Johdatusta FT-IR spektroskopiaan (Fourier Transform Infrared) Timo Tuomi Eila Hämäläinen. LUMA-koulutus 15.1.2015



Samankaltaiset tiedostot
Infrapunaspektroskopiaa - Lisää IR-spektrien tulkintaa

Tikkurila-opisto Rakennusmaalauksen suunnittelu. Vanhojen maalipintojen analysoinnista Tutkimuspäällikkö Jukka Järvinen

Infrapunaspektroskopia

Infrapunaspektroskopia

Spektrofotometria ja spektroskopia

ROMUMETALLIA OSTAMASSA (OSA 1)

MAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1)

INFRAPUNASPEKTROMETRIA

Työn tavoitteita. 1 Teoriaa

Mikroskooppisten kohteiden

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Limsan sokeripitoisuus

Valon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

ORGAANINEN KEMIA. = kemian osa-alue, joka tutkii hiilen yhdisteitä KPL 1. HIILI JA RAAKAÖLJY

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Orgaanisten yhdisteiden rakenne ja ominaisuudet

Workshopin sisältö. Erilaisia tehtäväasetelmia spektroskopian opiskeluun

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin.

3. Optiikka. 1. Geometrinen optiikka. 2. Aalto-optiikka. 3. Stokesin parametrit. 4. Perussuureita. 5. Kuvausvirheet. 6. Optiikan suunnittelu

2. Alkaanit. Suoraketjuiset alkaanit: etuliite+aani Metaani, etaani... Dekaani (10), undekaani, dodekaani, tridekaani, tetradekaani, pentadekaani..

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

The acquisition of science competencies using ICT real time experiments COMBLAB. Kasvihuoneongelma. Valon ja aineen vuorovaikutus. Liian tavallinen!

FTIR-SPEKTROSKOPIA KASVIUUTTEIDEN ANALYSOINNISSA

Aikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

25 INTERFEROMETRI 25.1 Johdanto

FTIR 1. laskuharjoitus kevät 2009

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Hydrologia. Säteilyn jako aallonpituuden avulla

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Interferenssi. Luku 35. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

IR-LÄMPÖMITTARIT. Infra-punasäteily. Kollimoitu ja fokusoitu säde. Sähkömagneettinen säteily

Optiset vedenlaadun kenttämittaukset

Kuva 1. Valon polarisoituminen. P = polarisaattori, A = analysaattori (kierrettävä).

ALKOHOLIPITOISUUDEN MÄÄRITYS OLUESTA KAASUKROMATOGRAFIL- LA

Kemia s10 Ratkaisut. b) Kloorin hapetusluvun muutos: +VII I, Hapen hapetusluvun muutos: II 0. c) n(liclo 4 ) = =

Valon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen

Tehtävä 1. Valitse seuraavista vaihtoehdoista oikea ja merkitse kirjain alla olevaan taulukkoon

Kohina. Havaittujen fotonien statistinen virhe on kääntäen verrannollinen havaittujen fotonien lukumäärän N neliö juureen ( T 1/ N)

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Kondensaatio ja hydrolyysi

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA OSA 1

Lue jäljempänä oleva ohje synteesikaavakkeen täyttäminen. Synteesikaavakkeita voi tulostaa Nettilabrasta.

Essee Laserista. Laatija - Pasi Vähämartti. Vuosikurssi - IST4SE

Lämpö- eli termokemiaa

pääkiertoakseli #$%%ä 2C 2 C 2!"

Online DGA mittausteknologiat. Vaisala

ALKOHOLIT SEKAISIN KOHDERYHMÄ:

Numeeriset menetelmät

FTIR-LAITTEISTON ATR-MENETELMÄ POLYMEERIEN ANALYSOINNISSA

JÄTEHUOLLON ERIKOISTYÖ

5. Optiikka. Havaitsevan tähtitieteen pk I, luento 5, Kalvot: Jyri Näränen ja Thomas Hackman. HTTPK I, kevät 2012, luento 5

Ilmiö 7-9 Kemia OPS 2016

KOMISSION ASETUS (EY)

Spektroskopiaa IR, NMR ja MS

KE Orgaaninen kemia 1

Kemian perusteet farmasiassa osa II: orgaaniset yhdisteet/tapio Nevalainen Loppukuulustelu b) ketoni

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

Helsingin yliopisto/tampereen yliopisto Henkilötunnus - Biokemian/bioteknologian valintakoe Etunimet Tehtävä 5 Pisteet / 20

EPIONEN Kemia EPIONEN Kemia 2015

Sisä- ja ulkoilman olosuhteet mittausten aikana olivat seuraavat:

Ohjeita opettajille ja odotetut tulokset

LIIAN TAIPUISA MUOVI TAUSTAA

Isomerian lajit. Rakenne- eli konstituutioisomeria. Avaruus- eli stereoisomeria. Ketjuisomeria Funktioisomeria Paikkaisomeria

Liitännät ja lisälaitteet

6 GEOMETRISTA OPTIIKKAA

Kaasumittaukset jatkuvatoimiset menetelmät 1. Näytteenotto 1 Näytteenottolinja

Väittämä Oikein Väärin. 1 Pelkistin ottaa vastaan elektroneja. x. 2 Tyydyttynyt yhdiste sisältää kaksoissidoksen. x

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

Liitteenä tilakohtainen dokumentti yhdisteiden pitoisuuksista.

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

Kosteusmittausten haasteet

Kuten aaltoliikkeen heijastuminen, niin myös taittuminen voidaan selittää Huygensin periaatteen avulla.

12. Amiinit. Ammoniakki 1 amiini 2 amiini 3 amiini kvarternäärinen ammoniumioni

Näytteen ottaja Pesonen Riikka, MetropoliLab Oy / Ulla Lignell. Liitteenä tilakohtainen dokumentti yhdisteiden pitoisuuksista.

ATR-ANALYSAATTORI RAAKA-AINEEN LAADUNVARMISTUKSESSA

EPMAn tarjoamat analyysimahdollisuudet

OPTISET KUIDUT. KEMIA JA YMPÄRISTÖ Jesse Peurala ja Reijo Tolonen ja TP05S, ryhmä C

Ohjeita opettamiseen ja odotettavissa olevat tulokset SIVU 1

1 Johdanto (1) missä 0 on. interferenssi. mittauksen tarkkuudeksi Δ

eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät Luento 2, : Ilmakehän vaikutus havaintoihin Luennoitsija: Jyri Näränen

Lataa Fourier transform infrared characterization of fully hydrate - Timo Lotta. Lataa

Trigonometriset funktiot 1/7 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Optiikka. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka kevät 2017

TERVEYDEN BIOTIETEIDEN Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA. Kemian kuulustelu klo 12.

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

Emissiomittaukset lattiapinnoitteesta kohteessa Kullasvuoreen koulu, Padasjoki

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

PIXE:n hyödyntäminen materiaalitutkimuksessa

Transkriptio:

Johdatusta FT-IR spektroskopiaan (Fourier Transform Infrared) Timo Tuomi Eila Hämäläinen LUMA-koulutus 15.1.2015

Historiaa Jean Baptiste Joseph Fourier Albert Abraham Michelson 21.3. 1768 16.5.1830 *Ranskalainen matemaatikko, joka kehitti Fourier-sarjan *Fourier'n sarja on tapa esittää jaksollinen funktio trigonometristen sini- ja kosinifunktioiden avulla eli sarjakehitelmänä. 19.12.1852 9.5.1931 *Saksalais-amerikkalainen fyysikko, joka sai Nobelin fysiikanpalkinnon ansioistaan tarkkojen optisten instrumenttien kehityksestä sekä näillä suoritetuista valon spektrin tutkimuksista

Sähkömagneettinen säteily

IR-spektri syntyy säteilyn ja aineen välisestä vuorovaikutuksesta Edellyttää dipolimomentin muutosta esim. vesi Symmetrinen ja epäsymmetrinen venytys Saksivärähdys

Veden (neste) IR-spektri 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Tranmissio [%] 3500 3000 2500 Aaltoluku cm-1 2000 1500

Heksaani Enemmän kuin 50 värähdystä Transmissio [%] 20 40 60 80 100 C-H venytysvärähdykset C-H deformaatiovärähdykset 4000 3500 3000 2500 Aaltoluku cm-1 2000 1500 1000

IR-spektrin periaate: Säteilyn ja aineen välinen vuorovaikutus

IR-laite IR-säde heijastuu säteenjakajan kautta kiinteälle peilille (50%) sekä liikkuvalle peilille (50%) Peileiltä heijastuneet säteet kootaan yhteen, ja cosiniaallon muotoinen moduloitu sädekimppu menee näytteen kautta detektorille Sädekimpusta absorboituu näytteelle tyypilliset aallonpituudet Detektori havaitsee jäljelle jääneen sähköisen signaalin l. interferogrammin Valolähde Resultanttiaalto Liikkuva peili Näyte Detektori ja interferogrammi FFT Säteenjakaja Signaali digitoidaan ja siitä tehdään Fourier-muunnos (FFT) ja tuloksena on IR-spektri Kiinteä peili

FTIR-spektrometri (ATR on yksi monista IR-mittausmenetelmistä) Ennen mittausta ajetaan taus- taspektri esim. ilma. Lopullinen spektri on näytteen ja taustan spektrien suhde ATR-lisälaitteella varustetun FTIR-spektrometrin (Fourier-muunnosinfrapunaspektros- kopia) käyttö ei edellytä juuri näytteen valmistusta ja siksi mittaaminen on helppoa

ATR-menetelmä = Attenuated total reflection =vaimennettu kokonaisheijastus 1. IR-säteily tunkeutuu pienen matkaa näytteeseen (absorptio) 2. Kide heijastaa jäljelle jääneen säteilyn detektorille 3. Transmittanssi-% kertoo, kuinka monta prosenttia säteilystä pääsee läpi. 4. Absorptio nähdään spektrissä piikkinä kyseistä energiaa vastaavalla aaltolukualueella. Näyte ATR-kide Näyte dsyvyys 2 2 n (sin n λ= aallonpituus n p = ATR-kiteen taitekerroin = säteen tulokulma kiteelle n sp = taitekertoimien suhde näyte / ATR-kide 2 1/ 2 p sp) Taitekerroin n 1 > n 2 n 2 n 1 ATR-kide

0 20 40 60 80 100 Transmittance [%] Transmittanssi (T)< - >Absorbanssi (A) - Miksi? Spektrin absorbanssimuoto antaa enemmän tietoa itse näyteestä. 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Absorbance Units Transmittanssi T = I / I o I = näytteen läpi päässeen säteilyn intensiteetti I o = alkuperäinen intensiteetti Absorbanssi Lambert-Beerin laki: A = -log (I / I o ) A = c b = moolinen absorptiokerroin (aineelle ominainen) c = konsentraatio b = valotien pituus 6000 5000 4000 Aaltoluku cm-1 3000 2000 1000 6000 5000 4000 Aaltoluku cm-1 3000 2000 1000

Kuten sormenjälki Jokaisella molekyylillä on oma infrapunaspektrinsä

Tulkintaprosessi... Spektristä selvitetään ns. pääpiikit Historiallisista syistä useimmiten T%-muodossa Tulkinnassa katsotaan yleensä aluksi kahta aluetta Funktionaalisten ryhmien juovat (>1400 cm -1 ) Sormenjälkialue (< 1400 cm -1 ) Hahmotellaan mahdollista rakennetta Vertaillaan spektrikirjastoihin Hyödynnetään muut tiedot aineesta (olomuoto, sp, kp ) Funktionaaliset ryhmät 3500 3000 2500 2000 1500 Aaltoluku (cm -1 ) Sormenjälkialue 1000

Orgaanisten yhdisteryhmien IR-absorptioita

Tärkeimmät funktionaaliset ryhmät Alkaanit (tyydytetyt CH 2 & CH 3 ) Olefiinit (Alkeenit - C=C-H 2 ) Alkyynit (C=C-H) Aromaatit Karbonyyli (C=O) Aldehyde/Ketone Esteri, Eetteri, & Anhydridi (C-O) Alkoholit (C-OH) 1760 1665 (s) 1760 1690 (s) 1750 1735 (s) 1740 1720 (s) 1730 1715 (s) C=O stretch C=O stretch C=O stretch C=O stretch C=O stretch 1715 (s) C=O stretch carbonyls (general) carboxylic acids esters, saturated aliphatic aldehydes, saturated aliphatic alpha,beta unsaturated esters ketones, saturated aliphatic Amidit & Amiinit (N-H) 1710 1665 (s) C=O stretch alpha,beta unsaturated aldehydes, ketones

Etyyliasetaatin tyypillisiä värähtelyjä CH-venytys, CH-taivutus, C=O venytys

3465.68 2985.56 2942.08 2909.54 1742.60 1447.72 1374.19 1242.48 1098.32 1047.79 938.36 847.66 786.45 Transmittance [%] 0 20 40 60 80 100 CH-venytys 2800-3100cm -1 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber cm-1 C:\Program Files\OPUS65\search\Entry052.0 Page 1/1

3465.68 2985.56 2942.08 2909.54 1742.60 1447.72 1374.19 1242.48 1098.32 1047.79 938.36 847.66 786.45 Transmittance [%] 0 20 40 60 80 100 C=O venytys 1742 cm -1 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber cm-1 C:\Program Files\OPUS65\search\Entry052.0 Page 1/1

3465.68 2985.56 2942.08 2909.54 1742.60 1447.72 1374.19 1242.48 1098.32 1047.79 938.36 847.66 786.45 Transmittance [%] 0 20 40 60 80 100 Asetaattien C-C-O- absorboi n. 1240 cm -1 Epäsymmetrinen venytys; Esteri-sidos C-O 1300 1000 cm -1 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber cm-1 C:\Program Files\OPUS65\search\Entry052.0 Page 1/1

2968.56 2939.68 2878.73 2668.84 1710.97 1460.35 1414.06 1382.80 1282.52 1220.59 1096.62 937.43 884.25 777.19 625.16 489.04 Transmittance [%] 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Rasvahapot Voihappo CH 3 CH 2 CH 2 C = O OH O H venytys 3300-2500 cm -1 C=O venytys 1760-1690 cm -1 C H venytys 3100-2800 cm -1 O H taivutus 1440-1395 ja 950-910 cm -1 CH 3 -taivutus 1380 cm -1 3500 3000 2500 2000 Wavenumber cm-1 1500 1000 500 F:\Hollolan lukio\butyric ACID, 99+%.SPA BUTYRIC ACID, 99+% Aldrich Catalog No: B10350-0 CAS Number: 107-92-6 Molecular Formula: C4H8O Page 1/1

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Ns. Synteettinen mineraaliöljy Shell Helix Ultra 5-W40 3500 3000 2500 2000 Wavenumber cm-1 1500 1000 500 C:\Program Files\OPUS65\Data\Alpha data\öljyt\shell Helix Ultra 5-W40.0 Shell Helix Ultra 5-W40 Instrument type and / or accessory 05/02/2008 Page 1/1

Kiitos!

Aineiden teoreettiset arvot Etanoli Mentoli 8 erilaista ste- reoisomeeriä Kiehumispiste 78,37 C Sulamispiste 36-38 C, raseeminen 42-45 C, (-)-muoto l. levomentoli, (luonnossa) Liukenee hyvin etanoliin