MEM 3213 Karakterizasyon Teknikleri KMB0317 1 nfrared IR

MEM 3213 Karakterizasyon Teknikleri KMB-0317 1

İnfrared (IR) Spektroskopisi ØElektromanyetik spektrumda farklı dalga boyuna ya da enerjiye sahip ışının, madde ile etkileşimi sonunda birtakım değişikliklere neden olur. ØBu enerjinin, molekülün titreşmesine neden olduğu bölgeye infrared (IR) bölgesi denmektedir. ØElektromanyetik spektrum’da infrared (IR) spektroskopisi, görünür bölge ile mikrodalga bölgesi arasında yer almaktadır. 2

İnfrared (IR) Spektroskopisi ØIR bölgesine karşılık gelen elektromanyetik ışının enerjisi, bileşiklerin atomları arasında bağ uzunluklarının ve konumlarının değişmelerine (titreşim) ve olası dönmelere neden olmaktadır. ØIR bölgesi, 0, 80 μm - 2, 50 μm; Yakın infrared (IR) bölgesi, 2, 50 μm - 25 μm; İnfrared (IR) bölgesi (Orta infrared (IR) bölgesi) ve 25 μm - 1000 μm; Uzak infrared (IR) bölgesi olmak üzere üç bölgeye ayrılır. 3

IR Bölgesinde Absorpsiyonun Temelleri ØIR bölgesindeki ışının enerjisi ile bileşikteki bağların titreşim veya dönme hareketi yapabilmesi için, bileşikteki bağların dipol momentinde bir değişme meydana gelmesi gerekmektedir. ØDiğer bir deyişle, bileşiklerin infrared bölgesinde aktif olabilmesi için polar bağlara sahip olmaları gerekir. ØBileşiği oluşturan atomların kütlelerinin farklılığı, bağların gücü ve bileşiğin geometrisi bağların polar olmasına, yani dipol momentinin farklı olmasına neden olan etkilerdir. 4

Gerilme Titreşiminin Ölçülmesi ØGerilme titreşiminin yaklaşık olarak ölçülmesi mümkündür. Gerilme titreşiminin yaklaşık olarak ölçülmesi Hook yasası ile açıklanmaktadır. Øİki atomlu bir molekül model olarak, bir yayın iki ucuna bağlı kütle içeren sisteme benzetilerek açıklanır. ØBu yay, iki taraftan çekilip bırakıldığı zaman basit harmonik hareket denen titreşim hareketi yapar. Titreşim hareketi yayın iki ucundaki kütlelere bağlı olarak değişir. Øİki atomlu molekül de enerji absorpladığında basit harmonik hareket denen titreşme hareketi yapar. 5

IR Bölgesinde Titreşim Türleri ØMoleküler titreşim hareketi; 1. Gerilme titreşimi 2. Eğilme titreşimi olmak üzere iki türlüdür ØGerilme ve eğilme titreşim hareketleri aslında molekülün yapısındaki bağ uzunluklarının (gerilme titreşimi) ve molekülün yapısındaki bağ açılarının değişmesidir (eğilme titreşimi). ØGerilme titreşimi, iki atom arasındaki bağ ekseni boyunca atomlar arasındaki uzaklığın sürekli değişmesi hareketidir. ØEğilme titreşimleri ise iki bağ arasındaki açının sürekli değişmesi hareketidir. 6

IR Bölgesinde Titreşim Türleri ØGerilme titreşimi, simetrik gerilme (bağ boyunca) ve asimetrik gerilme (bağ boyunca) olmak üzere ikiye ve Eğilme titreşimi de düzlem içi (Makaslama ve sallanma) ve düzlem dışı (Burkulma (burulma) ve Salınma (dalgalanma)) olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. 7

İnfrared Absorpsiyon Bölgeleri Genel olarak bağın yapısı ile bağ enerjisi ve titreşim frekansı arasındaki ilişki. 8

İnfrared Absorpsiyon Bölgeleri tüm bağ ve atom çiftleri için şu genellemeler yapılabilir; ØAtom ağırlığı arttıkça titreşim frekansı azalır, ØAtom ağırlığı azaldıkça titreşim frekansı artar, ØBağ kuvveti arttıkça titreşim frekansı artar, ØBağ kuvveti azaldıkça titreşim frekansı azalır. 9

