Hóa phân tích phổ hồng ngoại

CHỈ SỐ KHÚC XA Quang phở hồng ngoại Quang phở hồng ngoại NỘI DUNG: MỤC TIÊU: 1/ Phạm vi phân vùng phổ IR 2/ Sự hấp thu ánh sáng IR 3/ Các kiểu dao động phân tử 4/ Cấu hình máy quang phổ IR 5/ Biện giải phổ IR 6/ Ứng dụng phổ IR 7/ Chuẩn bị mẫu đo phổ IR - Trình bày được các kiến thức bản về lĩnh vực quang phổ IR - Đọc được phổ IR và trình bày các ứng dụng quang phổ IR lãnh vực Dược Thời lượng: tiết (2 b̉i) QUANG PHỞ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN QUANG PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN Phân vùng phổ điện từ Phạm vi phổ IR Robert Heintz, Ph.D 2,5 μm IR gần   * 200 IR xa Kích thước sơi lơng, tóc: 50 mm Vis IR bản  * IR 800 2.500  (nm) http://www.wikipedia.com CHỈ SỐ KHÚC XA  Anh sáng vùng hồng ngọai khơng nhìn thấy mắt người, không bị khuếch tán nước khơng khí http://www.wikipedia.com oC = (oF – 32).10/18 oF = (oC.18/10) + 32 QUANG PHỔ HẤP THU (Absorption spectrophotometry) PHÂN TỬ HẤP THU UV-VIS PHÁT XẠ F.S I.R CHỈ SỐ KHÚC XA QUANG PHỔ HẤP THU (Absorption spectrophotometry) QUANG PHỔ HẤP THU HỒNG NGỌAI CH3CH2CH2CH3 • Phở dao động - quay nhóm chức có phân tử • Hình dạng phở đa dạng đặc trưng so với hình dạng phổ HT tử ngọai E > E C    1  E  h.  h 10 PHẠM VI PHỔ HỒNG NGỌAI  Vùng IR gần: 11   h.C. NĂNG LƯỢNG CỦA PHÂN TỬ  = 780 nm – 2.500 nm (0,78 mm - 2,5 mm) E = Et + Er + Ev + Ee • Năng lượng quay (Er): từ 0,03 – 0,3 kcal/mol, kích thích phân tử quay, ứng với xạ vùng vi sóng IR xa Sự hấp thu phân tử vùng cho phổ quay túy, gồm vạch gần nhau, vạch có tần số xác định: r = Er / h  Vuøng IR bản:  = 2.500 nm – 25.000 nm (2,5 mm - 25 mm)  = 4000 - 400 cm-1 (0,3 – 12 kcal/mol )  Vuøng IR xa: C  > 25 mm – vi soùng (0,03 – 0,3 kcal/mol) 12 CHỈ SỐ KHÚC XA CÁC KIỂU DAO ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ NĂNG LƯỢNG CỦA PHÂN TỬ Dao động Dao động nhóm E = Et + Er + Ev + Ee  Năng lượng dao động (Ev) : từ 0,3 – 12 kcal/mol, kích thích phân tử dao động, ứng với xạ vùng IR gần IR Sự hấp thu phân tử vùng cho phổ dao động – quay Phổ dao động – quay đám vạch có chồng phở dao động phở quay, đám vạch có tần số xác định: n = nr + nv = (EV + Er) / h Phân tử có N nguyên tử = 3N - Phân tử thẳng hàng = 3N - dao động co giãn s • Năng lượng điện tử ( Ee) : ứng với xạ vùng UVVIS 13 E 14 CÁC KIỂU DAO ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ Kiểu dao động Ký hiệu CO2 2349 cm-1 667 cm-1 + - s 3652 cm-1 +  -1 1596 cm + as 3756 cm-1 + s 2860 cm-1 + as 2940 cm-1 + -CH2 15 Stretching () ip op Một nhóm chức có nhiều đỉnh hấp thu phổ IR > E Deformation () Bending CÁC KIỂU DAO ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ Phổ kích thích dao động IR Raman s as  H2O as dao động biến dạng Một nhóm chức có nhiều kiểu dao động, kiểu dao động cho đỉnh hấp thu phổ IR 16 Đối xứng Bất đối xứng Cắt kéo Rock Vẫy Twist http://www.wikipedia.com/infrared/stretching CHỈ SỐ KHÚC XA PHỔ IR – BIỆN GIẢI PHỔ IR ĐIỀU KIỆU HẤP THU TRONG VÙNG HỒNG NGỌAI Phổ IR tập hợp vân phổ biểu diễn phụ thuộc độ truyền qua T% vào số sóng Các phân tử có thay đởi momen lưỡng cực hấp thu IR T  f (   Các phân tử bất đối xứng  Máy quang phổ hồng ngoại thơng thường: cường độ vân phở xem xét giá trị định lượng mà xem giá trị ước lượng định tính với ba mức độ: mạnh (m), trung bình (tb) yếu (y)  Các phân tử nhiều nguyên tử  Các phân tử nhỏ phân tử có nguyên tử xếp thẳng hàng có tính đối xứng nên khơng có hấp thu vùng IR N2 , Cl2 , CS2 , CCl4 không hấp thu ánh sáng hồng ngoại 17  Máy quang phổ hồng ngọai biến đởi Fourrier (FTIR): độ xác giá trị độ truyền qua T% (hay nói cách khác độ hấp thu) cao, cường độ vân phổ xem xét giá trị định lượng 18 MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC (1) Đèn nguồn 19 (1) Đèn nguồn xạ tia IR (2) a_ mẫu đo; b_ mẫu chuẩn so sánh (3) Bộ tạo đơn sắc: lăng kính hay cách tử (đặt buồng tối) (4) Bộ phận phát hiện: cảm ứng nhiệt (5) Khuếch đại tín hiệu (6) Bộ ghi tín hiệu • Đèn Nernst: ống dài 2-5 cm, f = 1-3 mm, oxid đất oxid zirconium (ZrO2) oxid yttrium (Y2O3) đốt nóng điện trở đến 1.800 oK (~1.500 oC) • Đèn Globar: ống dài 4-6 cm, f = 4-6 mm làm carbur silic đốt nóng điện trở đến 1300 oC 20 • Hiện dùng đèn Ni-Cr đốt nóng đến 800 oC CHỈ SỐ KHÚC XA MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC (3) Bộ tạo đơn sắc (3) Bộ tạo đơn sắc 21 22 MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC (3) Bộ tạo đơn sắc (3) Hệ thống quang học Gương phản xa, gương quay bán suốt (để ngắt tia sáng từ nguồn qua mẫu đo mẫu so sánh theo chu kỳ quay) lăng kính hay cách tử phản xa · Lăng kính chế tạo từ tinh thể muối LiF, CaF2, KBr, NaCl Các lăng kính dễ hút ẩm nên buồng tối phải bảo quản khô tuyệt đối 23 24 · Cách tử (3) có số vạch từ 20-300 vạch /mm CHỈ SỐ KHÚC XA MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC (1) Nguồn sáng: đèn Nersnt, đèn globar (3) (2), (3), (4) – Giao thoa kế (1) Michelson (5) Bộ phận phát Bộ phận phát hiện cảm ứng nhiệt như: cặp nhiệt điện pin nhiệt – điện, chuyển đởi tín hiệu quang (tia IR chưa bị hấp thu bị hấp thu) thành tính hiệu điện năng, sau khuếch đại tác động lên ghi tín hiệu để nhận phở hồng ngoại Máy thường kiểm tra số sóng độ phân giải màng polystyren (5) Mẫu đo quang điện gồm các bán Sulfat (DTGS) Giao thoa kế (6) (7) Máy tính chuyển đởi (7) Fourrier (8) Máy