5.14: Kızılötesi Spektroskopi

1. IR spektrometresini açın ve ısınmasına izin verin.
2. Eğitmenden bilinmeyen bir örnek alın ve örneğin harfini ve görünümünü kaydedin.
3. Bir arka plan spektrumu toplayın.
4. Metal bir spatula kullanarak probun altına az miktarda numune yerleştirin.
5. Probu yerine kilitlenene kadar çevirin.
6. Bilinmeyen örneğin IR spektrumunu kaydedin.
7. Kaliteli bir spektrum elde etmek için gerekirse tekrarlayın.
8. Mevcut fonksiyonel grupların göstergesi olan absorpsiyon frekanslarını kaydedin.
9. Probu aseton ile temizleyin.
10. Spektrometreyi kapatın.
11. Elde edilen spektrumu analiz edin. Şekil 3, bilinmeyen örnek için olası adayları göstermektedir. Bilinmeyen örneğin olası kimliğini belirtin.

Şekil 3. Bilinmeyenin olası kimliklerini gösteren diyagram.

Kızılötesi veya IR spektroskopisi, kovalent bağları karakterize etmek için kullanılan bir tekniktir.

Belirli kovalent bağ türlerine sahip moleküller, IR radyasyonunu emerek bağların titreşmesine neden olabilir. Bir IR spektrofotometresi, hangi frekansların emildiğini ölçebilir. Bu genellikle, dalga sayılarında belirli bir frekansta numune boyunca iletilen yüzde IR radyasyonunun bir spektrumu ile temsil edilir. Bu tür bir spektrumda, tepe noktaları, bu frekansta iletilen ışıkta bir azalmayı temsil ettikleri için ters çevrilir.

Emilen frekanslar, bağların kimliğine ve elektronik ortamına bağlıdır ve her moleküle karakteristik bir spektrum verir. Bununla birlikte, her bir bağ türü, belirli bir frekans aralığında IR radyasyonunu emecek ve ortak bir tepe şekline ve absorpsiyon gücüne sahip olacaktır. Bu nedenle tepe noktaları, IR spektrumundan bilinmeyen bir bileşiğin tanımlanmasına izin veren belirli bağlara atanabilir.

Bu video, bilinmeyen bir organik bileşiğin IR spektroskopisi ile karakterizasyonunu gösterecek ve organik kimyada IR spektroskopisinin diğer birkaç uygulamasını tanıtacaktır.

İki atom arasındaki kovalent bağ, kütleleri m olan iki cismi birbirine bağlayan bir yay olarak modellenebilir.1 ve m2. Bu "yay", bu durumda bağdaki bir salınımı aynı frekansta, ancak daha da büyük bir genlikle uyarmak için gereken enerji kuantumuna karşılık gelen ışığın frekansı olan bir rezonans frekansına sahiptir.

Bir bağın rezonans frekansı, bağ kuvvetine ve uzunluğuna, ilgili atomların kimliğine ve çevreye bağlıdır. Örneğin, konjuge bir bağ, konjuge olmayan bir bağdan farklı bir frekans aralığında titreşecektir.

Rezonans frekansı aynı zamanda bir molekül içindeki atomların salınım modeli olan titreşim moduna da bağlıdır. IR spektroskopisi ile gözlemlenen en yaygın titreşim modları germe ve bükülmedir. Doğrusal moleküllerin 3N eksi 5 titreşim modu vardır, burada N atom sayısıdır ve doğrusal olmayan moleküllerin 3N eksi 6 titreşim modu vardır.

IR spektrofotometrisi, esas olarak, geniş spektrumlu bir ışık kaynağının, herhangi bir zamanda birkaç dalga boyu dışında tüm ışıkları bloke eden bir interferometre aracılığıyla numune üzerine parlatılmasıyla gerçekleştirilir. Bir IR dedektörü, her interferometre ayarı için ışık yoğunluklarını ölçer. İstenen frekans aralığında veri toplandıktan sonra, Fourier dönüşümü ile tanınabilir bir spektruma işlenir.

Numune, cihazın yapısına bağlı olarak gaz, sıvı veya katı olabilir. Standart bir dedektör için, gazlar ve sıvılar IR şeffaf pencerelere sahip bir hücreye yerleştirilir ve katılar yağda süspanse edilir veya potasyum bromür ile şeffaf bir pelet haline getirilir. IR ışığı daha sonra numuneden dedektöre yönlendirilir.

