Infrapunaspektroskoopia: erinevus redaktsioonide vahel

P
resümee puudub
Resümee puudub
PResümee puudub
'''Infrapunane spektroskoopia''' (IP spektroskoopia) on [[spektroskoopia]] liik, mis tegeleb [[elektromagnetkiirgus|elektromagnetkiirgusega]] [[infrapunane kiirgus|infrapunases lainealas]], valgusega, mille [[lainepikkus]] on suurem ja sagedus väiksem kui [[nähtav valgus|nähtaval valgusel]] ning hõlmab enda all mitmeid spektroskoopilisi meetodeid, millest enamik põhinevad [[absorbtsioon spektroskoopia|absorbtsioon spektroskoopial]]. Infrapunane spektroskoopia on kasutusel keemiliste ühendite uurimiseks ja identifitseerimiseks.
 
Infrapunase elektromagnetkiirguse laineala jaotub kolmeks: lähi-, kesk- ja kauginfrapunane, vastavalt nende suhtele nähtava valguse spektrialaga. Kõrgema energiaga lähi-IP, lainepikkusega 0,8- 28–2,5 μm ([[lainearv|lainearvuga]] 14 000- 4 000 cm<sup>−1</sup>), on suuteline detekteerimamäärama [[oobertoon]] ja [[harmooniline võnkumine|harmoonilisi võnkumisi]]. Keskinfrapunane kiirgus, lainepikkusega 2,5- 255–25 μm (lainearv 4 000- 4004000–400 cm<sup>-1</sup>), on kasutusel fundamentaalsete [[vibratsioon|vibratsioonide]] ja rotatsioon-vibratsooon struktuuri uurimisel. Kauginfrapunast kiirgust, mille lainepikkus (vahemik 25- 10025–100 μm, lainearv 400- 10400–10 cm<sup>-1</sup>) jääb [[mikrolaineala|mikrolainealast]] madalamaks, võib kasutada rotatsioon spektroskoopias. Vastavate elektromagnetkiirguse piirkondade nimed on kokkuleppelised ning ainult kaudselt seotud vastavate kiirguste molekulaar ja elektromagneetilisteelektromagnetiliste omadustega.
 
== Teooria ==
=== Vibratsiooniliste võnkumiste arv ===
 
Et vibratsiooniline võnkumine oleks infrapuna aktiivne, see tähendab, eristuma intensiivsusega taust-spektrist, peab vastav võnkumine olema seostatud [[dipoolmoment|dipooli]] muutusega. Püsiv dipoolmoment ei ole vajalik selleks, et võnkumine oleks IP aktiivne.<ref>{{cite book|lastname="Paula|first=Peter Atkins, Julio de|title=Elements of physical chemistry|year=2009|publisher=Oxford U.P|location=Oxford|isbn=978-0-19-922672-6|pages=459|edition=5th ed.}}<"/ref>
Molekulidel on mitmeid võimalusi võnkuda, millest igaüht nimetatakse vibratsiooniliseks võnkumiseks. Lineaarne N arvust aatomist koosnev molekul võib võnkuda 3N-5 eri moel. Mittelineaarse molekuli puhul on vibratsiooniliste võnkumiste arv võrdne 3N-6. Näiteks lineaarne CO<sub>2</sub> molekul võib võnkuda 3*3-5= 4 eri moel.
 
Infrapunast spektrit mõõdetakse proovi infrapunase kiirgusega [[kiiritamine|kiiritamisel]]. Kui IP kiirguse lainepikkus kattub võnkumise lainepikkusega, toimub absorbtsioon. Uurides läbinud valguse intensiivsust igal lainepikkusel leitakse, kui palju energiat neeldus. Seda saavutatakse lainepikkuste [[skaneerimine|skaneerimisel]] kasutades [[monokromaator|monokromaatorit]]. Alternatiiviks on kogu laineala ühekordne mõõtmine kasutades [[fourier transformaator|Fourier transformaatoriga]] instrumenti ning hilisem spektri genereerimine läbi arvutuslike protseduuride. Vibratsiooniliste võnkumiste lainearvu, kuju ja intensiivsuse analüüs annab meile informatsiooni võnkuva molekuli struktuuri kohta.
 
Vastav tehnika töötab pea eksklusiivselt [[kovalentne side|kovalentsete sidemete]] korral. Lihtsaid spektreid on võimalik saada kõrge puhtusega väikeste molekulide spektrite mõõtmisel. KeerulistemateKeerulisemate molekulaarstruktuuride spektrid on raskemini [[interpretatsioon|interpreteeritavad]] suure võnkumiste arvu tõttu. Antud tehnikat kasutatakse ka äärmiselt kompleksetekomplekssete segude analüüsil.
 
=== Proovide töötlemine ===
 
Gaasiliste proovide mõõtmiseks on vajalik gaasiküvett ning väga pikk [[kiirtekanal]], mis kompenseerib proovi hõredust. Lihtsat klaasist 5-105–10 cm pikkust küvetti, mille mõlemil küljel on infrapunased aknad, on võimalik kasutada proovide mõõtmisel, mille kontsentratsioon ulatub mõnesaja ppm-ini. Gaasikontsentratsioonide mõõtmiseks alla selle võib kasutada [[White'i küvett|White’i küvetti]], milles infrapunane kiirgus koondatakse peeglite abil läbi gaasi. White’i gaasiküvette on saadaval kiirtekanaliga poolest meetrist kuni sadade meetriteni.
 
Vedelaid proove on võimalik mõõta neid kahe soolaplaadi vahele surudes(sobivad infrapuna inaktiivsed soolad mis vastavas lahustis ei lahustu). Optilise materjalina võib kasutada puhtaid leelismetall-halogeniid sooli, näiteks NaCl, KBr või CaF<sub>2</sub>, mis mõõtmisalas infrapunast kiirgust ei neela.<ref name=Har/>{{cite book
|author = Laurence M. Harwood, Christopher J. Moody
|title = Experimental organic chemistry: Principles and Practice
|edition = Illustrated
|page = 292|isbn=0632020172 |year=1989
|publisher=Wiley-Blackwell}}</ref>
 
Tahkeid proov võib mõõta mitmetel eri meetoditel. Näiteks võib tahkise purustada koos õlilaadse mullimisagendiga (tavaliselt [[Nujol]]). Saadud segust õhukese kihi kandmisel soolplaadile ning sellejärgsel mõõtmisel saadaksegi tahkise spekter. Lisaks võib tahkise koos spetsiaalse puhtusega soolaga (tavaliselt KBr) peenestada ning segu pressida läbipaistvaks tabletiks, milleläbi on võimalik spektrit mõõta. Kolmas tehnika, mida kasutatakse peamiselt [[polümeer| polümeeride]] mõõtmisel, on lahustada proov sobivas mittehügroskoopses [[lahusti|lahustis]]. Lahus kantakse soolaplaadile ning lahusti eemaldatakse aurutamisel. Sadestunud õhukesest tahkisest mõõdetakse seejärel spekter. Viimaks võib tahkisest lõigata mikroskoopilise lõigu (paksus 20- 10020–100 µm), milleläbi on võimalik spektrit mõõta. Viimane meetod sobib hästi degradeerunud polümeeride analüüsiks.
Eri meetoditel mõõdetud spektrid, mis erinevad üksteisest proovi töötlemise kohapealt, näevad välja pisut erinevad, mis tuleneb proovi faasi erinevustest.
 
Infrapunases spektroskoopias on valentsvõnkumiste lainearv [[pöördvõrdeline sõltuvus|pöördvõrdeliselt sõltuv]] võnkuvate aatomite taandatud massidest ja [[võrdeline sõltuvus|võrdeliselt]] aatomitevahelise sideme tugevusest. Tänu sellele on samalaadsed võnkumised spektrites samas piirkonnas.
 
Kõige kõrgema võnkumiste laineala võtavad enda alla vesiniku võnkumised. Vesinik-[[heteroaatom]] (näiteks N, O) võnkumised jäävad lainearvu vahemikku 4 000- 3 2004000–3200 cm<sup>-1</sup>. Ühendid, milles heteroaatomiga seotud vesinik võib moodustada [[vesinikside|vesiniksidet]], on vastav võnkumine väljavenitatud üle mitmesaja pöördsentimeetri. Süsinikuga seotud vesinikvõnkumised on kitsamas lainearvude vahemikus (3 200- 2 8003200–2800 cm<sup>-1</sup>), kuid vastavad võnkumised on äärmiselt stabiilse lainearvuga.
 
Kolmiksideme võnkumised jäävad vahemikku 2 300- 2 1002300–2100 cm<sup>-1</sup> ning on madala intensiivsusega, mida kompenseerib vastava lainearvu vahemiku tühjus tüüpilises spektris.
 
