IR-spektroskopi Introduksjon Teori Intrumentering Prøvebehandling Bruk av tabeller og korreleringskart

Introduksjon Vibrasjonsspektroskopi Spektralområde : 4000 – 400 cm -1 Bølgetall: ν̃ = 1/λ Selv relativt enkle molekyler kan gi veldig komplekse spektra. Fordel: identifisering når autentisk forbindelse er kjent. Store databaser å sammenligne med. Ved ukjent prøve: Analyse av funksjonelle grupper. Funksjonelle grupper har karakteristiske absorbsjoner i IR-pekteret.

Teori Harmonisk svigning av avstanden mellom kjernene r(t) = r 0 + Asin(2πνt) IR-stråling absorberes av organiske molekyler og konverteres til molekylær vibrasjons energi. Denne absorbsjonen er kvantisert, men til hver vibrasjons energi forandring er det assosiert mange rotasjons energiforandringer. Det gir bånd spektra.

Frekvensen (bølgelengden) av absorpsjonen er avhengig av den relative massen til atomene, kraftkonstanten av bindingen og geometrien av atomene. Frekvensen kan approksimeres:

Kraftkonstanter Approksimasjon: verdien på kraftkonstanten dobles når man går fra enkelt binding til dobbeltbinding og øker tre ganger fra enkelt til trippel binding.

Intensisteten i transmittans (bånd intensiteten) rapporteres vanligvis som semikvantitative termer: vs = very strong s = strong, m = medium, w = weak

To typer molekylære vibrasjoner: bøy og strekk Strekk: rytmisk bevegelse langs bindingsaksen Bøy: forandring i bindings- vinkel

Utvalgsregler 1.Absorbsjon elektromagnetisk stråling når ν(IR) = ν(vib) 2.Når dipolmomentet fluktuerer i løpet av en vibrasjonsperiode Konsekvensen er at symmetriske molekyler er inaktive i IR for de frekvenser som tilsvarer symmetrisk strekk. Det gir ingen forandring i dipol moment. F.eks H 2 og CO 2

Frihetsgrader Et ikke lineært molekyl med n atomer har 3n – 6 vibrasjons- modi som er delokaliserte. Det teoretiske antall fundamentale vibrasjonsfrekvenser vil sjelden bli observert. Ofte en god tilnærmelse å operere med lokaliserte vibrasjoner. Det medfører at ν gir fingeravtrykk av funksjonelle grupper. Selv om IR-spekteret er en funksjon av hele molekylet vil funksjonelle grupper av atomer gi opphav til absorbsjonsbånd ved nesten samme frekvens uavhengig av strukturen til resten av molekylet.

Overtoner og kombinasjonstoner Overtoner opptrer som hele multipler av en gitt frekvens ν = nν fund Vanligvis bare en overtone (n = 2) observert for sterke abs. fordi intensiteten avtar sterkt. f.eks. C=O strekk (3400) Kombinasjonsbånd opptrer ved frekvenser som er en sum av to andre vibrasjonsfrekvenser. For at effektiv kombinasjon skal finne sted må en rekke betingelser være oppfylt (ikke vist). ν = ν 1 fund + ν 2 fund

”Alle” karakteristiske frekvenser bør kunne gjenkjennes Se C=O strekk (ca. 1740) og svak overtone (ca 3480) Se ca – 3000, 1465, for C-H

Hydrogenbinding Hydrogenbinding kan oppstå i ethvert system med en proton donor (X-H) og proton akseptor Y:. X og Y: er elektronegative elementer og Y: har et ledig elektronpar. Vanlig proton donorer: karboksyl, hydroksyl, amine, amide. Vanlige akseptorer atomer: oksygen, nitrogen og halogener. Hydrogenbinding forandrer kraftkonstanten til både donor og akseptor. Dvs. frekvenser for både strekk- og bøy- vibrasjoner vil forandres. X-H strekk flyttes mot lavere frekvenser med økt intensitet og båndbredde. Strekk- frekvensen til akseptor gruppen vil også reduseres, men ofte i mindre grad.

Differansen i frekvens mellom ”fri” og H-bundet OH- absorbsjon er et mål på hvor sterk H-bindingen er.

Instrumentering Dobbelt-stråle IR spektrofotometre består av 5 enheter: 1.Lyskilde 2.Prøveområde 3.Fotometer 4.Monokromator 5.Detektor Basert på masse optikk, linser, fokusering og spalter

FTIR

Fordeler med FTIR 1.Hele frekvens området passerer gjennom prøven samtidig. Det sparer tid. 2. Analog til digital konvertering gir muligheter for manipulering 3.Flere scans kan adderes og selv meget små kan prøver kan gi meget gode spektra fordi tilfeldige absorbsjoner jevnes ut. 4.FTIR gir veldig høy oppløsning (0.001 cm -1 ) 5.Spektra av rene oppløsningsmidler (eller prøver) kan lagres i en pc og trekkes fra blandinger.

Prøvebehandling

Fortolkning av spektra Skiller mellom tre viktige områder: 4000 – 1300, 1300 – 900 og 900 – 650 cm -1 Området 4000 – 1300 cm -1 : Funksjonell gruppe område. F.eks. OH-, NH- og C=O strekk. Overtoner finnes ofte her. Området 1300 – 900 cm -1 : ”Fingeravtrykk” området. Veldig ofte meget komplekse absorbsjonsmønstre som er unikt for hvert stoff. Området 900 – 650 cm -1 : Aromatiske strukturer absorberer sterkt i dette området. En tilordning i en del av spekteret bør bekreftes ved å undersøke en annen del av spekteret for å se om tilordningen er rimelig.

Neste time - Se på ulike funksjonelle grupper og karakteristiske trekk - Bruk av tabeller og kart