Работа со спектром
ИК спектроскопия - один из методов прямой идентификации соединений. Чтобы получить верную информацию об объекте, необходимо правильно снять и проинтерпретировать спектр. Для этого нужно: - проанализировать предварительные данные об объекте, если таковые имеются (например, оперативные или справочные); - изучить объект визуально (невооруженным глазом и, если необходимо, с помощью микроскопии) для установления его природы и выполнения предварительного препарирования; - выбрать оптимальный способ пробоподготовки исходя их имеющихся данных и результатов микроскопического анализа; - качественно подготовить пробу; - правильно выбрать условия сканирования и зарегистрировать качественный спектр; - грамотно подобрать и применить способы интерпретации; - оценить достоверность результата, воспользовавшись литературными данными и другими доступными источниками информации. При необходимости нужно переснять спектр, по-другому подготовив пробу или изменив условия сканирования.
Снятие спектра Вспомним: В современных ИК-Фурье спектрометрах образец облучается потоком инфракрасного излучения, предварительно пропущенным через интерферометр и содержащим в своем составе полный набор длин волн в диапазоне 4000 – 400 см-1. Регистрируемая функция – интерферограмма - представляет собой сумму всех частот, кроме тех, которые поглощены образцом, и содержит полную информацию об абсорбции им излучения. Интерферограмма автоматически пересчитывается в инфракрасный спектр с помощью преобразования Фурье. В обычном воздухе, который нас окружает, содержатся только два соединения, поглощающих в среднем ИК диапазоне: Н 2 О и СО 2. Полосы паров воды и углекислого всегда есть в спектре, который мы снимаем. Для уменьшения влияния атмосферы (и/или иных факторов, например растворителей, дефектов окошек и т. п. ) перед анализом образца снимают спектр фона, который затем автоматически вычитается программным обеспечением из поглощения образца.
Получение сигнала в ИК-Фурье спектрометре
Аподизация – это математическая функция сглаживания, применяемая при преобразовании интерферограммы в спектр. Она необходима, поскольку преобразование Фурье предполагает суммирование сигнала от +∞ до -∞, а интерферометр может давать только конечные значения. Самая простая аподизация – треугольная функция сглаживания.
Другие виды аподизации • Boxcar (прямоугольная) – аналогично понятию «без аподизации» . Каждая точка «умножается на 1» . Используется для анализа в газовой фазе. • Trapezoidal (трапециедальная) • Norton-Beer Weak (слабая) • Norton-Beer Medium (средняя) • Norton-Beer Strong (сильная) • Happ-Henzel • Bessel
Преобразование Фурье (FFT, Fast Fourier Transform) • Преобразование Фурье конвертирует сигнал, который был записан в виде интенсивности как функции времени, в сигнал, представляющий интенсивность как функцию частоты. • Этот однолучевой (Single. Beam) спектр сохраняется (если он нужен как базовая линия прибора), или обрабатывается далее.
Вычитание базовой линии ratio Однолучевые (single-beam) спектры представляет количество энергии ИК излучения как функцию частоты (профиль излучения черного тела). И абсорбция образца, и вклад базовой линии прибора влияют на профиль излучения. Поэтому проводится коррекция однолучевого спектра образца (RATIO, нормирование) с помощью снятой ранее базовой линии, что позволяет скомпенсировать эти вклады (так, что они не отличаются для базовой линии и образца!). Single-Beam sample Single-Beam bacground
Преобразование шкалы (опция) В завершение полученный результат может быть умножен на 100 для получения спектра в процентах пропускания (%Т), или логарифмирован (-log 10) для получения спектра абсорбции (А). Другие методы, такие как ATR, DRIFT, PAS (Photoacoustic Spectroscopy) могут иметь похожие или иные преобразования сигналов.
• Абсорбция и пропускание логарифмической зависимостью. связаны обратной • Абсорбция, А (в старой литературе обозначалась как D), представляет собой десятичный логарифм величины, обратной пропусканию (или отрицательный десятичный логарифм пропускания): A = log 10 (1/t) = - lg(t) • Абсорбция напрямую зависит от концентрации вещества и толщины образца (оптического пути луча). • Спектры в единицах А используются для как качественного анализа (идентификации соединений), так и для количественных исследований.
• Пропускание, Т – отношение интенсивности излучения, прошедшего через образец, к интенсивности падающего на него излучения. Т = I/I 0 • Обычно Т умножается на 100 и выражается как «процент пропускания» , или %Т • Атласы спектров и таблицы полос поглощения ИК спектров обычно печатаются в %Т. • Т используется для качественного (идентификации соединений). анализа
Спектры в абсорбции и %Т
Параметры сбора данных (регистрации ИК спектров) = способность прибора воспринимать два близко расположенных пика как разные Разрешение = 1/оптическая разница хода зеркал = 1/ (2 х смещение движущегося зеркала) разрешение С увеличением Х разрешение растет (т. е. его числовое значение уменьшается). Разрешение для газов: обычно 2 и менее, для жидкостей и твердых веществ от 4 до 32.
Терминология, применяемая в ИК (по стандарту ASTM E 131) υ Длина волны, λ Волновое число, • Единица измерения длины волны в ИК области – микрометр (мкм, 10 -6 м, микрон) • Единица измерения волнового числа в ИК области – обратный сантиметр • ИК регион 2, 5 – 25 мкм • ИК регион 4000 – 400 см-1 • Приборы с солевой оптикой (призмами) имели шкалу, линейную по длинам волн • Спектрофотометры с решетками и ИК Фурье спектрометры имеют шкалу, линейную по волновым числам Перевод из волновых чисел в микроны: см-1 = 10000/мкм, мкм = 10000/см-1
ИК спектр в длинах волн ИК спектр в волновых числах
овазон Наиболее часто применяемые условия регистрации спектров Условия регистрации спектров задаются в программном обеспечении. Стандартные параметры анализа: кюветном отделении 4000 – 400 см-1 - диапазон для приборов с оптикой из селенида цинка, а также при работе с ИК микроскопом или приставкой НПВО 4000 – 650 см-1 - разрешение для конденсированных фаз (жидкости, твердые тела) обычно 4, иногда 8 см-1, реже от 16 до 2 см-1 - разрешение при работе с газами от 2 до 0, 5 (чаще - 1 см-1) - количество сканирований на разных приборах от 8 до 64 (время сканирования должно составлять 30 – 60 с), - количество сканирований при работе с приставкой или микроскопом устанавливают больше (в последнем случае от 100 до 200) - аподизация для газов – прямоугольная (boxcar), для жидкостей и твердых чаще всего треугольная.
Способы изменения соотношения S/N (сигнал/шум) в ИК-Фурье спектроскопии S/N ~ (время измерения)1/2 S/N ~ (количество сканов)1/2 S/N ~ (разрешение)-1 S/N ~ (энергия прибора) соотношение сигнал/шум пропорционально квадратному корню времени измерения. При увеличении времени сканирования (или числа сканов) шумовые характеристики спектра улучшаются, «сигнал/шум» растет. Однако с определенного момента накопление сканов перестает влиять на качество спектра, поэтому слишком большое количество сканирований бессмысленно. Соотношение сигнал/шум обратно разрешению, т. е. с ростом (с улучшением) разрешения шумовые характеристики ухудшаются, и наоборот. Чем выше энергия прибора, тем больший сигнал поступает на детектор, тем ниже шум (соотношение сигнал/шум увеличивается).
Примеры: спектры низкого и высокого качества
Качество спектра
Скачать презентацию Работа со спектром ИК спектроскопия — один
dd6f175cee13d1b54d243ba98b8a9f01.ppt