Chia sẻ với BQT website www.hoahoc.org - Thầy Ngô Xuân Quỳnh

Hiện nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, có rất nhiều phương pháp trong phòng thí nghiệm. Quang phổ hồng ngoại là một trong những ứng dụng giúp việc tìm hiểu thông tin về cấu trúc phân tử nhanh do không sử dụng những cách tính toán phức tạp.

Quang phổ hồng ngoại là gì

Contents

Quang phổ hồng ngoại (gọi tắt là quang phổ IR) là quang phổ được thực hiện ở vùng hồng ngoại của phổ bức xạ điện từ, ánh sáng vùng này có bước sóng dài hơn và tần số thấp hơn so với vùng ánh sáng nhìn thấy. Nhiều kỹ thuật về quang phổ hồng ngoại dựa trên tính chất này, mà hầu hết dựa trên cơ sở của sự hấp thụ quang phổ.

Phổ hồng ngoại (IR) cho biết những nhóm chức nào có trong một phân tử hữu cơ. Trong quang phổ hồng ngoại, một phân tử được chiếu xạ bằng bức xạ điện từ. Phân tử hấp thụ năng lượng nếu tần số của bức xạ phù hợp với tần số dao động của các liên kết trong phân tử. Mỗi loại liên kết hấp thụ năng lượng của một tần số cụ thể. Do đó, bạn có thể xác định các loại liên kết trong một nguyên tố bằng cách đo phổ IR của nguyên tố đó. Tuy nhiên, phổ IR bị giới hạn trong phạm vi đối với các phân tử tương đối nhỏ vì có thể xác định được rất ít từ phổ IR của các phân tử lớn có hàng chục mức hấp thụ.

Xác định trục X và trục Y của quang phổ. Trục X của phổ IR được gắn nhãn là “Số sóng” và có số lượng từ 400 ở ngoài cùng bên phải đến 4.000 ở ngoài cùng bên trái. Trục X cung cấp số hấp thụ. Trục Y được gắn nhãn là “Tỷ lệ truyền qua phần trăm” và nằm trong phạm vi số từ 0 ở dưới cùng và 100 ở trên cùng.

Xác định các pic đặc trưng trong phổ IR. Tất cả các phổ IR đều chứa nhiều cực đại. Tuy nhiên, hãy xác định các đỉnh lớn trên phổ vì chúng sẽ cung cấp dữ liệu cần thiết để đọc phổ.

Xác định các vùng của quang phổ trong đó tồn tại các pic đặc trưng. Phổ IR có thể được tách thành bốn vùng. Vùng đầu tiên dao động từ 4.000 đến 2.500. Vùng thứ hai dao động từ 2.500 đến 2.000. Vùng thứ ba dao động từ 2.000 đến 1.500. Vùng thứ tư dao động từ 1.500 đến 400.

Xác định các nhóm chức năng được hấp thụ trong khu vực đầu tiên. Nếu phổ có một đỉnh đặc trưng trong khoảng từ 4.000 đến 2.500, thì đỉnh đó tương ứng với sự hấp thụ gây ra bởi các liên kết đơn NH, CH và OH.

Xác định các nhóm chức năng được hấp thụ trong khu vực thứ hai. Nếu phổ có một đỉnh đặc trưng trong khoảng 2.500 đến 2.000, thì đỉnh đó tương ứng với sự hấp thụ gây ra bởi các liên kết ba.

Xác định các nhóm chức năng được hấp thụ trong khu vực thứ ba. Nếu phổ có một đỉnh đặc trưng trong khoảng từ 2.000 đến 1.500, thì đỉnh đó tương ứng với sự hấp thụ gây ra bởi các liên kết đôi như C=O, C=N và C=C.

So sánh các pic trong vùng thứ tư với các pic trong vùng thứ tư của phổ IR khác. Vùng thứ tư được gọi là vùng vân tay của phổ IR và chứa một số lượng lớn các đỉnh hấp thụ chiếm nhiều loại liên kết đơn. Nếu tất cả các cực đại trong phổ IR, bao gồm cả các cực đại trong vùng thứ tư, giống hệt với các cực đại của phổ khá

Sử dụng và ứng dụng

Trong nghiên cứu và công nghiệp, quang phổ hồng ngoại là một kỹ thuật đơn giản và đáng tin cậy được sử dụng rộng rãi trong cả hóa học hữu cơ và vô cơ. Trong nhà kính và phòng tăng trưởng bằng các bộ phân tích khí hồng ngoại, nó được sử dụng trong kiểm soát chất lượng, đo lường năng động và theo dõi các ứng dụng như đo nồng độ CO2.

