Spectroscopie infrarouge

IR spectrum of a thin film of liquid ethanol.
Spectre IR d'une couche mince de liquide .

Spectroscopie infrarouge (spectroscopie IRE) est un type de spectroscopie d'absorption ce utilisations Infrarouge une partie de .

Comme avec toutes les techniques spectroscopiques, il peut être employé pour étudier la composition d'un échantillon.

Travaux infrarouges de spectroscopie parce que ont des fréquences spécifiques auxquelles elles vibrent (voyez force). fréquences de résonance sont déterminés par la forme du moléculaire surfaces potentielles d'énergie, les masses des atomes et, par la suite par l'associé accouplement vibronic. Afin d'être en activité IR, une molécule doit avoir un dipöle changeant. En particulier, dans Soutenu-Oppenheimer et approximations harmoniques, I.e. quand hamiltonien moléculaire correspondance à l'électronique état fondamental peut être rapproché par a oscillateur harmonique dans le voisinage de l'équilibre la géométrie moléculaire, les fréquences de résonance sont déterminées par "copies normale" correspondance à la surface potentielle électronique moléculaire d'énergie d'état fondamental. Néanmoins, les fréquences de résonance peuvent être dans une première approche liée à la longueur de l'obligation, et la masse des atomes à l'une ou l'autre extrémité d'elle. Ainsi, la fréquence des vibrations peut être associée à un type particulier d'obligation. Les obligations peuvent vibrer de six manières différentes, de l'étirage symétrique et asymétrique, de scissoring, de basculer, de remuer et de tordre. Une animation instantanée utile de ces derniers peut être trouvée ici

Afin de mesurer un échantillon, un faisceau de monochromatique la lumière infrarouge est passée par l'échantillon, et la quantité d'énergie absorbée est enregistrée. En répétant cette opération à travers une gamme d'intérêt (habituellement pas plus de 4000-5000cm-1= 0.5-0.6), un diagramme peut être accumulé. En regardant un diagramme pour une substance, un utilisateur expérimenté peut identifier la substance de l'information sur le diagramme.

Cette technique fonctionne presque exclusivement dessus , et comme tel est utile la plupart dedans chimie organique. Des diagrammes clairs (ou les spectres) seront produits par des échantillons avec les niveaux élevés de la pureté d'une substance. La technique a été employée pour la caractérisation des mélanges très complexes cependant.

Table des matières

Préparation témoin

Des échantillons liquides peuvent être serrés entre deux plats de sel de grande pureté (en tant que dedans chlorure de sodium, ou sel commun). Les plats sont transparents à la lumière infrarouge et ne présenteront aucune ligne sur les spectres. Les plats sont évidemment fortement solubles dans l'eau, et ainsi l'échantillon et les réactifs et des produits analogues de lavage doivent être anhydre (sans eau).

Des échantillons pleins peuvent être préparés de deux manières principales. Le premier doit écraser l'échantillon avec a agent de chauffage (paraffine habituellement liquide) dans a marbre pilon et mortier. Si le solide peut être induit pour se dissoudre, ou au moins soit écrasé dans a * très * poudre fine, alors les résultats seront bons.

La deuxième méthode est de mélanger une quantité de l'échantillon à du sel particulièrement épuré (habituellement bromure de potassium). Ce mélange de poudre est alors écrasé dans un granule enfoncent l'ordre pour former un granule par lequel le faisceau du spectromètre peut passer. Ce granule doit être écrasé aux hautes pressions afin de s'assurer que le granule est translucide, mais ceci peut être réalisé sans machines actionnées.

Méthode typique

Typical apparatus
Appareil typique

Un faisceau de lumière infrarouge est produit et coupé en deux faisceaux séparés. Un est passé par l'échantillon, l'autre passé par une référence qui est souvent la substance que l'échantillon est dissous dedans. Les faisceaux tous les deux sont reflétés en arrière vers un détecteur, toutefois d'abord ils traversent un diviseur qui alterne rapidement qui des deux faisceaux entre dans le détecteur. Les deux signaux sont alors comparés et une liste imprimée est obtenue.

