Infrapunaspektroskoopia: erinevus redaktsioonide vahel

P
pisitoimetamine
P (Intensiivsus (füüsika))
P (pisitoimetamine)
'''Infrapunaspektroskoopia''' ehk '''infrapunane spektroskoopia''' ehk lühemalt '''IP-spektroskoopia''' on [[spektroskoopia]] liik, mis tegeleb [[elektromagnetkiirgus]]ega [[infrapunane kiirgus|infrapunases lainealas]], valgusega, mille [[lainepikkus]] on suurem ja sagedus väiksem kui [[nähtav valgus|nähtaval valgusel]] ning hõlmab mitmeid spektroskoopilisi meetodeid, millest enamik põhinevad [[absorptsioon spektroskoopia|absorbrtsiooni 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 0,8–2,5 μm ([[lainearv]]uga 14 000–4 000 &nbsp;cm<sup>−1</sup>), on suuteline määrama [[oobertoon]] ja [[harmooniline võnkumine|harmoonilisi võnkumisi]]. Keskinfrapunane kiirgus, lainepikkusega 2,5–25 μm (lainearv 4000–400 &nbsp;cm<sup>−1</sup>), on kasutusel fundamentaalsete [[vibratsioon]]ide ja rotatsioon-vibratsioon struktuuri uurimisel. Kauginfrapunast kiirgust, mille lainepikkus (vahemik 25–100 μm, lainearv 400–10 &nbsp;cm<sup>−1</sup>) jääb [[mikrolaineala]]st madalamaks, võib kasutada [[mikrolainete spektroskoopia]]s. Vastavate elektromagnetkiirguse piirkondade nimed on kokkuleppelised ning ainult kaudselt seotud vastavate kiirguste molekulaarsete ja elektromagnetiliste omadustega.
 
== Teooria ==
 
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 name="Paula" />
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.
 
Kaheaatomiliste molekulide korral eksisteerib ainult üks vibratsiooniline võnkumine. Juhul, kui binaarne molekul on sümmeetriline, näiteks H<sub>2</sub>, siis on vastav võnkumine IP-inaktiivne, samas aga [[Raman spektroskoopia|Raman]]-aktiivne. Mittesümmeetrilise CO ainuke võnkumine on aga infrapuna-aktiivne. Suurematel molekulidel on võnkumiste arv suurem ja ka nende spekter vastavalt keerulisem.
=== Eriefektid ===
 
Lihtsamad ja IP spektris tähtsamal kohal olevad piigid tulenevad standardoleku võnkumistest. Mõnedel juhtudel võib [[footon]]i energia ergastada ka vastava standardoleku [[oobertoon]]e, millest tulenevate võnkumiste lainearv on ligikaudu võnkumise järgu korda suurem standardoleku lainearvust. Vastavate oobertoonvõnkumiste [[Intensiivsus (füüsika)|intensiivsus]] on ligikaudu 10<sup>n-1</sup> korda väiksem standardoleku võnkumisest, kus n on oobertoonvõnkumise järk. Lisaks on võimalik ühel footonil korraga ergastada mitu vibratsioonilist võnkumist, millest tulenevad niinimetatud [[kombinatsioonvõnkumine|kombinatsioonvõnkumiste]] piigid spektris.
 
[[Fermi resonants]]i fenomen tuleneb juhust, kui kahe võnkumise lainearv on väga lähedal üksteisele, millest tulenevad muutused võnkumiste lainearvus ja intensiivsuses(vt. aldehüüdide IP spektrid, kus teist järku oobertoonvõnkumiste lainearv kattub aldehüüdrühma CH valentsvõnkumisega).
=== Proovide töötlemine ===
 
Gaasiliste proovide mõõtmiseks on vajalik gaasiküvett ning väga pikk [[kiirtekanal]], mis kompenseerib proovi hõredust. Lihtsat klaasist 5–10 &nbsp;cm pikkust küvetti, mille mõlemal 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-halogeniidsooli, näiteks NaCl, KBr või CaF<sub>2</sub>, mis mõõtmisalas infrapunast kiirgust ei neela.<ref name="Har" />
 
Tahkeid proove 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, läbi mille on võimalik spektrit mõõta. Kolmas tehnika, mida kasutatakse peamiselt [[polümeer]]ide mõõtmisel, on lahustada proov sobivas mittehügroskoopses [[lahusti]]s. Lahus kantakse soolaplaadile ning lahusti eemaldatakse aurutamisel. Sadestunud õhukesest tahkisest mõõdetakse seejärel spekter. Viimaks võib tahkisest lõigata mikroskoopilise lõigu (paksus 20–100 &nbsp;µm), läbi mille on võimalik spektrit mõõta. Viimane meetod sobib hästi degradeerunud polümeeride analüüsiks.
Eri meetoditel mõõdetud spektrid, mis erinevad üksteisest proovi töötlemiselt, näevad välja pisut erinevad, mis tuleneb proovi faasi erinevustest.
 
