Phổ hồng ngoại

Ch ươ ng1.PH H NG NGO I Ổ Ồ Ạ

Infrared (IR) spectroscopy

1 C s lý thuy t: ơ ở ế

Năng l ượ ng l ượ ng t (c a photon ánh sáng) đ ử ủ ượ c xác đ nh b i ị ở công th c sau đây: ứ

h: h ng s Planck, 6.6 x 10 ằ ố -34 (J/s) c: t c đ c a ánh sáng trong chân không, 3 x 10 ố ộ ủ 10 (m/s)

λ : b ướ c sóng (m)

ν : t n s (s ầ ố -1 ho c Hz) ặ

Thông th ườ ng thì đ n v c a b ơ ị ủ ướ c sóng đ ượ c s d ng trong ph h ng ử ụ ổ ồ ngo i là µm ( 1 µm = 10 ạ - 4 cm) và thay cho t n s (Hz), ng ầ ố ườ i ta s d ng đ n ử ụ ơ

v là s sóng: ị ố

3 K t qu đ ế ả ượ c bi u di n b ng đ th c a hàm s năng l ễ ễ ằ ồ ị ủ ố ượ ng sóng đi n t đi qua ph thu c vào b ệ ừ ụ ộ ướ c sóng.Tr c hoành bi u ụ ễ

di n b ễ ướ c sóng v i đ ớ ườ ng n m ngang trên đ n v là ằ ở ơ ị µm; đ ườ ng

n m ngang d ằ ở ướ i đ n v là s sóng ( ơ ị ố cm -1 ), tr c tung là h s h p ụ ệ ố ấ

th sóng đi n t có đ n v là % ụ ệ ừ ơ ị

1 Khi phân t h p ch t h u c “va ch m” v i chùm sóng đi n t s ử ợ ấ ữ ơ ạ ớ ệ ừ ẽ

h p thu m t năng l ấ ộ ượ ng t ươ ng ng v i b ứ ớ ướ c sóng xác đ nh nào đó ị

c a tia t i và không h p thu các chùm tia có b ủ ớ ấ ướ c sóng khác

2 N u ta chi u m u ch t h u c ế ế ẫ ấ ữ ơ

m t sóng đi n t v i các b ộ ệ ừ ớ ướ c sóng

khác nhau và sau đó xác đ nh xem ị

b ướ c sóng nào b h p thu, b ị ấ ướ c

sóng nào không thì chúng ta s có ẽ

đ ượ c m t ph h p thu c a m u đó ộ ổ ấ ủ ẫ

Vùng b c x h ng ngo i (IR) là m t vùng ph b c x đi n t r ng ứ ạ ồ ạ ộ ổ ứ ạ ệ ừ ộ

n m gi a vùng trông th y và vùng vi ba; vùng này có th chia thành ằ ữ ấ ể

3 vùng nh : ỏ

- Near-IR 400-10 cm-1 (1000- 25 μm)

- Mid-IR 4000 - 400 cm -1 (25- 2,5μm)

- Far-IR 14000- 4000 cm-1 (2,5 – 0,8μm)

Ph ươ ng pháp phân tích ph h ng ngo i nói đây là vùng ph n m ổ ồ ạ ở ổ ằ trong vùng có s sóng ố 4000 - 400 cm -1

Vùng này cung c p cho ta nh ng thông tin quan tr ng v các dao ấ ữ ọ ề

đ ng c a các phân t do đó là các thông tin v c u trúc c a các ộ ủ ử ề ấ ủ

phân t ử

Đi u ki n h p th b c x h ng ngo i: ề ệ ấ ụ ứ ạ ồ ạ

Đ có th h p th b c x h ng ngo i, phân t đó ph i đáp ể ể ấ ụ ứ ạ ồ ạ ử ả

ng các yêu c u sau:

- Đ dài sóng chính xác c a b c x : m t phân t h p th b c ộ ủ ứ ạ ộ ử ấ ụ ứ

x h ng ngo i ch khi nào t n s dao đ ng t nhiên c a m t ạ ồ ạ ỉ ầ ố ộ ự ủ ộ

ph n phân t (t c là các nguyên t hay các nhóm nguyên t ầ ử ứ ử ử

t o thành phân t đó) cũng là t n s c a b c x t i ạ ử ầ ố ủ ứ ạ ớ

-M t phân t ch h p th b c x h ng ngo i khi nào s h p ộ ử ỉ ấ ụ ứ ạ ồ ạ ự ấ

th đó gây nên s bi n thiên momen l ụ ự ế ưỡ ng c c c a chúng ự ủ

L ưỡ ng c c đi n: ự ệ

M t phân t ch h p th b c x h ng ngo i khi nào s h p th đó gây nên s ộ ử ỉ ấ ụ ứ ạ ồ ạ ự ấ ụ ự