Une référence est employée pour deux raisons :

  • Ceci empêche des fluctuations dans le rendement de la source affectant les données
  • Ceci permet aux effets du dissolvant d'être décommandés dehors (la référence est habituellement une forme pure du dissolvant que l'échantillon est dedans)



Sommaire des absorptions des obligations en molécules organiques

Table détaillée d'absorptions des obligations en molécules organiques

Obligation Type d'obligation Type spécifique d'obligation Chaîne et intensité d'absorption
Ch alkyl méthylique 1380 centimètres-1 (faible), 1460 centimètres-1 (fort) et 2870, 2960 centimètres-1 (les deux forts au milieu)
méthylène 1470 centimètres-1 (fort) et 2850, 2925 centimètres-1 (les deux forts au milieu)
methyne 2890 centimètres-1 (faible)
vinyle C=CH2 900 centimètres-1 (fort) et 2975, 3080 centimètres-1 (milieu)
C=CH 3020 centimètres-1 (milieu)
monosubstituted des alcènes 900. 990 centimètres-1 (les deux forts)
alcènes cis-disubstitués 670-700 centimètre-1 (fort)
alcènes transport-disubstitués 965 centimètres-1 (fort)
trisubstituted des alcènes 800-840 centimètre-1 (fort au milieu)
aromatique benzene/sub. benzène 3070 centimètres-1 (faible)
monosubstituted le benzène 700-750 centimètre-1 (fort) et 700±10 centimètre-1 (fort)
ortho--disub. benzène 750 centimètres-1 (fort)
méta-disub. benzène 750-800 centimètre-1 (fort) et 860-900 centimètre-1 (fort)
Para.-disub. benzène 800-860 centimètre-1 (fort)
alcynes 3300 centimètres-1 (milieu)
aldéhydes 2720. 2820 centimètres-1 (milieu)
Cc cc acyclique monosub. alcènes 1645 centimètres-1 (milieu)
1,1-disub. alcènes 1655 centimètres-1 (milieu)
cis-1,2-disub. alcènes 1660 centimètres-1 (milieu)
trans-1,2-disub. alcènes 1675 centimètres-1 (milieu)
trisub., tetrasub. alcènes 1670 centimètres-1 (faible)
cc conjugué diènes 1600. 1650 centimètres-1 (fort)
avec l'anneau de benzène 1625 centimètres-1 (fort)
avec C=O 1600 centimètres-1 (fort)
C=C aromatique 1450. 1500, 1580, 1600 centimètres-1 (fort à faible) - toujours CHACUN DES 4 !
cc triple alkines terminaux 2100-2140 centimètre-1 (faible)
disubst. alkines 2190-2260 centimètre-1 (très faible, parfois non évident)
C=O aldehyde/ketone aliph saturé./cyclic 6-membered 1720 centimètres-1
? ?-insaturé 1685 centimètres-1 (va pour les cétones aromatiques aussi bien)
5-membered cyclique 1750 centimètres-1
4-membered cyclique 1775 centimètres-1
aldéhydes 1725 centimètres-1 (l'influence de la conjugaison aiment avec des cétones)
acids/derivates carboxylique acides carboxyliques saturés 1710 centimètres-1
unsat.carb de /aromatic. acides 1680-1690 centimètre-1
esters et lactones 1735 centimètres-1 (l'influence de la conjugaison et la taille d'anneau aiment avec des cétones)
anhydrides 1760 et 1820 centimètres-1 (tous les deux !)
halogénures 1800 centimètres-1
amides 1650 centimètres-1 (amides associées)
carboxylates (sels) 1550-1610 centimètre-1 (va pour des zwitterions d'aminoacid aussi bien)
L'OH alcools, phenoles 3610-3670 centimètre-1 (la concentration des échantillons élargit la bande et la déplace à 3200-3400 centimètre-1)
acides carboxyliques 3500-3560 centimètre-1 (la concentration des échantillons élargit la bande et la déplace à 3000 centimètres-1)
NH amines primaires doublet entre 3400-3500 centimètre-1 et 1560-1640 centimètre-1 (fort)
amines secondaires au-dessus de 3000 centimètres-1 (milieu à faible)
ions d'ammonium larges bandes avec les crêtes multiples entre 2400-3200 centimètre-1
Co alcools primaire 1050±10 centimètre-1
secondaire autour 1100 centimètres-1
tertiaire 1150-1200 centimètre-1
phenoles 1200 centimètres-1
éthers aliphatique 1120 centimètres-1
aromatique 1220-1260 centimètre-1
acides carboxyliques 1250-1300 centimètre-1
esters 1100-1300 centimètre-1 (deux bandes - distinction aux cétones, qui pas les posess Co !)
C-N amines aliphatiques 1020-1220 centimètre-1 (souvent recouvert)
C=N 1615-1700 centimètre-1 (effets semblables de conjugaison à C=O)
nitriles (obligation triple de C-N) 2210-2260 centimètre-1 (2250 non-conjugués, conjugué 2230 centimètres-1)
C-X (X=F, Cl, Br, I) fluoroalkanes ordinaire 1000-1100 centimètre-1
trifluromethyl deux forts, larges bandes entre 1100-1200 centimètre-1
chloroalkanes 540-760 centimètre-1 (milieu à faible)
bromoalkanes en-dessous de 600 centimètres-1
iodoalkanes en-dessous de 600 centimètres-1
NON composés nitro aliphatique 1550 centimètres-1 (une bande plus forte) et 1380 centimètres-1 (une bande plus faible) - TOUJOURS TOUTES LES DEUX !
aromatique 1520. 1350 centimètres-1 (la conjugaison abaisse habituellement le nombre de vague)


On devrait considérer que les absorbtions dans cette gamme ne s'appliquent pas seulement aux obligations en molécules organiques. La spectroscopie IRE est utile quand elle vient à l'analyse des composés inorganiques (comme complexes en métal ou fluoromanganates) aussi bien.

Utilisations et applications

Des techniques ont été développées pour évaluer la qualité des feuilles de thé en utilisant la spectroscopie infrarouge. Ceci signifiera que des experts fortement qualifiés (également appelés les 'nez) peuvent être employés plus économiquement, à une économie de coût significative.

La spectroscopie infrarouge est largement répandue dans la recherche et l'industrie comme technique simple et fiable pour la mesure, le contrôle de qualité, et la mesure dynamique. Les instruments sont maintenant petits, et peuvent être transportés, même pour l'usage dans des essais en service réel. Avec l'augmentation de la technologie dans le filtrage d'ordinateur et la manipulation des résultats, des échantillons en solution peuvent être maintenant mesurés exactement (l'eau produit une large absorbance à travers la gamme d'intérêt, et rend ainsi les spectres illisibles sans ce traitement d'ordinateur). Quelques machines vous indiqueront également automatiquement quelle substance est mesurée à partir d'un stock de milliers de spectres de référence tenus dans le stockage.

Par la mesure à une fréquence spécifique avec le temps, des changements du caractère ou la quantité d'une obligation particulière peuvent être mesurés. C'est particulièrement utile en mesurant le degré de polymérisation dedans polymère fabrication. Les machines modernes de recherches peuvent prendre les mesures infrarouges à travers la gamme entière d'intérêt aussi fréquemment que 32 fois par seconde. Ceci peut être fait tandis que des mesures simultanées sont faites en utilisant d'autres techniques. Ceci fait les observations des réactions chimiques et des processus plus rapides, plus précis, et plus précis.

Spectroscopie d'infrarouge de transformée de Fourier

(FTIR) est une technique de mesure pour rassembler les spectres infrarouges. Au lieu d'enregistrer la quantité d'énergie a absorbé quand la fréquence de la lumière infrarouge est changée (monochromateur), la lumière IRE est guidé par un interféromètre. Après dépassement l'échantillon le signal mesuré est l'interferogram. L'exécution d'une transformée de Fourier mathématique sur ce signal a comme conséquence un spectre identique à cela de la spectroscopie infrarouge (dispersive) conventionnelle.

Les spectromètres de FTIR sont meilleur marché que les spectromètres conventionnels parce que le bâtiment des interféromètres est plus facile que la fabrication d'un monochromateur. En outre, la mesure d'un spectre simple est plus rapide pour la technique de FTIR parce que l'information de toutes les fréquences est rassemblée simultanément. Ceci permet aux échantillons multiples d'être rassemblés et ramenés à une moyenne ensemble ayant pour résultat une amélioration de sensibilité. En raison de ses divers avantages, pratiquement tous les spectromètres infrarouges modernes sont de la variété de FTIR.

Voyez également

Liens externes

 

  > Français > en.wikipedia.org (Traduit par ordinateur dans le Français)