UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” IAŞI Facultatea Inginerie chimică şi protecţia mediului Domeniul de licenţă: Inginerie Chimică Programul de studii universitare de masterat METODE DE CARACTERIZARE SI TESTARE II, Aplicaţiii practice 2012-2013, Ş.L. PUITEL A.C. Spectroscopia în infraroşu cu transformată Fourier FT-IR

Interacţiunea radiaţiei electromagnetice cu materia include apariţia fenomenelor de vibraţie

a atomilor sau grupelor de atomi grupelor. Ramura spectroscopiei care se ocupă cu studiul

interacţiunii radiaţiilor în domeniu infraroşu cu materia poartă numele de spectroscopie IR.

Radiaţia în domeniu infraroşu poate fi definită ca fiind acea radiaţie electromagnetică aflată

în vecinatatea domeniului vizibil, existând:

Domeniul IR apropiat λ = 0.78…3 μm;

Domeniul IR mediu (termic) λ = 3…50 μm;

Domeniu IR îndepărtat λ = 50…1000 μm;

În spectroscopia IR domeniul cel mai important este domeniul IR mediu. Dacă se defineşte

numărul de undă ύ ca fiind raportul cυ

λ=

1 , domeniul IR utilizat în spectroscopia IR este cel cu

numărul de undă cuprins între 4000 şi 400 cm-1. Un spectru IR reprezintă curba de absorbţie (sau

transmisie) a radiaţiei infraroşii de către materialul supus analizei (molecule ale substanţei studiate).

Atomii moleculelor pot oscila în jurul poziţiei de echilibru. Aceste oscilaţii poartă

denumirea de vibraţii. Funcţie de tăria legăturii numai anumite radiaţii, cu anumite lungimi de undă

pot genera aceste vibraţii – ca rezultat radiaţia IR fiind absorbită.

Energia de vibraţie a unei legături este dată de relaţia 222

21

421

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ += n

DhnhE νν

În care:

h este constanta lui Plank;

ν este frecvenţa proprie de vibraţie a moleculei;

D este energia legăturii;

n-număr cuantic de vibraţii.

Molecula iradiata cu radiaţii IR absoarbe numai anumite cuante (la anumite lungimi de

unda). Prin absorbite de energie, legătura îşi măreste nivelul energetic vibraţional, în final rezultând

anumite maxime de absorbţie. Maximele de absorbtie IR se manifesta in spectru ca benzi. Fiecare

maxim spectral este asociat unei vibratii a unei anumite legaturi din molecula probei.

Pe ordonata spectrului IR este notată de obicei transmisia procentuala (T %) sau absorbţia,

mai rar absorbţia procentuala (A %), marimi definite prin următoarele relatii:

1

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” IAŞI Facultatea Inginerie chimică şi protecţia mediului Domeniul de licenţă: Inginerie Chimică Programul de studii universitare de masterat METODE DE CARACTERIZARE SI TESTARE II, Aplicaţiii practice 2012-2013, Ş.L. PUITEL A.C.

100(%)

100(%)

⋅−

=

⋅=

o

o

o

III

A

IIT

0lg

IIA −=

În care Io- intensitatea fluxului luminos initial; I - intensitatea fluxului luminos final;

Tipuri de vibraţii moleculare

A. Vibraţii de întindere:

1. vibraţii simetrice;

2. vibraţii asimetrice.

În cazul vibraţiilor de întindere, unghiurile dintre legături nu se modifică, mişcările

fiind ritmice de-a lungul axei de legătură, producându-se creşteri sau micşorări ale distanţei

interatomice. Acest tip de vibraţii apar în domeniul 3700-1000 cm-1.

B. Vibraţii de deformare

1. În interiorul planului: forfecare (scisoring) sau rotire (wagging);

2. În exteriorul planului: de legănare (rocking) şi de răsucire (twisting).

Descrierea aparaturii - Spectrometrul IR principiu general de functionare

Sursa de radiaţii în domeniul infraroşu este de obicei un bastonas de silita (CSi) numit

uzual sursa Globar, sau un filament Nernst (aliaj ce conţine oxizi de zirconiu şi ceriu). Prin

încălzirea electrică până la incandescentă sursa emite radiaţii electromagnetice care acoperă întreg

domeniul IR, pătrunzând şi în vizibil. Radiaţia IR este ghidată cu ajutorul unui sistem de oglinzi

2

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” IAŞI Facultatea Inginerie chimică şi protecţia mediului Domeniul de licenţă: Inginerie Chimică Programul de studii universitare de masterat METODE DE CARACTERIZARE SI TESTARE II, Aplicaţiii practice 2012-2013, Ş.L. PUITEL A.C. printr-un interferometru. Semnalul înregistrat direct poartă numele de interferogramă: curbă în

sistemul de coordonate intensitate-poziţie relativă a oglinzii. Prelucrarea semnalului cu ajutorul unei

tehnici de procesare a datelor numită transformată Fourier conduce la obţinerea spectrelor.

Pregătirea probei

În mod obişnuit, probele substanţelor lichide se pot pregăti sub forma de soluţie; sunt

necesare aproximativ 0,5-5 mg substanţă care se dizolvă în solvenţi spectrali (ulei minerale),

obţinându-se soluţii concentrate (1-5 %). Pentru substanţele lichide, un alt mod de înregistrare a

spectrelor IR este acela care utilizează probele lichide ca atare, sub forma unor straturi (filme) foarte

subţiri (0,01-0,1 mm) în cuve speciale pentru filme, construite din “ferestre” de clorură de sodiu

NaCl.

Substanţele solide, se pot pregati sub forma pastilelor in bromura de potasiu – cea mai

cunoscută şi mai comună tehnică. Se mojarează intim un amestec de proba (1 mg) si KBr anhidra

(200 mg) şi se presează amestecul sub forma unui disc foarte subţire, translucid. Comprimarea se

realizeaza cu o presa hidraulica la circa 109 N/m2, eliminandu-se simultan aerul din proba cu o

pompa de vid. Calitatea spectrului poate fi afectata de calitatea pastilei.

Tehnica ATR

3

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” IAŞI Facultatea Inginerie chimică şi protecţia mediului Domeniul de licenţă: Inginerie Chimică Programul de studii universitare de masterat METODE DE CARACTERIZARE SI TESTARE II, Aplicaţiii practice 2012-2013, Ş.L. PUITEL A.C.

4

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” IAŞI Facultatea Inginerie chimică şi protecţia mediului Domeniul de licenţă: Inginerie Chimică Programul de studii universitare de masterat METODE DE CARACTERIZARE SI TESTARE II, Aplicaţiii practice 2012-2013, Ş.L. PUITEL A.C. Obtinere spectre prin tehnica pastilei de KBr pentru diferite substanţe solide:

1. Acid benzoic;

2. Ftalat de potasiu;

3. Acid salicilic;

4. Acid acetil salicilic;

5. Acid citric

6. Lignină;

7. Acetat de celuloză;

8. PVC

5