bi n thiên momen lế ưỡng c c c a chúng.ự ủ

Khi phân t lử ưỡng c c đự ược gi trong m t đi n trữ ộ ệ ường, trường đó s tác d ng các ẽ ụ

l c lên các đi n tích trong phân t - Các đi n tích ngự ệ ử ệ ược nhau s ch u các l c ẽ ị ự theo chi u ngề ược nhau, đi u đó d n đ n s tách bi t 2 c c tăng ho c gi m.ề ẫ ế ự ệ ự ặ ả

Vì đi n trệ ường c a b c x h ng ngo i làm thay đ i đ phân c c c a chúng m t ủ ứ ạ ồ ạ ổ ộ ự ủ ộ cách tu n hoàn, kho ng cách gi a các nguyên t tích đi n c a phân t cũng thay ầ ả ữ ử ệ ủ ử

đ i m t cách tu n hoàn.ổ ộ ầ

Khi các nguyên t tích đi n này dao đ ng, chúng h p th b c x h ng ngo i.ử ệ ộ ấ ụ ứ ạ ồ ạ

N u v n t c dao đ ng c a các nguyên t tích đi n trong phân t l n, s h p th ế ậ ố ộ ủ ử ệ ử ớ ự ấ ụ

b c x m nh và s có đám ph h p th m nh, ngứ ạ ạ ẽ ổ ấ ụ ạ ượ ạ ếc l i n u v n t c dao đ ng ậ ố ộ

c a các nguyên t tích đi n trong phân t nh , đám ph h p th h ng ngo i y u.ủ ử ệ ử ỏ ổ ấ ụ ồ ạ ế Theo đi u ki n này thì các ph n t có 2 nguyên t gi ng nhau s không xu t hi n ề ệ ầ ử ử ố ẽ ấ ệ

ph dao đ ng Ví d Oổ ộ ụ 2, N2 v.v… không xu t hi n ph h p th h ng ngo i Đó ấ ệ ổ ấ ụ ồ ạ cũng là m t đi u may m n, n u không ngộ ề ắ ế ười ta ph i đu i h t không khí ra kh i ả ổ ế ỏ máy quang ph k h ng ngo i ổ ế ồ ạ

Tr ng thái dao đ ng c a phân t 2 nguyên t : ạ ộ ủ ử ử

Gi s 2 nguyên t A và B tác d ng v i nhau t o thành phân t AB G i r là ả ử ử ụ ớ ạ ử ọ kho ng cách gi a hai nhân c a nguyên t A và B, r là không ph i không đ i ả ữ ủ ử ả ổ

mà nh ng đi u ki n xác đ nh s dao đ ng t giá tr nh nh t rở ữ ề ệ ị ẽ ộ ừ ị ỏ ấ min đ n giá tr ế ị

l n nh t rớ ấ max T rừ min sang rmax, r có đi qua giá tr cân b ng r(e), là giá tr có xác ị ằ ị

su t l n nh t c a r Ngấ ớ ấ ủ ười ta nói phân t AB đã th c hi n chuy n đ ng dao ừ ự ệ ể ộ

đ ng n i t i ộ ộ ạ

Khi kéo dãn AB ho c nén AB thì s có s thay đ i r cân b ng c a AB tr ng ặ ẽ ự ổ ằ ủ ở ạ thái bình thường S chênh l ch r đó g i là ∆r Lúc đó s xu t hi n 1 l c F kéo ự ệ ọ ẽ ấ ệ ự

AB v v trí cân b ng F g i là l c h i ph c và F t l v i đ d ch chuy n ∆r.ề ị ằ ọ ự ồ ụ ỷ ệ ớ ộ ị ể

F = - k ∆r (k: h ng s l c, dyn/cm)ằ ố ự

N u ∆r r t bé, chuy n đ ng dao đ ng là dao đ ng đi u hoà.ế ấ ể ộ ộ ộ ề

V m t c h c, có th coi dao đ ng c a 2 v t th A, B nh 1 kh i thu g n có ề ặ ơ ọ ể ộ ủ ậ ể ư ố ọ

kh i lố ượng m dao đ ng quanh v trí cân b ng v i t n s dao đ ng riêng là:ộ ị ằ ớ ầ ố ộ

