Spectrometria IR

Spectrometria IR

Radiatiile IR au fost descoperite de Herschel in 1800, insa primele cercetari privind spectrele IR ale unor substante chimice si corelatia intre spectre si structura chimica au fost facute abia la sfarsitul secolului al XIX-lea.

Spectrul unei radiatii este ansamblul lungimilor de unda ale radiatiilor monocromatice care alcatuiesc radiatia respectiva. Daca se utilizeaza o sursa care emite radiatii cu spectru continuu si daca intre sursa si instrumentul spectral se gaseste un mediu total sau partial opac pentru unele din radiatiile emise de sursa, spectrul radiatiei transmis prin acel mediu se va caracteriza fie prin absenta completa a unora din radiatiile care se gasesc in radiatia incidenta, fie prin slabirea intensitatii acestor radiatii. Un asemenea spectru se numeste spectru de absorbtie.

Radiatiile IR se gasesc intre regiunea vizibil si microunde in domeniul 4000-666 cm^-1. Recent o zona de interes este cea de langa IR si anume domeniile: 14 290-4000 cm^-1 si 700-200 cm^-1.

Aparate utilizate in IR.

Elementele constitutive ale unui spectrometru in IR sunt:

Sursa (corp solid incandescent care emite un spectru continuu de radiatii IR).

Ca surse se folosesc: Lampa Nernst in compozitia careia intra Zr₂O₂ (85-90%) si oxizi de pamanturi rare, mai ales ytriu si erbiu, si Sursa Globar care este formata din carbura de siliciu.

Monocromatorul, constituit dintr-o prisma sau retea de difractie, are rolul de a separa dupa lungimea de unda radiatia complexa emisa de sursa, care a strabatut proba de studiat.

Receptorul termic, care transforma energia radianta in curent electric, proportional cu intensitatea radiatiei detectate.

Amplificatorul serveste la amplificarea impulsurilor electrice detectate. Energia radianta care cade pe suprafata receptoare a detectorului (receptorul termic) este extrem de mica (10^-8W). Astfel, impulsurile electrice emise de detector au amplitudini extreme de mici (10^-6 – 10^-9 V), care nu permit inregistrarea automata a spectrelor. De aceea este necesara o amplificare puternica, care se realizeaza cu ajutorul amplificatoarelor electronice de curent alternativ.

Inregistratorul-serveste la inregistrarea practica a spectrului. Impulsurile electrice emise de detector, dupa amplificare actioneaza un milivoltmetru inregistrator, bazat pe principiul compensatiei, care realizeaza inregistrarea grafica a spectrului.

Indiferent de principiul de constructie al aparatelor folosite in IR functionarea lor este schematic urmatoarea: sursa emite un spectru continuu de radiatii infrarosii care dupa trecerea prin proba de analizat sunt dispersate intr-un monocromator de catre o prisma sau o retea de difractie. Radiatiile monocromatice sunt detectate apoi de un receptor termic in care energia radianta se transforma in impulsuri electrice, proportionale cu intensitatea radiatiei detectate.

Studiul spectrelor in IR se bazeaza pe inregistrarea in functie de lungimea de unda a raportului dintre puterea radianta P a radiatiilor transimise de proba si puterea radianta P₀ a radiatiilor incidente. Acest raport constituie transmisia probei la lungimea de unda data:

T =P/P₀

Deci, pozitia benzilor in spectru este data fie functie de numarul de unda  = 1/ (cm^-1), fie functie de lungimea de unda (m). Intensitatea benzilor este data ca functie de transmitanta sau absorbanta.

A = log (1/T)

Pregatirea probelor

In infrarosu se pot determina spectrele unor substante chimice indiferent de starea lor de agregare. Pregatirea probelor este insa diferita.

Pentru probele in stare gazoasa, analiza se face utilizand cuve cilindrice cu lungimea de 5-10 cm. Corpul cuvei prevazut cu ferestre transparente in IR confectionat din sticla este prevazut cu doua robinete pentru introducerea si evacuarea probei.

Lichidele se examineaza sub forma unui strat subtire intre 2 placi optice sau intr-o celula de dimensiuni potrivite.

Substante solide:

a)     sub forma de solutie, prin dizolvarea intr-un solvent organic corespunzator. Ca dizolvanti se folosesc: sulfura de carbon, tetraclorura de carbon, chloroform, cicloxehan, benzene, clorura de metal, dioxan, acetona, eter etilic. La utilizarea acestor solventi trebuie sa se tina seama ca si acestia dau bande de absorbtie in IR.

b)     Suspensia in nujol (ulei de parafina special preparat)

Se pulverizeaza fin cateva mg de proba si se amesteca intr-un mojar de agat cu 1-3 picaturi nujol pana la obtinerea unei suspensii omogene. Aceasta solutie este depusa pe o fereastra transparenta in IR.

c)     Pastilarea cu bromura de potasiu. Acest procedeu se bazeaza pe plasticitatea KBr la presiuni nu prea inalte si pe faptul ca aceasta substanta nu prezinta benzi de absorbtie intre 400 si 5000 cm^-1.

d)     Pastilarea directa a probei de interes. Maxim 20 mg proba, bine mojarata se preseaza intr-un strat subtire pentru obtinerea unei pastile. Aceasta este plasata intr-o celula IR din sticla cu ferestre din CaF₂, prezentata in figura 4.