ps sa objavuje pri približne dvojnsobnej energie oproti fundamentlnemu psu toho istho normlneho mdu. Niektor excitcie, takzvan kombinovan mdy, spočvaj v sčasnej excitcii viac než jednho normlneho mdu. Tento fenomn Fermiho rezonancie mže vznikať, ak maj dva mdy podobn energiu. Fermiho rezonancia potom vznik na zklade neočakvanho posunu energie a intenzity psov.[2]

IR spektroskopia sa často použva kvli tomu, že je vďaka nej možn identifikovať funkčn skupiny prtomn v molekule, pretože tieto skupiny vykazuj charakteristick psy v infračervenom spektre. Tieto psy s charakaterizovan ich polohou (frekvenciou/vlnočtom) a intenzitou.

3a8082e126