Có th minh ho các ki u dao đ ng co giãn liên k t và dao đ ng bi n d ng c a ể ạ ể ộ ế ộ ế ạ ủ phân t nử ước theo mô hình dưới đây :

Hai nguyên t và liên k t n i chúng v i nhau đử ế ố ớ ược coi là m t dao đ ng k đ n ộ ộ ế ơ

gi n bao g m hai kh i lả ồ ố ượng liên k t v i nhau b ng m t lò xo T đ nh lu t ế ớ ằ ộ ừ ị ậ Hooke, ta có th nh n để ậ ược phương trình sau đây :

f: h ng s l c liên k t (N i đ n f = 5.10ằ ố ự ế ố ơ 5 dyn/cm; N i đôi f = 10.10ố 5 dyn/cm;

N i ba f = 15.10ố 5 dyn/cm)

mH = 1 / 6.02.1023

mC = 12 / 6.02.1023

1.2 T ươ ng quan gi a ph dao đ ng và c u trúc phân t ữ ổ ộ ấ ử

Các nhóm ch c, nhóm nguyên t và liên k t trong phân t có các ứ ử ế ử

đám ph h p th h ng ngo i đ c tr ng khác nhau ổ ấ ụ ồ ạ ặ ư

M c dù ph ặ ươ ng pháp ph dao đ ng là m t trong nh ng ph ổ ộ ộ ữ ươ ng pháp h u hi u nh t đ xác đ nh ữ ệ ấ ể ị các ch t v đ nh tính cũng nh đ nh l ấ ề ị ư ị ượ ng, đ ượ ứ c ng d ng r ng rãi trong nghiên c u khoa h c ụ ộ ứ ọ cũng nh trong ki m tra công nghi p, ph ư ể ệ ươ ng pháp này cũng có nh ng h n ch nh t đ nh ữ ạ ế ấ ị :

- B ng ph ằ ươ ng pháp ph h ng ngo i không cho bi t phân t l ổ ồ ạ ế ử ượ ng (tr tr ừ ườ ng h p đ c bi t) ợ ặ ệ

-Nói chung ph h ng ngo i không cung c p thông tin v các v trí t ổ ồ ạ ấ ề ị ươ ng đ i c a các nhóm ch c ố ủ ứ khác nhau trên m t phân t ộ ử

- Ch riêng ph h ng ngo i thì đôi khi ch a th bi t đó là ch t nguyên ch t hay ch t h n h p vì có ỉ ổ ồ ạ ư ể ế ấ ấ ấ ỗ ợ

tr ườ ng h p 2 ch t có ph h ng ngo i gi ng nhau ợ ấ ổ ồ ạ ố

1.3 ng d ng : Ứ ụ

1 Nh n bi t các ch t - Tr ậ ế ấ ướ c khi ghi ph h ng ngo i, nói chung ta đã ổ ồ ạ

có th có nhi u thông tin v h p ch t ho c h n h p c n nghiên ể ề ề ợ ấ ặ ỗ ợ ầ

c u, nh : tr ng thái v t lý, d ng bên ngoài, đ tan, đi m nóng ứ ư ạ ậ ạ ộ ể

ch y, đi m cháy ả ể

N u có th thì c n bi t ch c m u là ch t nguyên ch t hay h n h p ế ể ầ ế ắ ẫ ấ ấ ỗ ợ Sau khi ghi ph h ng ng i, n u ch t nghiên c u là h p ch t h u c ổ ồ ạ ế ấ ứ ợ ấ ữ ơ thì tr ướ c tiên nghiên c u vùng dao đ ng co giãn c a H đ xác đ nh ứ ộ ủ ể ị xem m u thu c lo i h p ch t vòng th m hay m ch th ng ho c c ẫ ộ ạ ợ ấ ơ ạ ẳ ặ ả hai Sau đó nghiên c u các vùng t n s nhóm đ xác đ nh có hay ứ ầ ố ể ị không có các nhóm ch c ứ

Trong nhi u tr ề ườ ng h p vi c đ c ph (gi i ph ) và tìm các t n s ự ệ ọ ổ ả ổ ầ ố

đ c tr ng không đ đ nh n bi t m t cách toàn di n v ch t ặ ư ủ ể ậ ế ộ ệ ề ấ nghiên c u, nh ng có l là có th suy đoán đ ứ ư ẽ ể ượ c ki u ho c lo i ể ặ ạ

h p ch t ợ ấ

2 Xác đ nh đ tinh khi t ị ộ ế

3 Phân tích đ nh l ị ượ ng.