Katı ve sıvı numuneler için alternatif bir yöntem, zayıflatılmış toplam yansıma veya ATR'dir. Bu yöntemde saf numune, kristal bir yüzey ile temas edecek şekilde yerleştirilir. IR ışığı daha sonra kristalin alt tarafından bir dedektöre yansıtılır ve emilen frekanslar daha zayıf bir şekilde yansıtılır. Işık içinden geçmediği için numunenin önce işlenmesine gerek yoktur.

Artık IR spektroskopisinin ilkelerini anladığınıza göre, bir FTIR cihazında ATR örnekleme tekniğini kullanarak bilinmeyen bir organik bileşiği tanımlamak için bir prosedürden geçelim.

Karakterizasyon prosedürüne başlamak için FTIR spektrometresini açın ve lambanın çalışma sıcaklığına kadar ısınmasına izin verin.

ATR kristalinin temiz olduğundan emin olun. Ardından, yerinde numune yokken, bir arka plan spektrumu kaydetmek için spektrometre yazılımını kullanın.

Daha sonra, bilinmeyen bir organik bileşiğin katı bir örneğini alın ve görünümünü not edin. Temiz bir metal spatula kullanarak numuneyi kristal yüzeye dikkatlice yerleştirin. Alternatif olarak, sıvı numuneler için, numuneleri kristal yüzeye aktarmak için bir pipet kullanılır.

Numuneyi kristal yüzeye sabitlemek için probu yerine kilitlenene kadar dikkatlice vidalayın.

Ardından, bilinmeyen örneğin en az bir IR spektrumunu toplayın. Veri toplama bittikten ve arka plan çıkarıldıktan sonra, tepe noktalarının dalga sayılarını belirlemek için yazılımdaki analiz araçlarını kullanın.

Spektrometre ile işiniz bittiğinde, numuneyi çıkarın ve probu asetonla temizleyin. Spektrumları kaydedin, yazılımı kapatın ve spektrometreyi kapatın.

Bu deneyde, bilinmeyen numune, her biri beş karakteristik IR zirvesine sahip on organik bileşikten biri olabilir. Bilinmeyenin evresine ve görsel görünümüne bağlı olarak, olasılıkların 8'i ortadan kaldırılabilir.

Bilinmeyen bileşikten gelen spektrum, 3.300 dalga sayısı bölgesinin yakınında geniş bir tepe gösterir, bu da bir -OH veya -NH gerilme absorpsiyonunun göstergesidir. Sağdaki tepe noktaları, karbon-karbon çift bağlarının ve karbon oksijen bağlarının varlığını gösterir. Kalan iki bileşikten sadece biri bir -OH grubuna sahiptir, bu nedenle bileşik fenoldür.

IR spektrofotometrisi, biyoloji ve kimyada yaygın olarak kullanılan bir karakterizasyon aracıdır. Birkaç örneğe bakalım.

Bu prosedürde, alete bir mikroskopi bileşeni sokularak dokunun IR absorbans görüntülerini elde etmek için ATR yöntemi ile gerçekleştirilen FTIR spektroskopisi kullanıldı. Görüntüdeki her piksel, dokunun moleküler bileşiminin mükemmel uzamsal çözünürlükle belirlenmesine izin veren karşılık gelen bir IR spektrumuna sahipti. Doku görüntüsü, doku boyunca molekül tiplerinin dağılımını görselleştirmek için farklı frekanslarda da görüntülenebilir.

Bir proteindeki peptit gruplarının moleküler titreşimleri, protein konformasyonel değişikliklerinden etkilenir. Onlarca nanosaniye mertebesinde zamansal çözünürlüğe sahip olan adım taramalı FTIR ile bir protein örneğini izleyerek, protein dinamikleri absorbans spektrumlarındaki değişiklikler aracılığıyla izlenebilir. Veriler, tepe tanımlama ve daha fazla analiz için bireysel spektrumlar veya 3B yoğunluk, frekans ve zaman grafikleri olarak sunulabilir.

JoVE'nin IR spektroskopisine girişini yeni izlediniz. Artık IR spektroskopisinin temel prensiplerine, organik bileşiklerin IR spektroskopisi prosedürüne ve IR spektroskopisinin organik kimyada nasıl kullanıldığına dair birkaç örneğe aşina olmalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler!