Infraqizil spektroskopiya

Ushbu maqola vikita`lim loyihasi doirasida O`zMU Fizikasi talabasi Fatxullayeva Bahora tomonidan tarjima qilindi.

OSIRIS-REx probining OVIRS asbobi ko'rinadigan va infraqizil spektrometrdir

Infraqizil spektroskopiya ( Infraqizil spektroskopiyasi yoki tebranish spektroskopiyasi ) infraqizil nurlanishning moddalar bilan o'zaro ta'sirini yutish orqali, emissiya yoki aks ettirish orqali o'lchashdir. U qattiq, suyuq yoki gazsimon shakldagi kimyoviy moddalar yoki funktsional guruhlarni o'rganish va aniqlash uchun ishlatiladi. U yangi materiallarni tavsiflash yoki ma'lum va noma'lum namunalarni aniqlash va tekshirish uchun ham ishlatilishi mumkin. Infraqizil spektroskopiya usuli yoki texnikasi infraqizil spektrni hosil qiluvchi infraqizil spektrometr (yoki spektrofotometr) deb nomlangan qurilma yordamida amalga oshiriladi. Infraqizil spektrni vertikal o'qdagi infraqizil nurni yutish (yoki o'tkazuvchanlik ) grafigida yoki gorizontal o'qdagi chastota, to'lqin raqami yoki to'lqin uzunligi bilan ko'rish mumkin. Infraqizil spektrlarda ishlatiladigan to'lqin sonining tipik birliklari sm ⁻¹ belgisi bilan santimetrlarda belgilanadi . Infraqizil to'lqin uzunligi birliklari odatda mikrometrlarda (ilgari "mikronlar" deb atalar edi), mkm belgisida belgilanadi, ular to'lqin raqami bilan o'zaro bog'liqdir. Ushbu texnikadan foydalanadigan keng tarqalgan laboratoriya asbobi Fourier transform infraqizil (FTIR) spektrometridir . Quyida muhokama qilinganidek, ikki o'lchovli IR ham mumkin.

Elektromagnit spektrning infraqizil qismi odatda uchta qisimga bo'linadi; yaqin, o'rta va uzoq infraqizil. Ko'rinadigan spektrga munosabati uchun nomlangan. Yuqori energiyali IQ sohasi, taxminan 14,000–4,000 sm ⁻¹ (0,7–2,5 mkm to'lqin uzunligi) molekulyar tebranishlarning ortiqcha yoki kombinatsiyalangan rejimlarini qo'zg'atishi mumkin. O'rta infraqizil soha, taxminan 4000-400 sm ⁻¹ (2,5–25 mkm) odatda asosiy tebranishlarni va ular bilan bog'liq aylanish-tebranish tuzilishini o'rganish uchun ishlatiladi. Uzoq infraqizil soha, taxminan 400-10 sm ⁻¹ (25–1000 mkm) past energiyaga ega va aylanish spektroskopiyasi va past chastotali tebranishlar uchun ishlatilishi mumkin. Mintaqa 2–130 sm ⁻¹, mikroto'lqinli mintaqa bilan chegaradosh, terahertz mintaqasi hisoblanadi va molekulalararo tebranishlarni tekshirishi mumkin. Ushbu submintaqalarning nomlari va tasniflari konventsiyadir va faqat nisbiy molekulyar yoki elektromagnit xususiyatlarga asoslanadi.

Nazariya

IR spetsifikatsiyasi namunasi. o'qish; Bu bromometandan (CH ₃ Br) 3000, 1300 va 1000 atrofida cho'qqilarni ko'rsatadi. sm ^-1 (gorizontal o'qda).

Infraqizil spektroskopiyadan molekulalarning tuzilishiga xos bo'lgan chastotalarni o`zlashtirish bilan foydalaniladi. Bu yutilishlar rezonans chastotalarda sodir bo'ladi, ya'ni so'rilgan nurlanish chastotasi tebranish chastotasiga to'g'ri keladi. Energiyalarga molekulyar potentsial energiya yuzalarining shakli, atomlarning massalari va ular bilan bog'liq tebranish birikmasi ta'sir qiladi.

Bromometanning C-H aloqalarining simmetrik streç-siqish rejimining 3D animatsiyasi

Xususan, Born-Oppengeymer va garmonik yaqinlashishlarda (ya'ni elektron asosiy holatga mos keladigan molekulyar Gamiltonianni muvozanat molekulyar geometriyaga yaqin joyda garmonik osilator tomonidan yaqinlashtirish mumkin bo'lganda), rezonans chastotalari molekulyar elektron zamin holati potentsial energiya yuzasiga mos keladigan tebranishning normal rejimlari bilan bog'liq.

Rezonans chastotasi, bog'lanish kuchi va uning har ikki uchidagi atomlarning massasi bilan ham bog'liq. Shunday qilib, tebranishlarning chastotasi ma'lum bir bog'lanish turi ma'lum bir normal harakat rejimi bilan bog'liq.

Vibratsiyali rejimlar soni

Namunadagi tebranish rejimi "Infraqizil faol" bo'lishi uchun u molekulyar dipol momentidagi o'zgarishlar bilan bog'liq bo'lishi kerak. Doimiy dipol majburiy emas, chunki qoida faqat dipol momentini o'zgartirishni talab qiladi.

Molekula ko'p jihatdan tebranishi mumkin va ularning har biri tebranish rejimi deb ataladi. N sonli atomli molekulalar uchun geometrik chiziqli molekulalar 3 N  - 5 darajali tebranish rejimlari, chiziqli bo'lmagan molekulalarda esa 3 N - 6 darajali tebranish rejimlari (shuningdek, tebranish erkinlik darajalari deb ataladi). Misol tariqasida chiziqli karbonat angidrid (CO ₂ ) 3  × 3 - 5 = 4, chiziqli bo'lmagan suv (H <sub id="mwcQ">2</sub> O) esa faqat 3 × 3 - 6 = 3.

CO ₂ karbonat angidrid molekulasining cho'zish va egilish tebranishlari . Yuqori chap: nosimmetrik cho'zish. Yuqori o'ng: antisimmetrik cho'zish. Pastki chiziq: degeneratsiya juft bükme rejimlari.

Odatda organik birikmalarda uchrab turadigan CH ₂ X ₂ guruhidagi atomlar va boshqa har qanday atomni ifodalashi mumkin bo'lgan X to'qqiz xil usulda tebranishi mumkin.Ularning oltitasi faqat CH <sub id="mwiA">2</sub> qismini o'z ichiga oladi: 2 ta cho'zish rejimi (n): simmetrik (n _s ) va antisimmetrik (n _as ); va 4 ta egilish rejimi: quyida ko'rsatilganidek, qaychi (d), silkituvchi (r), chayqalish (ō) va burish (t). Ikki qo'shimcha X guruhi biriktirilmagan tuzilmalar kamroq rejimlarga egabo`ladi. Chunki ba'zi rejimlar boshqa biriktirilgan guruhlarga o'ziga xos munosabatlar bilan belgilanadi. Masalan, suvda tebranish, chayqalish va burilish rejimlari mavjud emas, chunki H atomlarining bunday harakatlari butun molekula ichidagi tebranishlarni emas, balki uning oddiy aylanishini ifodalaydi. Murakkab molekulalar bo'lsa, tekislikdan tashqari (g) tebranish rejimlari ham mavjud bo'lishi mumkin.

Symmetry Direction	Simmetrik	Antisimmetrik
Radial	</img> </br> Simmetrik cho'zish (n s )	</img> </br> Antisimmetrik cho'zish (n kabi )
Kenglik	</img> </br> Qaychi (d)	</img> </br> Tebranish (r)
Uzunlamasına	</img> </br> Chayqalish (ō)	</img> </br> Burish (t)

Bu raqamlar molekulaning umumiy harakatlarini muvozanatlashtirish uchun zarur bo'lgan C atomlarining " orqaga qaytishini " anglatmaydi, ammo yengilroq H atomlarining harakatlaridan ancha kichikdir.

Asosiy IQ spektroskopiya diapazonlari ro'yxati. Masalan, karboksil guruhi 1700 sm ^-1 da C = O bandini va 3500 sm ^-1 da OH bandini (umumiy guruh -COOH) o'z ichiga oladi. Sm <sup id="mwAWg">−1</sup> da keltirilgan to‘lqin raqamlari.