Trong phân tích pháp y trong cả hai vụ án hình sự và hình sự, ví dụ như trong việc xác định sự suy thoái polymer thì nó cũng được sử dụng rất tốt. Đối với những người lái xe nghi ngờ say rượu thì nó có thể được sử dụng để xác định hàm lượng cồn trong máu.

Quang phổ hồng ngoại đã được sử dụng thành công trong việc phân tích và xác định sắc tố trong các bức tranh và các vật nghệ thuật khác như các bản thảo được chiếu sáng

Với công nghệ ngày càng tăng trong việc lọc và thao tác các kết quả, các mẫu trong dung dịch có thể được đo chính xác (nước tạo ra độ hấp thụ rộng trong phạm vi quan tâm, và do đó làm cho quang phổ không thể đọc mà không cần điều trị bằng máy tính).

Trong sản xuất polyme, quang phổ hồng ngoại cũng hữu ích trong việc đo mức độ trùng hợp. Các công cụ nghiên cứu hiện đại có thể thực hiện các phép đo hồng ngoại trong phạm vi quan tâm thường xuyên như 32 lần một giây. Từ đó, chúng ta có thể quan sát phản ứng và phản ứng hóa học nhanh hơn.

Trong lĩnh vực vi điện tử bán dẫn, quang phổ hồng ngoại cũng đã được sử dụng thành công: Ví dụ, quang phổ hồng ngoại có thể được áp dụng cho chất bán dẫn như silicon, gallium arsenide, gallium nitride, kẽm selenide, silicon vô định hình, silic nitride …

Đối với ngành công nghiệp thực phẩm thì quang phổ hồng ngọai rất thành công để đo nồng độ các hợp chất khác nhau trong các sản phẩm thực phẩm khác nhau.

Phổ hồng ngoại cũng được sử dụng trong các thiết bị phát hiện rò rỉ gas như DP-IR và EyeCGAs. Các thiết bị này phát hiện rò rỉ khí hydrocacbon trong việc vận chuyển khí tự nhiên và dầu thô.

Quang phổ hồng ngoại đã và đang rất hữu ích trong đời sống hiện nay. Nó có vai trò rất lớn để phát triển xã hội hơn.

Làm thế nào để xác định IR của Methyl M-Nitrobenzoate

Quang phổ hồng ngoại (IR) cung cấp một kỹ thuật công cụ nhanh chóng để xác định các yếu tố cấu trúc chính của các hợp chất hữu cơ (tức là dựa trên carbon). Các thiết bị hồng ngoại đo tần số mà tại đó các liên kết khác nhau trong một hợp chất hấp thụ bức xạ trong vùng IR của phổ điện từ. Theo quy ước, các nhà hóa học nêu các tần số này theo đơn vị centimet đối ứng (1/cm) hoặc “số sóng”. Tần số hấp thụ của các liên kết cụ thể có xu hướng đặc biệt. Ví dụ, liên kết O-H thể hiện sự hấp thụ rộng khoảng 3400 1 / cm. Sau khi có được phổ cho một hợp chất nhất định, các nhà hóa học sử dụng các bảng tương quan quang phổ IR để xác định các loại liên kết xảy ra trong hợp chất. Methyl m-nitrobenzoat bao gồm một nhóm nitro, hoặc -NO2, và một nhóm methyl ester, hoặc C (= O) -O-CH3, gắn vào một vòng benzen.

Bước 1:

Xác định đỉnh hấp thụ của nhóm C = O của este bằng sự hấp thụ mạnh của nó trong khoảng từ 1735 đến 1750 1 / cm. Đây phải là đỉnh mạnh nhất trong quang phổ.

Bước 2:

Xác định vị trí C-C (= O) -C kéo dài giữa 1160 và 1210 1 / cm.

Bước 3:

Xác định hai đoạn -NO2 trong phạm vi 1490-1550 và 1315-1355 1 / cm.

Bước 4:

Xác định vị trí hai độ thơm C = C trải dài vào khoảng 1600 và 1475 1 / cm.

Bước 5:

Xác định đoạn C-H của nhóm -CH3 nằm trong khoảng từ 2800 đến 2950 1 / cm. Độ hấp thụ uốn cong -CH3 cũng nên xảy ra gần 1375 1 / cm.

Bước 6:

Xác định các uốn cong C-H liên quan đến vòng benzen. Xác định vị trí ortho C-H ở 735 đến 770 1 / cm. Xác định vị trí meta C-H ở 880 1 / cm và từ 690 đến 780 1 / cm. Para C-H nên nằm trong khoảng từ 800 đến 850 1 / cm.