== Absorptsiooni alad ==
 
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 kõrgemasse võnkumiste lainealla jäävad vesiniku võnkumised. Vesinik-[[heteroaatom]] (näiteks N, O) võnkumised jäävad lainearvu vahemikku 4000–3200 &nbsp;cm<sup>−1</sup>. Ühendid, milles heteroaatomiga seotud vesinik võib moodustada [[vesinikside]]t, on vastav võnkumine välja venitatud üle mitmesaja pöördsentimeetri. Süsinikuga seotud vesinikvõnkumised on kitsamas lainearvude vahemikus (3200–2800 &nbsp;cm<sup>−1</sup>), kuid vastavad võnkumised on äärmiselt stabiilse lainearvuga.
 
Kolmiksideme võnkumised jäävad vahemikku 2300–2100 &nbsp;cm<sup>−1</sup> ning on madala intensiivsusega, mida kompenseerib vastava lainearvu vahemiku tühjus tüüpilises spektris.
 
Süsinikku sisaldavad kaksiksideme võnkumised on vahemikus 1800–1500 &nbsp;cm<sup>−1</sup>. Eriti suure tõlgendatava tähtsusega on C-O kaksiksideme võnkumine, mis on intensiivne, stabiilne ja eri ühenditüüpide eristamisel suure muutusega. C-C kaksikside on harva tõlgendatava tähtsusega.
 
Süsiniku ja heteroaatomite üksiksidemete võnkumised jäävad tavaliselt vahemikku 1500–900 &nbsp;cm<sup>−1</sup> ning vastavasse alasse jääb tavaliselt enim võnkumisi, mis ei ole tavaliselt üksteisest eristatavad, mistõttu vastavat ala kuni 600 &nbsp;cm<sup>−1</sup>-ni kutsutakse [[sõrmejäljeala]]ks (ehk nad on tõlgendamisel olulised vaid sama või sarnase struktuuriga aine spektriga võrdlusel).
 
Deformatsioonvõnkumiste lainearvu vahemik on kitsam, kui valentsvõnkumiste puhul(1500–400 &nbsp;cm<sup>−1</sup>), ning vastavate võnkumiste intensiivsus ja tõlgendatavuse olulisus on madalamad. Samas on nad siiski kasutusel eri struktuuriüksuste määramisel, näiteks jäävad [[aromaatne tsükkel|aromaatse tsükli]] deformatsioonvõnkumised vahemikku 1000–600 &nbsp;cm<sup>−1</sup> ning nende põhjal on lihtne määrata aromaatsust või asendajate positsiooni aromaatses tuumas.
 
== Infrapunane spektroskoopia kasutusalad ==
Klassikaline infrapunane spektroskoopia on laialt kasutusel orgaaniliste ühendite uurimisel ja identifitseerimisel. Spektrilt saadav tõlgendatav info on tavaliselt piisav vaid väiksemate molekulide ja [[funktsionaalrühm]]ade identifitseerimisel, keerulisemaid ühendeid on võimalik määrata referentsspektriga võrdlemisel. IP spektroskoopia on samuti kasutusel kvaliteedi kontrolli, dünaamiliste mõõtmiste ja protsesside jälgimise eesmärgil, näiteks CO<sub>2</sub> kontsentratsiooni mõõtmisel infrapuna [[gaasianalüsaator]]ites.
 
Infrapunane spektroskoopia on samuti oluline meetod [[kriminalistika]]s, kus kasutatavad kaasaskantavad IP spektromeetrid aitavad kohapeal tuvastada eri aineid ja nende segusid.
 
Modernsetes uurimislaborites kasutatavad seadmed suudavad uuritavat laineala skaneerida kuni 32 korda sekundis, mis lubab meetodit kasutada kiiresti toimuva [[keemiline reaktsioon|keemilise reaktsiooni]] uurimiseks samaaegselt teiste mõõtmistega.
==Vaata ka==
*[[ATR-FT-IR spektroskoopia]]
 
 
== Viited ==
76 082

muudatust