10

IR Bölgesinde Absorpsiyonu Etkileyen Faktörler IR bölgesinde absorpsiyon “Molekül içi” ve “Molekül dışı” olmak üzere iki faktör tarafından etkilenir: 1. Molekül içi etkiler ØHidrojen bağı etkileşimi ØBant yarılması ØFonksiyonlu grupların etkileşimi Øİndüktif ve mezomerik etkiler ØKonjugasyon etkisi ØHalka büyüklüğünün etkisi 2. Molekül dışı etkiler 11

IR Bölgesinde Absorpsiyonu Etkileyen Faktörler – Hidrojen Bağı Organik bileşiklerde, heteroatom bağlı hidrojen (X-H, X (heteroatom) = O, N, S, halojenler) içeren fonksiyonel grup ile ortaklanmamış elektrona sahip diğer (X(heteroatom) = O, N, S, halojenler) bir heteroatom içeren fonksiyonel grup arasında hidrojen bağı oluşur (X-H-X). 12

IR Bölgesinde Absorpsiyonu Etkileyen Faktörler – Bant Yarılması Bant yarılması, tüm özellikleri aynı olan iki bağa (veya gruba) sahip bileşiklerde gözlenir ( CH 2 , NH 2, NO 2, SO 2). Bu tür sistemlerde aynı özelliğe sahip iki bağın temel titreşimi eşleşerek bant yarılması gerçekleşir ve aşağıda verildiği gibi iki pik halinde gözlenir. 13

IR Bölgesinde Absorpsiyonu Etkileyen Faktörler – Fonksiyonlu Grupların Etkileşimi 14

IR Bölgesinde Absorpsiyonu Etkileyen Faktörler – Konjugasyon Etkisi Konjugasyon etkisi, çift bağlı sistemlerde bağı oluşturan elektronların delokalize olması sonucu gerçekleşen etkidir. 15

IR Bölgesinde Absorpsiyonu Etkileyen Faktörler – Halka Büyüklüğünün Etkisi 16

IR Bölgesinde Absorpsiyonu Etkileyen Faktörler – Molekül Dışı Etkiler Øİnfrared bölgesinde spektrum alma tekniklerinde dikkat edilmesi gereken durumlar aslında molekül dışı etkilerdir. ØBu etkiler nem, numunenin uygun yöntemlere göre hazırlanması ve çözücü seçimi gibi etkilerdir. ØMolekül dışı etkiler spektrumun hatalı olmasına, sonuçların hatalı değerlendirilmesine veya yorum yapılamamasına neden olur. 17

İNFRARED SPEKTROMETRE CİHAZI İnfrared spektrometre cihazının genel bileşenleri Øışık kaynağı, Ømonokromatör, Ødedektör, Ø kaydedicidir. 18

İNFRARED BÖLGESİNDE SPEKTRUM ALMA TEKNİKLERİ IR spektroskopisinde, gaz, katı (KBr tablet hazırlama, pasta (mull) hazırlama, ve KBr tableti üzerinde katı film oluşturulması, sıvı ve çözeltilerde, ayrıca ATR yöntemi uygulanarak maddenin değişik fazda spektrumu alınabilir. 19

İNFRARED BÖLGESİNDE SPEKTRUM ALMA TEKNİKLERİ-Gaz Maddeler Gazların infrared spektrumlarının ölçümleri, ışık yolu özel olarak infrared bölgede geçirgen olan malzemeden yapılmış silindir biçimindeki kaplarda gerçekleştirilir. 20

İNFRARED BÖLGESİNDE SPEKTRUM ALMA TEKNİKLERİ-Katı maddeler ØKBr Tableti hazırlama ØPasta (mull) hazırlama ØTablet üzerinde katı film oluşturulması 21

İNFRARED BÖLGESİNDE SPEKTRUM ALMA TEKNİKLERİ-Sıvı Maddeler Sıvının saf halde spektrumu alınacaksa tuz diskleri arasına saf sıvı homojen olacak şekilde damlatılır. Düzenek bileştirilerek cihazdaki yerine takılarak spektrumu alınır. 22

İNFRARED BÖLGESİNDE SPEKTRUM ALMA TEKNİKLERİ-ATR (Attenuated Total Reşectance) yöntemi, diğer yöntemlerin uygulanamadığı ve incelenecek numunenin yapısı gereği belli bir kalınlıkta incelenmesi gereken durumlarda uygulanır. 23

24

25

26

27

28

Enstrümantal Analiz İlkeleri, Douglas A. Skoog, Timothy A. Nieman, F. James Holler 29