ghi hay máy in MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER MÁYMÁY QUANG PHỔ HỒ NGHỒNG NGOẠINGOẠI BIẾN ĐỔ I FOURRIER QUANG PHỔ BIẾN ĐỔI FOURRIER Tia laser (5) dẫn Deuterium Triglycin 26 (8) 25 (2) (4) (6) Bộ phận phát hiện: tế bào Giao thoa kế Michelson gương cố định (2), gương di động (3), tách quang quay theo chu kỳ (4) Bộ tách quang chế tạo tinh thể muối khác tùy vùng hồng ngoại Trong vùng IR (4000 – 400 cm-1) dùng tách quang KBr phủ lớp Ge Gương cố định (2) (2) (4) Bộ tách quang (4) Đèn IR Gương (3)di động (3) Buồng đo mẫu 27 Đèn nguồn IR Mẫu đo 28 Detector CHỈ SỐ KHÚC XA MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER Bộ tách quang (4) tách chùm xạ IR thành tia có cường độ I nhau: • Tia (BF) tia sáng từ tách quang đến gương cố định phản xạ lại, đến tách quang qua mẫu • Tia (BM) tia sáng từ tách quang đến gương di động phản xạ lại, đến tách quang qua mẫu Bộ tách quang (4) tách chùm xạ IR thành tia có cường độ I nhau: • Tia (BF) tia sáng từ tách quang đến gương cố định phản xạ lại, đến tách quang qua mẫu • Tia (BM) tia sáng từ tách quang đến gương di động phản xạ lại, đến tách quang qua mẫu 1/8  Giao thoa cộng 29 Giao thoa phần (gương di chuyển 1/8 , chênh lệch đường 1/4 ) 30 MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER Hai tia qua mẫu đo có thời gian trễ khác quãng đường khác nên sóng giao thoa có cường độ thay đổi theo thời gian di động 1/4  Giao thoa phần ((gương di chuyển 1/4 , chênh lệch đường 1/2 ) 31 Giao thoa cộng Giao thoa phần Giao thoa trừ 32 CHỈ SỐ KHÚC XA MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER Tởng hợp từng sóng giao thoa có tần số khác tạo thành giao thoa đồ (qua phần mềm biến đổi Fourrier tạo thành phổ FTIR) QUANG PHỔ BIẾN ĐỔI FOURRIER MÁYMÁY QUANG PHỔ HỒ NGHỒNG NGOẠINGOẠI BIẾN ĐỔ I FOURRIER Tởng hợp của từng từngphở sóng giao thoa cósóng tần số tạo thành Tổng hợp dao động giaokhác thoanhau tạo thành giao thoa thoa đồ ( phần mềm biến đổi biến Fourrier) giao đồ (qua phần mềm đổi Fourrier tạo thành phổ FTIR) I = f(d-1) 33 FT I  f (  34 MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER SO SÁNH Ánh sáng chiếu tới Ánh sáng truyền qua Khác (KBr + mẫu thử) T%  Background (khơng khí) Khác = có sự hấp thu 35 36 CHỈ SỐ KHÚC XA MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI SO SÁNH SO SÁNH IR TÁN SẮC SO SÁNH FTIR Đèn nguồn Đèn nguồn Mẫu Giao thoa kế Bộ tạo AS đơn sắc Mẫu Detector Detector BP khuếch đại Computer Ghi phổ Ghi phổ 37 IR TÁN SẮC • Đo tần số thời điểm khác (thời gian đo phổ kéo dài hàng phút) • Hệ thống học phức tạp • Hạn chế độ nhạy • u cầu có chuẩn ngoại • Chịu ảnh hưởng 38 ánh sáng lạc FT-IR • Tất tần số đo lúc (thời gian đo phổ nhanh) • Tốc độ,độ phân giải cao, độ nhạy tăng so với máy quang phổ tán sắc • Khơng bị ảnh hưởng ánh sáng lạc • Ngày dùng rộng rãi PTN CHUẨN BỊ MẪU ĐO MÁY GC - FTIR 1/ Mẫu rắn • Kỹ thuật sandwich: trộn mẫu rắn với dầu parafin (nujol) thành bùn nhão ép vào hai mỏng KBr Phở có đỉnh hấp thu –C-C- –C-H- 2950, 2850, 1450 1350 cm-1 Để loại đỉnh thay parafin hexaclor-butadien •  Do đặc điểm qt phở hồng ngoại nhanh giao thoa kế tỉ lệ ~ 1/10 – 1/100 (tính theo mg) cối đá mã não Ep Michelson qua biến đổi Fourrier, người ta dùng máy FTIR thành viên nén có độ dày 0,1 mm máy nén thủy lực detector máy SK khí nhằm định tính thành phần khí tách từ 39 Kỹ thuật viên nén KBr: trộn mẫu đo với KBr theo cột SK máy SK khí có phận hút chân khơng để loại bọt khí 40 10 CHỈ SỐ KHÚC XA CHUẨN BỊ MẪU ĐO CHUẨN BỊ MẪU ĐO CHUẨN BỊ MẪU ĐO CHUẨN BỊ MẪU ĐO Cuvette dùng đo mẫu kiểu sandwich mẫu lỏng Đá mã não (đá agate) có thành phần SiO2, độ cứng 41 42 CHUẨN BỊ MẪU ĐO CHUẨN BỊ MẪU ĐO Mẫu lỏng CHUẨN BỊ MẪU ĐO CHUẨN BỊ MẪU ĐO Mẫu khí Cốc đo KBr làm cửa sổ với vòng đệm nhựa Teflon Dùng cốc đo KBr có bền dung mơi Mẫu lỏng nạp vào cốc đo lớp phim phân hút chân khơng mỏng kẹp có bề dày ~ 0,05 mm chiều dài chứa lớp khí 10 Có thể hòa tan mẫu lỏng thành dung dịch lỗng với dung môi tuyệt cm gương phản đối khan nước không hấp thu vùng khảo sát (như CCl4, chiếu bên cốc đo để CS2) phản xạ nhiều lần ánh sáng với IR qua mẫu (với mục đích gia tăng đường ánh sáng IR qua mẫu khí nồng độ phân tử dạng khí lỗng) 43 44 11 CHỈ SỐ KHÚC XA T (2851 CHUẨN HĨA MÁY QUANG PHỔ iR CHUẨN HĨA MÁY QUANG PHỔ iR Độ xác thang số sóng Độ phân giải thang T%: - Hiệu số T(2870 cm-1) T(2851 cm-1) phải lớn 18 - Hiệu số T(1589 cm-1) T(1583 cm-1) phải lớn 12 45 T(2870 cm-1) - T(2851 cm-1) > 18 T(1589 cm-1) - T(1583 cm-1) > 12 3060,0 (1,5) cm-1 2849,5 (1,5) cm-1 1942,9 (1,5) cm-1 1601,2 (1,0) cm-1 1583,0 (1,0) cm-1 1154,5 (1,0) cm-1 1028,3 (1,0) cm-1 46 PHÂN VÙNG PHỔ IR PHÂN VÙNG PHỔ IR  Vùng nhóm chức = 4000 – 1300 cm-1 Chứa vân hấp thu hầu hết dao động co dãn nhóm chức : -OH, >NH, -C=O-, >C=N-, >C=CC=O Phổ hồng ngoại phương pháp chuẩn xác để định tính, chất thuốc cho vùng "điểm chỉ" phổ không trùng lặp với phổ chất khác Những đặc tính phở hồng ngoại dùng phép thử hàng đầu để định tính Thường phép thử phở hồng ngoại tự đủ tin cậy khơng cần thêm phép thử khác (DĐVN – QĐ chung) 50 BIỆN GIẢI PHỔ IR BIỆN GIẢI PHỔ IR 52 13 CHỈ SỐ KHÚC XA Số sóng (cm-1) 53 aceton  (C=O) 1710 ethanol  (OH) /  (OH) 3360 / 1440  (CH3)  (C-O) 1470 1050 54 OH OH O O 55 (>C=O, a, b khoâng no) 1312 1136 1111 1026 990 d (O-H) n (C-O) -C-O-C-C-O-Cg (>C=C