Quang pho hong ngoai

1
Quang phổ hồng ngoại
MỤC TIÊU:
- Trình bày được các kiến thức cơ bản về lĩnh vực quang
phổ IR
- Đọc được phổ IR và trình bày các ứng dụng của quang
phổ IR trong lãnh vực Dược

2
Quang phổ hồng ngoại
NỘI DUNG:
1/ Phạm vi phân vùng phổ IR
2/ Sự hấp thu ánh sáng IR
3/ Các kiểu dao động của phân tử
4/ Cấu hình máy quang phổ IR
5/ Biện giải phổ IR
6/ Ứng dụng của phổ IR
7/ Chuẩn bị mẫu đo phổ IR
Thời lượng: 4 tiết (2 buổi)

QUANG PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN
3
1. Phân vùng phổ điện từ
  *  *
Robert Heintz, Ph.D.
200 800 2.500  (nm)
Vis IR

QUANG PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN
4
1. Phạm vi phổ IR
2,5
μm
IR cơ bản
IR gần IR xa
Kích thước của sơi lông, tóc: 50 mm
http://www.wikipedia.com

5
 Anh sáng vùng hồng ngọai
không được nhìn thấy bởi
mắt người, không bị khuếch
tán bởi hơi nước trong không
khí.
http://www.wikipedia.com oC = (oF – 32).10/18 oF = (oC.18/10) + 32

QUANG PHỔ HẤP THU
(Absorption spectrophotometry)
8
PHÂN TỬ
HẤP THU PHÁT XẠ
UV-VIS F.S
I.R

QUANG PHỔ HẤP THU
(Absorption spectrophotometry)
9
CH3CH2CH2CH3
E > E

QUANG PHOÅ HAÁP THU HOÀNG NGOÏAI
10
• Phổ dao động - quay của các nhóm chức có
trong phân tử.
• Hình dạng phổ đa dạng và đặc trưng hơn so
với hình dạng của phổ HT tử ngọai







.
.
.
.
1
.
C
h
C
h
h
E
C






PHẠM VI PHỔ HỒNG NGỌAI
11
 Vùng IR gần:  = 780 nm – 2.500 nm
(0,78 mm - 2,5 mm)

 Vùng IR cơ bản:  = 2.500 nm – 25.000 nm
(2,5 mm - 25 mm)
= 4.000 - 400 cm-1
(0,3 – 12 kcal/mol )
 Vùng IR xa:  > 25 mm – vi sóng
(0,03 – 0,3 kcal/mol)

12
NĂNG LƯỢNG CỦA PHÂN TỬ
• Năng lượng quay (Er): từ 0,03 – 0,3
kcal/mol, kích thích phân tử quay, ứng với
bức xạ trong vùng vi sóng và IR xa. Sự hấp
thu của phân tử trong vùng này cho phổ quay
thuần túy, gồm các vạch rất gần nhau, mỗi
vạch có tần số xác định:
r = Er / h
E = Et + Er + Ev + Ee

13
 Năng lượng dao động (Ev) : từ 0,3 – 12 kcal/mol,
kích thích phân tử dao động, ứng với bức xạ trong
vùng IR gần và IR cơ bản. Sự hấp thu của phân tử
trong vùng này cho phổ dao động – quay. Phổ dao
động – quay là những đám vạch do có sự chồng phổ
dao động và phổ quay, mỗi đám vạch có tần số xác
định: n = nr + nv = (EV + Er) / h
• Năng lượng điện tử (Ee): ứng với năng lượng của bức
xạ vùng UV-VIS.
NĂNG LƯỢNG CỦA PHÂN TỬ
E = Et + Er + Ev + Ee

14
CÁC KIỂU DAO ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ
Dao động cơ bản Dao động nhóm
Phân tử có N nguyên tử = 3N - 6
Phân tử thẳng hàng = 3N - 5
dao động co giãn dao động biến dạng
Một nhóm chức
có thể có rất
nhiều kiểu dao
động, mỗi kiểu
dao động sẽ cho
1 đỉnh hấp thu
trong phổ IR
s as ip op
Stretching () Deformation () Bending
Một nhóm chức
có nhiều đỉnh hấp
thu trong phổ IR
E > E

15
Kieå
u dao ñoä
ng Kyù
hieä
u Phoå
kích thích dao ñoä
ng
IR Raman
CO2
s - +
as 2349 cm-1
-
 667 cm-1
-
H2O
s 3652 cm-1
+
 1596 cm-1
+
as 3756 cm-1
+
-CH2
s 2860 cm-1
+
as 2940 cm-1
+

