Mục đích: Nhận biết đƣợc sự có mặt của các liên kết hoặc nhóm chức trong phân tử chất nghiên cứu.
31
Nguyên tắc: Khi hấp thụ năng lƣợng trong vùng hồng ngoại sẽ gây ra dao động của các nguyên tử trong phân tử. Các nguyên tử trong phân tử dao động theo ba hƣớng trong không gian gọi là dao động riêng của phân tử. Số dao động riêng của phân tử có N nguyên tử tối đa bằng 3N – 5 (đối với phân tử thẳng nhƣ CO2) và 3N – 6 (đối với phân tử không thẳng nhƣ H2O). Mỗi dao động riêng ứng với một mức năng lƣợng nhất định. Ngƣời ta phân biệt các dao động riêng thành hai loại:
- Dao động hóa trị (kí hiệu là υ) là những dao động làm thay đổi chiều dài liên kết của các nguyên tử trong phân tử nhƣng không làm thay đổi góc liên kết.
- Dao động biến dạng (kí hiệu là δ) là những dao động làm thay đổi góc liên kết nhƣng không làm thay đổi chiều dài liên kết của các nguyên tử trong phân tử.
Mỗi loại dao động còn đƣợc phân chia thành dao động đối xứng (kí hiệu là υs và δs) và bất đối xứng (kí hiệu là υas và δas). Những dao động này làm thay đổi mômen lƣỡng cực điện của liên kết và làm xuất hiện tín hiệu hồng ngoại.
Phƣơng pháp phổ hồng ngoại dựa trên cơ sở của sự tƣơng tác giữa chất cần phân tích với các tia đơn sắc có bƣớc sóng nằm trong miền hồng ngoại (400-4000 cm-1). Kết quả của sự tƣơng tác sẽ dẫn tới chất nghiên cứu hấp thu một phần năng lƣợng và làm giảm cƣờng độ tia tới. Lúc này, phân tử sẽ thực hiện dao động làm thay đổi góc liên kết và độ dài liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử. Sự hấp thụ bức xạ điện từ của phân tử tuân theo phƣơng trình Lambert - Beer:
Trong đó: D: mật độ quang; Io, I: cƣờng độ ánh sáng trƣớc và sau khi qua chất phân tích; ε: hệ số hấp thụ; l: bề dày cuvet; C: nồng độ chất cần phân tích (mol/l).
Đƣờng cong biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào bƣớc sóng gọi là phổ hấp thụ hồng ngoại.
Mỗi cực đại trong phổ IR đặc trƣng cho sự có mặt của một nhóm chức hoặc dao động của một liên kết. Do đó, có thể dựa vào các tần số đặc trƣng này để phán đoán sự có mặt của các liên kết hoặc nhóm chức trong phân tử chất nghiên cứu.
o
I
D lg εlC
I
32
Nhược điểm: Không chỉ ra đƣợc kích thƣớc, cấu trúc của vật liệu.
Thực nghiệm: Mẫu đƣợc chụp phổ hồng ngoại ghi trên máy FT-IR 8101M Shimazu tại Khoa Hoá học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN. Mẫu đƣợc đo bằng kỹ thuật chụp phản xạ khuếch tán, bột mẫu phân tích đƣợc trộn với chất nền KBr với tỉ lệ 2-5% mẫu/KBr, đo trong vùng 400-4000 cm-1.