1. No category

Johdatusta FT-IR –
spektroskopiaan
(Fourier Transform Infrared)
Timo Tuomi
Eila Hämäläinen
LUMA-koulutus 15.1.2015
Historiaa
Jean Baptiste Joseph
Fourier
21.3. 1768 – 16.5.1830
*Ranskalainen matemaatikko,
joka kehitti Fourier-sarjan
*Fourier'n sarja on tapa
esittää jaksollinen funktio
trigonometristen sini- ja
kosinifunktioiden avulla eli
sarjakehitelmänä.
Albert Abraham
Michelson
19.12.1852 – 9.5.1931
*Saksalais-amerikkalainen
fyysikko , joka sai Nobelin
fysiikanpalkinnon ansioistaan
tarkkojen optisten
instrumenttien kehityksestä
sekä näillä suoritetuista valon
spektrin tutkimuksista
Sähkömagneettinen säteily
IR-spektri syntyy säteilyn ja
aineen välisestä
vuorovaikutuksesta
Edellyttää dipolimomentin muutosta esim. vesi
Symmetrinen ja
epäsymmetrinen venytys
Saksivärähdys
85
80
75
70
65
60
Tranmissio [%]
90
95
100
Veden (neste) IR-spektri
3500
3000
2500
Aaltoluku cm-1
2000
1500
Heksaani
C-H venytysvärähdykset
C-H deformaatiovärähdykset
20
Transmissio [%]
40
60
80
100
Enemmän kuin 50 värähdystä
4000
3500
3000
2500
2000
Aaltoluku cm-1
1500
1000
IR-spektrin periaate:
Säteilyn ja aineen
välinen vuorovaikutus
IR-laite
•
•
IR-säde heijastuu säteenjakajan kautta kiinteälle peilille
(50%) sekä liikkuvalle peilille
(50%)
Näyte
Detektori ja
interferogrammi
Resultanttiaalto
Peileiltä heijastuneet säteet
kootaan yhteen, ja cosiniaallon muotoinen moduloitu
sädekimppu menee näytLiikkuva
teen kautta detektorille
peili
•
Sädekimpusta absorboituu näytteelle tyypilliset aallonpituudet
•
Detektori havaitsee jäljelle
jääneen sähköisen signaalin l.
interferogrammin
•
Signaali digitoidaan ja siitä
tehdään Fourier-muunnos (FFT)
ja tuloksena on IR-spektri
FFT
Säteenjakaja
Valolähde
Kiinteä peili
FTIR-spektrometri
(ATR on yksi monista IR-mittausmenetelmistä)
• Ennen mittausta ajetaan taus-
taspektri esim. ilma.
• Lopullinen spektri on näytteen ja taustan
spektrien suhde
• ATR-lisälaitteella varustetun FTIR-spektrometrin (Fourier-muunnosinfrapunaspektroskopia) käyttö ei edellytä juuri näytteen
valmistusta ja siksi mittaaminen on helppoa
ATR-menetelmä
= Attenuated total reflection
=vaimennettu kokonaisheijastus
1. IR-säteily tunkeutuu pienen matkaa
näytteeseen (absorptio)
2. Kide heijastaa jäljelle jääneen
säteilyn detektorille
3. Transmittanssi-% kertoo, kuinka
monta prosenttia säteilystä pääsee läpi.
4. Absorptio nähdään spektrissä piikkinä
kyseistä energiaa vastaavalla
aaltolukualueella.
dsyvyys 

2 1/ 2
2np(sin2  nsp
)
λ= aallonpituus
np = ATR-kiteen taitekerroin
 = säteen tulokulma kiteelle
nsp = taitekertoimien suhde
näyte / ATR-kide
Taitekerroin
n1 > n2
Näyte
ATR-kide
Näyte
n2
n1

