Hóa phân tích phổ hồng ngoại

 Các phân tử nhỏ và các phân tử có nguyên tử xếp thẳng hàng do có tính đối xứng nên không có hấp thu trong vùng IR như N2 , Cl2 , CS2 , CCl4 không hấp thu ánh sáng hồng ngoại Các phân t

Trang 1

1

Quang phổ hồng ngoại

MỤC TIÊU:

- Trình bày được các kiến thức cơ bản về lĩnh vực quang

phổ IR

- Đọc được phổ IR và trình bày các ứng dụng của quang

phổ IR trong lãnh vực Dược

2

Quang phổ hồng ngoại NỘI DUNG:

1/ Phạm vi phân vùng phổ IR 2/ Sự hấp thu ánh sáng IR 3/ Các kiểu dao động của phân tử 4/ Cấu hình máy quang phổ IR 5/ Biện giải phổ IR

6/ Ứng dụng của phổ IR 7/ Chuẩn bị mẫu đo phổ IR Thời lượng: 4 tiết (2 buổi)

QUANG PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN

3

1 Phân vùng phổ điện từ

  *  *

Robert Heintz, Ph.D

200 800 2.500  (nm)

QUANG PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN

4

1 Phạm vi phổ IR

2,5

μm

IR cơ bản

Kích thước của sơi lông, tóc: 50 mm

http:// www.wikipedia.com

Trang 2

5

 Anh sáng vùng hồng ngọai

mắt người, khơng bị khuếch

tán bởi hơi nước trong khơng

khí

http://www.wikipedia.com o C = ( o F – 32).10/18 o F = ( o C.18/10) + 32 6

7

QUANG PHỔ HẤP THU (Absorption spectrophotometry)

8

PHÂN TỬ

HẤP THU PHÁT XẠ

UV-VIS F.S I.R

Trang 3

QUANG PHỔ HẤP THU (Absorption spectrophotometry)

9

CH3CH2CH2CH3

E > E

QUANG PHỔ HẤP THU HỒNG NGỌAI

10

• Phở dao động - quay của các nhĩm chức cĩ trong phân tử

• Hình dạng phở đa dạng và đặc trưng hơn so với hình dạng của phở HT tử ngọai













.

1

C h

C h h E

C



PHẠM VI PHỔ HỒNG NGỌAI

11

 Vùng IR gần:  = 780 nm – 2.500 nm

(0,78 mm - 2,5 mm)



 Vùng IR cơ bản:  = 2.500 nm – 25.000 nm

(2,5 mm - 25 mm) = 4000 - 400 cm -1

(0,3 – 12 kcal/mol )

 Vùng IR xa: > 25 mm – vi sóng

(0,03 – 0,3 kcal/mol)

12

NĂNG LƯỢNG CỦA PHÂN TỬ

• Năng lượng quay (Er): từ 0,03 – 0,3 kcal/mol, kích thích phân tử quay, ứng với bức xạ trong vùng vi sĩng và IR xa Sự hấp thu của phân tử trong vùng này cho phở quay thuần túy, gồm các vạch rất gần nhau, mỗi vạch cĩ tần số xác định:

r = Er / h

E = Et + Er + Ev + Ee

Trang 4

13

 Năng lượng dao động (Ev) : từ 0,3 – 12 kcal/mol,

kích thích phân tử dao động, ứng với bức xạ trong

vùng IR gần và IR cơ bản Sự hấp thu của phân tử

trong vùng này cho phở dao động – quay Phở dao

động – quay là những đám vạch do cĩ sự chồng phở

dao động và phở quay, mỗi đám vạch cĩ tần số xác

định: n = n r + n v = (E V + Er) / h

• Năng lượng điện tử ( Ee) : ứng với bức xạ vùng

UV-VIS

NĂNG LƯỢNG CỦA PHÂN TỬ

E = Et + Er + Ev + Ee

14

CÁC KIỂU DAO ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ Dao động cơ bản Dao động nhĩm Phân tử cĩ N nguyên tử = 3N - 6