Süsinikku sisaldavad kaksiksideme võnkumised on vahemikus 1 800- 1 5001800–1500 cm<sup>-1</sup>. Eriti suure interpretatiivse tähtsusega on C-O kaksiksideme võnkumine, mis on intensiivne, stabiilne ja eri ühenditüüpide eristamisel suure muutusega. C-C kaksikside on harva interpretatiivse tähtsusega.
 
Süsiniku ja heteroaatomite üksiksidemete võnkumised jäävad tavaliselt vahemikku 1 500- 9001500–900 cm<sup>-1</sup> ning vastavasse alasse jääb tavaliselt enim võnkumisi, mis ei ole tavaliselt üksteisest eristatavad, mistõttu vastavat ala kuni 600 cm<sup>-1</sup>-ni kutsutakse [[sõrmejäljeala|sõrmejäljealaks]] (ehk nad on interpretatiivselt olulised vaid sama või sarnase struktuuriga aine spektriga võrdlusel).
 
Deformatsioonvõnkumiste lainearvu vahemik on kitsam, kui valentsvõnkumiste puhul(1 500- 4001500–400 cm<sup>-1</sup>), ning vastavate võnkumiste intensiivsus ja interpretatiivne olulisus on madalamad. Samas on nad siiski kasutusel eri struktuuriüksuste määramisel, näiteks jäävad [[aromaatne tsükkel|aromaatse tsükli]] deformatsioonvõnkumised vahemikku 1 000- 6001000–600 cm<sup>-1</sup> ning nende põhjal on lihtne määrata aromaatsust või asendajate positsiooni aromaatses tuumas.
 
== Infrapunane spektroskoopia kasutusalad ==
Infrapunane spektroskoopia on samuti oluline meetod [[kriminalistika|kriminalistikas]], kus kasutatavad kaasaskantavad IP spektromeetrid aitavad kohapeal tuvastada eri aineid ja nende segusid.
 
Modernsetes uurimislaborites kasutatavad seadmed suudavad uuritavat laineala skanneeridaskaneerida kuni 32 korda sekundis, mis lubab meetodit kasutada kiiresti toimuva [[keemiline reaktsioon|keemilise reaktsiooni]] uurimiseks samaaegselt teiste mõõtmistega.
 
=== Infrapunase spektroskoopia erimeetodid ===
[[täielik sisepeegeldumine|Täieliku sisepeegeldumise]] IP spektroskoopias (ATR, HATR) on kasutusel tihedast optilisest materjalist [[monokristall]], mille pinnalt infrapunane kiirgus tagasi peegeldub. Proovi viimisel kristalli pinna lähedusse on aga võimalik proovi spekter mõõta. Antud meetod on eriti populaarne kuna ei vaja vedelike või tahkiste mõõtmisel eelnevat proovide töötlemist.
 
Samuti on võimalik infrapunase spektroskoopiaga määrata monokristallselmonokristalsel pinnal [[adsorbtsioon|adsorbeerunud]] molekulide orientatsiooni ja koostist. Vastavad erimeetodid (SEIRAS, SNIFTIRS) põhinevad täielikul sisepeegeldumisel läbi õhukese kristallikihi, millele on adsorbeerunud soovitud ühend või segu. Võrreldes eri [[elektriline potentsiaal|potentsiaalidel]] mõõdetud spektreid omavahel saadakse informatsiooni molekulide orientatsiooni muutuste kohta faasi piirpinnal.<ref>{{cite book|author name= Tavo "Romann|title=Preparation and surface modification of bismuth thin film, porous, and microelectrode|year=2010|publisher=Tartu Ülikool|location=Tartu|isbn=978-9949-19-391-2.}}<"/ref>
 
== Viited ==
{{Viited}}|allikad=
<ref name="Paula">{{cite book|last=Paula|first=Peter Atkins, Julio de|title=Elements of physical chemistry|year=2009|publisher=Oxford U.P|location=Oxford|isbn=978-0-19-922672-6|pages=459|edition=5th ed.}}</ref>
<ref name="Romann">{{cite book|author = Tavo Romann|title=Preparation and surface modification of bismuth thin film, porous, and microelectrode|year=2010|publisher=Tartu Ülikool|location=Tartu|isbn=978-9949-19-391-2.}}</ref>
<ref name=Har>{{cite book|author = Laurence M. Harwood, Christopher J. Moody|title = Experimental organic chemistry: Principles and Practice|edition = Illustrated |page = 292|isbn=0632020172 |year=1989|publisher=Wiley-Blackwell}}</ref>
 
}}
 
== Kasutatud kirjandus ==
76 082

muudatust