ATR-kide
0.8
Absorbance Units
0.4
0.6
Transmittanssi
T = I / Io
Absorbanssi
Lambert-Beerin laki:
A = -log (I / Io)
A=•c•b
= moolinen absorptiokerroin
(aineelle ominainen)
c = konsentraatio
b = valotien pituus
0.0
0.2
I = näytteen läpi
päässeen säteilyn
intensiteetti
Io = alkuperäinen
intensiteetti
0
20
Transmittance [%]
40
60
80
100
1.0
•Transmittanssi (T)< - >Absorbanssi (A) - Miksi?
•Spektrin absorbanssimuoto antaa enemmän
tietoa itse näyteestä.
6000
5000
4000
Aaltoluku cm-1
3000
2000
1000
6000
5000
4000
Aaltoluku cm-1
3000
2000
1000
Kuten
sormenjälki
Jokaisella molekyylillä
on oma infrapunaspektrinsä
Tulkintaprosessi.....
• Spektristä selvitetään ns.
pääpiikit
• Historiallisista syistä
useimmiten T%-muodossa
• Tulkinnassa katsotaan
yleensä aluksi kahta aluetta
– Funktionaalisten ryhmien
juovat (>1400 cm-1)
– Sormenjälkialue
(< 1400 cm-1)
• Hahmotellaan mahdollista
rakennetta
• Vertaillaan spektrikirjastoihin
• Hyödynnetään muut tiedot
aineesta (olomuoto, sp, kp…)
Funktionaaliset
ryhmät
3500
3000
Sormenjälkialue
2500
2000
1500
Aaltoluku (cm-1)
1000
Orgaanisten yhdisteryhmien IR-absorptioita
Tärkeimmät funktionaaliset
ryhmät
•Alkaanit (tyydytetyt CH2 & CH3)
•Olefiinit (Alkeenit - C=C-H2)
•Alkyynit (C=C-H)
1760–1665
(s)
C=O stretch
carbonyls (general)
1760–1690
(s)
C=O stretch
carboxylic acids
1750–1735
(s)
C=O stretch
esters, saturated
aliphatic
1740–1720
(s)
C=O stretch
aldehydes,
saturated aliphatic
1730–1715
(s)
C=O stretch
alpha,beta–
unsaturated esters
1715 (s)
C=O stretch
ketones, saturated
aliphatic
1710–1665
(s)
C=O stretch
alpha,beta–
unsaturated
aldehydes, ketones
•Aromaatit
•Karbonyyli (C=O)
Aldehyde/Ketone
•Esteri, Eetteri, & Anhydridi (C-O)
•Alkoholit (C-OH)
•Amidit & Amiinit (N-H)
Etyyliasetaatin tyypillisiä
värähtelyjä
CH-venytys, CH-taivutus, C=O venytys
4000
3500
3000
2500
2000
Wavenumber cm-1
C:\Program Files\OPUS65\search\Entry052.0
Page 1/1
1500
1000
847.66
786.45
938.36
1098.32
1047.79
1242.48
1447.72
1374.19
1742.60
2985.56
2942.08
2909.54
3465.68
0
20
Transmittance [%]
40
60
80
100
CH-venytys 2800 - 3100cm-1
500
4000
3500
3000
2500
2000
Wavenumber cm-1
C:\Program Files\OPUS65\search\Entry052.0
Page 1/1
1500
1000
847.66
786.45
938.36
1098.32
1047.79
1242.48
1447.72
1374.19
1742.60
2985.56
2942.08
2909.54
3465.68
0
20
Transmittance [%]
40
60
80
100
C=O venytys 1742 cm-1
500
Asetaattien C-C-O- absorboi n. 1240 cm-1
Epäsymmetrinen venytys; Esteri-sidos C-O
4000
3500
3000
2500
2000
Wavenumber cm-1
C:\Program Files\OPUS65\search\Entry052.0
Page 1/1
1500
1000
847.66
786.45
938.36
1098.32
1047.79
1242.48
1447.72
1374.19
1742.60
2985.56
2942.08
2909.54
3465.68
0
20
Transmittance [%]
40
60
80
100
1300 – 1000 cm-1
500
Rasvahapot
Voihappo CH3 – CH2 – CH2 – C = O
CH3 -taivutus
1380 cm-1
90
80
Transmittance [%]
40 50 60 70
3500
F:\Hollolan lukio\BUTYRIC ACID, 99+%.SPA
3000
2500
2000
Wavenumber cm-1
BUTYRIC ACID, 99+%
1500
1000
489.04
625.16
777.19
937.43
884.25
1096.62
1460.35
1414.06
1382.80
1282.52
1220.59
1710.97
2668.84
2968.56
2939.68
2878.73
O–H taivutus
1440-1395 ja
950-910 cm-1
30
C–H venytys
3100-2800 cm-1
20
C=O venytys
1760-1690 cm-1
10
O–H venytys
3300-2500 cm-1
100
OH
500
Aldrich Catalog No: B10350-0 CAS Number: 107-92-6 Molecular Formula: C4H8O
Page 1/1
Ns. Synteettinen
mineraaliöljy
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Shell Helix Ultra 5-W40
3500
3000
2500
2000
Wavenumber cm-1
C:\Program Files\OPUS65\Data\Alpha data\Öljyt\Shell Helix Ultra 5-W40.0
Shell Helix Ultra 5-W40
Page 1/1
1500
1000
Instrument type and / or accessory
500
05/02/2008
Kiitos!
Aineiden teoreettiset arvot
• Etanoli
• Mentoli
• 8 erilaista stereoisomeeriä
• Kiehumispiste 78,37 °C
• Sulamispiste
36-38 °C, raseeminen
42-45 °C, (-)-muoto l.
levomentoli, (luonnossa)
• Liukenee hyvin etanoliin