Phân tử thẳng hàng = 3N - 5

dao động co giãn dao động biến dạng

Một nhĩm chức

cĩ thể cĩ rất nhiều kiểu dao động, mỗi kiểu dao động sẽ cho

1 đỉnh hấp thu trong phổ IR

Stretching () Deformation () Bending

Một nhĩm chức

cĩ nhiều đỉnh hấp thu trong phổ IR

E > E

15

Kiểu dao động Ký hiệu Phổ kích thích dao động

CO 2

as 2349 cm -1 -

H 2 O

s 3652 cm -1 +

as 3756 cm -1 +

-CH 2

s 2860 cm -1 +

as 2940 cm -1 +

CÁC KIỂU DAO ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ

Đối xứng Bất đối xứng Cắt kéo

16 http://www.wikipedia.com/infrared/stretching

CÁC KIỂU DAO ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ

Trang 5

ĐIỀU KIỆU HẤP THU TRONG VÙNG HỒNG NGỌAI

17

 Các phân tử bất đối xứng

 Các phân tử nhiều nguyên tử

 Các phân tử nhỏ và các phân tử có nguyên tử xếp thẳng

hàng do có tính đối xứng nên không có hấp thu trong vùng IR

như N2 , Cl2 , CS2 , CCl4 không hấp thu ánh sáng hồng ngoại

Các phân tử có sự thay đổi momen lưỡng cực sẽ hấp thu IR

PHỔ IR – BIỆN GIẢI PHỔ IR

18

Phổ IR là tập hợp các vân phổ biểu diễn sự phụ thuộc độ truyền qua T% vào số sóng

độ của vân phổ ít được xem xét như là giá trị định lượng mà chỉ được xem như giá trị ước lượng trong định tính với ba mức độ: mạnh (m), trung bình (tb) và yếu (y)

 Máy quang phổ hồng ngọai biến đổi Fourrier (FT-IR): độ chính xác của giá trị độ truyền qua T% (hay nói cách khác là độ hấp thu) là rất cao, do đó cường độ của vân phổ được xem xét như là giá trị định lượng



 f ( 

T

MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC

19

(1) Đèn nguồn bức xạ tia IR

(2) a_ mẫu đo; b_ mẫu chuẩn so sánh (3) Bộ tạo đơn sắc: lăng kính hay cách tử (đặt trong buồng tối)

(4) Bộ phận phát hiện: cảm ứng nhiệt (5) Khuếch đại tín hiệu

(6) Bộ ghi tín hiệu

20

(1) Đèn nguồn

• Đèn Nernst: là ống dài 2-5 cm, f = 1-3 mm, bằng oxid đất

hiếm như oxid zirconium (ZrO 2 ) và oxid yttrium (Y 2 O 3 ) được đốt nóng bằng điện trở đến 1.800 o K (~1.500 o C)

• Đèn Globar: là ống dài 4-6 cm, f = 4-6 mm làm bằng carbur

silic được đốt nóng bằng điện trở đến 1300 o C

Trang 6

21

(3) Bộ tạo đơn sắc

22

23

24

(3) Hệ thống quang học

Gương phản xa, gương quay bán trong suốt (để ngắt tia sáng từ

nguồn qua mẫu đo và mẫu so sánh theo chu kỳ quay) và lăng kính hay cách tử phản xa

· Lăng kính chế tạo từ những tinh thể muối như LiF, CaF 2 , KBr, NaCl Các lăng kính này dễ hút ẩm nên buồng tối phải được bảo quản khô tuyệt đối

· Cách tử (3) có số vạch từ 20-300 vạch /mm MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC

Trang 7

25

(5) Bộ phận phát hiện

Bộ phận phát hiện cảm ứng nhiệt như: cặp nhiệt điện

hoặc các pin nhiệt – điện, chuyển đởi tín hiệu quang

năng (tia IR chưa bị hấp thu và đã bị hấp thu) thành tính

hiệu điện năng, sau đĩ được khuếch đại và tác động lên

bộ ghi tín hiệu để nhận được phở hồng ngoại

Máy thường được kiểm tra số sĩng và độ phân giải bằng

màng polystyren

MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER

26

(1) Nguồn sáng: đèn Nersnt, đèn globar

(2), (3), (4) – Giao thoa kế

Michelson (5) Mẫu đo (6) Bộ phận phát hiện: tế bào quang điện gồm các bán dẫn Deuterium Triglycin Sulfat (DTGS) hoặc (7) Máy tính chuyển đởi Fourrier

(8) Máy ghi hay máy in

(1)

(2) (3)

(4) (5) (6)

(8) (7)

MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER

27

Tia laser Giao thoa kế

Đèn IR Buồng đo

mẫu

28

Giao thoa kế Michelson

gương cố định (2), gương di động (3), bộ tách quang quay theo chu

kỳ (4) Bộ tách quang được chế tạo bằng những tinh thể muối khác nhau tùy vùng hồng ngoại Trong vùng IR cơ bản (4000 – 400 cm -1 ) dùng bộ tách quang bằng KBr phủ một lớp Ge

(2)

(3)

(4)

(2)

(3)

(4)

Gương cố định

Gương di động

Bộ tách quang

Đèn nguồn IR

Mẫu đo

Detector

Trang 8

29

Bộ tách quang (4) tách chùm bức xạ IR thành 2 tia có cường độ I bằng

nhau:

• Tia 1 (BF) là tia sáng từ bộ tách quang đến gương cố định phản xạ

lại, đến bộ tách quang rồi đi qua mẫu

• Tia 2 (BM) là tia sáng từ bộ tách quang đến gương di động phản xạ

Giao thoa cộng

30

Giao thoa một phần (gương di chuyển 1/8  , chênh lệch đường đi 1/4  )

1/8 

Bộ tách quang (4) tách chùm bức xạ IR thành 2 tia có cường độ I bằng nhau:

• Tia 1 (BF) là tia sáng từ bộ tách quang đến gương cố định phản xạ

• Tia 2 (BM) là tia sáng từ bộ tách quang đến gương di động phản xạ

31

Hai tia này đi qua mẫu đo có thời gian trễ khác nhau do quãng đường

đi khác nhau nên sóng giao thoa có cường độ thay đổi theo thời gian

di động

Giao thoa một phần ((gương di chuyển 1/4  , chênh lệch đường đi 1/2  )

1/4 

32

Giao thoa cộng Giao thoa trừ

Giao thoa một phần

Trang 9

33

Tổng hợp của từng sóng giao thoa có tần số khác nhau tạo thành

giao thoa đồ (qua phần mềm biến đổi Fourrier tạo thành phổ FTIR)

34

Tổng hợp của từng phổ dao động của sóng giao thoa tạo thành giao thoa đồ ( phần mềm biến đổi Fourrier)

Tổng hợp của từng sóng giao thoa có tần số khác nhau tạo thành giao thoa đồ (qua phần mềm biến đổi Fourrier tạo thành phổ FTIR) MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER

I = f(d-1) FT I  f (  

35

T%

 (KBr + mẫu thử)

Background (không khí) Khác nhau = có sự hấp thu

Ánh sáng chiếu tới Ánh sáng truyền qua

36

SO SÁNH MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER

Trang 10

SO SÁNH

37

Đèn nguồn Mẫu Bộ tạo AS đơn sắc Detector

IR TÁN SẮC

BP khuếch đại Ghi phổ

Đèn nguồn Giao thoa kế Mẫu Detector FTIR

Computer Ghi phổ

SO SÁNH MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI

38

IR TÁN SẮC

• Đo mỗi tần số ở mỗi thời điểm khác nhau (thời gian đo phổ kéo dài hàng phút)

• Hệ thống cơ học phức tạp

• Hạn chế về độ nhạy

• Yêu cầu cĩ chuẩn ngoại

• Chịu ảnh hưởng của ánh sáng lạc

FT-IR

• Tất cả các tần số được

đo cùng một lúc (thời gian đo phổ nhanh)

• Tốc độ,độ phân giải cao, độ nhạy tăng hơn

so với máy quang phổ tán sắc

• Khơng bị ảnh hưởng bởi ánh sáng lạc

• Ngày càng được dùng rộng rãi trong các PTN

SO SÁNH MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI

MÁY GC - FTIR

39

 Do đặc điểm quét phở hồng ngoại rất nhanh của giao thoa kế

Michelson qua biến đởi Fourrier, người ta dùng máy FTIR như 1

detector của máy SK khí nhằm định tính thành phần khí tách ra từ

cột SK trong máy SK khí

CHUẨN BỊ MẪU ĐO

40

1/ Mẫu rắn

(nujol) thành bùn nhão và ép vào giữa hai bản mỏng KBr Phở sẽ cĩ các đỉnh hấp thu của –C-C- và –C-H- ở

2950, 2850, 1450 và 1350 cm -1 Để loại những đỉnh này

cĩ thể thay parafin bằng hexaclor-butadien

tỉ lệ ~ 1/10 – 1/100 (tính theo mg) trên cối đá mã não Ep thành viên nén cĩ độ dày 0,1 mm trên máy nén thủy lực

cĩ bộ phận hút chân khơng để loại bọt khí

Trang 11

CHUAÅN BÒ MAÃU ÑO

41

42

Đá mã não (đá agate) có thành phần chính là SiO 2 , độ cứng 7

Cuvette dùng đo mẫu kiểu sandwich và mẫu lỏng

CHUAÅN BÒ MAÃU ÑO

43

2 Mẫu lỏng

Cốc đo là 2 tấm KBr làm cửa sổ với các vòng đệm là nhựa Teflon

bền trong dung môi Mẫu lỏng được nạp vào cốc đo như 1 lớp phim

mỏng kẹp ở giữa có bề dày ~ 0,05 mm

Có thể hòa tan mẫu lỏng thành dung dịch loãng với dung môi tuyệt

đối khan nước và không hấp thu trong vùng khảo sát (như CCl 4 ,

CS 2 )

44

3 Mẫu khí

Dùng cốc đo bằng KBr có bộ phân hút chân không với chiều dài chứa lớp khí là 10

cm cùng các gương phản chiếu bên trong cốc đo để phản xạ nhiều lần ánh sáng

IR đi qua mẫu (với mục đích gia tăng đường đi của ánh sáng IR qua mẫu khí vì nồng

độ các phân tử ở dạng khí rất loãng)

Trang 12

45

CHUẨN HÓA MÁY QUANG PHỔ iR

Độ phân giải của thang T%:

- Hiệu số giữa T(2870 cm-1) và T(2851 cm-1) phải lớn hơn 18

- Hiệu số giữa T(1589 cm-1) và T(1583 cm-1) phải lớn hơn 12

T(2870 cm-1) - T(2851 cm-1) > 18

2851 (

T

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

CHUẨN HÓA MÁY QUANG PHỔ iR

Độ chính xác của thang số sóng

PHÂN VÙNG PHỔ IR

 Vùng nhóm chức = 4000 – 1300 cm -1 Chứa các vân hấp thu của hầu hết các dao động co dãn của các nhóm chức như : -OH, >NH, -C=O-, >C=N-,

>C=C<…

 Vùng dấu vân tay (Vùng điểm chỉ) = 1300 - 910 cm -1

• Các vân hấp thu của dao động biến dạng của các liên kết

C-H, C-C, …

• Các dao động co dãn của các liên kết đơn C-C, C-N, C-O

• Sự tương tác giữa các dao động này dẫn đến một dao

động «khung» đặc trưng cho dao động của toàn phân tử Vùng này phức tạp vì gồm rất nhiều vân hấp thu có số sóng gần nhau và thường khó có thể qui kết, thường dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là xác định nhóm chức

PHÂN VÙNG PHỔ IR

Trang 13

49

 Vùng “nhân thơm”: 910 - 650 cm -1 , chứa các vân hấp

thu của dao động biến dạng ngồi mặt phẳng của liên kết

C-H trong nhân thơm

• Nhân thơm thế 5 lần (cĩ 1 H): 900 – 860 cm -1

•810 - 750 cm -1 và 710-690 cm -1

50

 Căn cứ vào cấu trúc dự kiến, xác định các đỉnh hấp thu tương ứng với kiểu dao động nào của nhĩm chức

Phở hồng ngoại là phương pháp chuẩn xác để định tính, vì mỗi một chất thuốc chỉ cho một vùng "điểm chỉ" của phở khơng trùng lặp với phở của những chất khác Những đặc tính của phở

hồng ngoại cĩ thể được dùng như là phép thử hàng đầu để định tính Thường thì phép thử phở hồng ngoại tự nĩ đã đủ tin cậy và khơng cần thêm phép thử nào khác (DĐVN 4 – QĐ chung)

 Sắp xếp các đỉnh hấp thu theo chiều giảm dần của số sĩng

Đỉnh hấp thụ (cm -1 ) Cường độ Kiểu dao động Nhóm chức

1700

………

m

y

vs

>C=O

51

52

BIỆN GIẢI PHỔ IR

Trang 14

53

OH

OH HO

O O HO

ascorbic acid

Số sóng (cm -1 ) Dao động nhóm chức

1653 (>C=O, a, b không no)

990 g (>C=C<)

OH

OH HO

O O HO

ascorbic acid

55

O

N

OH

paracetamol

O

N

OH

paracetamol

56

O

N

OH

paracetamol

Trang 15

57 58

ỨNG DỤNG TRONG KIỂM NGHIỆM

• Định tính

“ Phở hồng ngoại là phương pháp chuẩn xác để

định tính, vì mỗi một chất thuốc chỉ cho một vùng điểm chỉ của phở khơng trùng lặp với phở của

những chất khác Những đặc tính của phở hồng ngoại cĩ thể được dùng như là phép thử hàng đầu để định tính Thường thì phép thử phở hồng ngoại tự nĩ đã đủ tin cậy và khơng cần thêm phép thử nào khác Tuy nhiên, khi một sản phẩm

là một muối thì cần thiết thử thêm "ion đặc hiệu"

Những phép thử định tính tiếp theo trong mỗi chuyên luận là để khẳng định lại về định tính của phở hồng ngoại đã làm trước (DĐVN IV – QĐ chung)

59

ỨNG DỤNG TRONG KIỂM NGHIỆM

 Định lượng

Đỉnh hấp thu Cường độ Nhóm chức 1548.7

1261.4

1097.4 1012.6 758.0

Y

M

Tb

rM

C-Cl

Si-CH

Si-O-Si Si-O-Si C-Cl

Phổ FTIR của Simethicone trong CCl 4

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	0,91 MB