16
Dao động của CO2 : 2349, 667 cm-1
Dao động của H2O : 3756, 3652, 1596 cm-1

Đối xứng Bất đối xứng Cắt kéo
Rock Vẫy Twist
17
http://www.wikipedia.com/infrared/stretching

ĐIỀU KIỆU HẤP THU TRONG VÙNG HỒNG NGỌAI
18
 Các phân tử bất đối xứng.
 Các phân tử nhiều nguyên tử.
 Các phân tử nhỏ và các phân tử có nguyên tử xếp thẳng
hàng do có tính đối xứng nên không có hấp thu trong vùng IR
như N2 , Cl2 , CS2 , CCl4 không hấp thu ánh sáng hồng ngoại
Các phân tử có sự thay đổi momen lưỡng cực sẽ hấp thu tia IR

PHỔ IR – BIỆN GIẢI PHỔ IR
19
Phổ IR là tập hợp các vân phổ biểu diễn sự phụ thuộc độ
truyền qua T% vào số sóng
1. Máy quang phổ hồng ngoại thông thường: cường độ của
vân phổ ít được xem xét như là giá trị định lượng mà chỉ
được xem như giá trị ước lượng trong định tính với ba
mức độ: mạnh (m), trung bình (tb) và yếu (y)
2. Máy quang phổ hồng ngọai biến đổi Fourrier (FT-IR): độ
chính xác của giá trị độ truyền qua T% (hay nói cách
khác là độ hấp thu) là rất cao, do đó cường độ của vân
phổ được xem xét như là giá trị định lượng
3. Máy QP FTIR đo phản xạ khuếch tán dùng cho các chất
rắn, lớp phim, bột nhão …

 
(
f
T

1/ MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC
20
(1) Đèn nguồn bức xạ tia IR.
(2) a_ mẫu đo; b_ mẫu chuẩn so sánh
(3) Bộ tạo đơn sắc: lăng kính hay cách tử
(đặt trong buồng tối).
(4) Bộ phận phát hiện: cảm ứng nhiệt
(5) Khuếch đại tín hiệu
(6) Bộ ghi tín hiệu

21
(1) Đèn nguồn
• Đèn Nernst: là ống dài 2-5 cm, f = 1-3 mm, bằng oxid đất
hiếm như oxid zirconium (ZrO2) và oxid yttrium (Y2O3) được
đốt nóng bằng điện trở đến 1.800 oK (~1.500 oC).
• Đèn Globar: là ống dài 4-6 cm, f = 4-6 mm làm bằng carbur
silic được đốt nóng bằng điện trở đến 1300 oC.
• Hiện nay còn dùng đèn Ni-Cr đốt nóng đến 800 oC
MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI TÁN SẮC

22
(3) Bộ tạo đơn sắc

23

24

25
(3) Hệ thống quang học
 Gương phản xa, gương quay bán trong suốt (để ngắt tia sáng từ
nguồn qua mẫu đo và mẫu so sánh theo chu kỳ quay) và lăng kính
hay cách tử phản xa.
 Lăng kính chế tạo từ những tinh thể muối như LiF, CaF2, KBr,
NaCl. Các lăng kính này dễ hút ẩm nên buồng tối phải được bảo
quản khô tuyệt đối.
 Cách tử (3) có số vạch từ 20-300 vạch /mm.

26
(5) Bộ phận phát hiện
Bộ phận phát hiện cảm ứng nhiệt như: cặp nhiệt điện hoặc
các pin nhiệt – điện, chuyển đổi tín hiệu quang năng (tia IR
chưa bị hấp thu và đã bị hấp thu) thành tính hiệu điện năng,
sau đó được khuếch đại và tác động lên bộ ghi tín hiệu để
nhận được phổ hồng ngoại.
Máy thường được kiểm tra số sóng và độ phân giải bằng
màng polystyren .

2/ MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER
27
(1) Nguồn sáng: đèn Nersnt,
đèn globar
(2), (3), (4) – Giao thoa kế
Michelson
(5) Mẫu đo
(6) Bộ phận phát hiện: tế bào
quang điện gồm các bán
dẫn Deuterium Triglycin
Sulfat (DTGS) hoặc
(7) Máy tính chuyển đổi
Fourrier
(8) Máy ghi hay máy in
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(8)
(7)

MAÙY QUANG PHOÅ HOÀNG NGOAÏI BIEÁN ÑOÅI FOURRIER
28
MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI FOURRIER
Tia laser Giao thoa kế
Đèn IR
Buồng đo
mẫu

29
Giao thoa kế Michelson
gương cố định (2), gương di động (3), bộ tách quang quay theo
chu kỳ (4). Bộ tách quang được chế tạo bằng những tinh thể muối
khác nhau tùy vùng hồng ngoại. Trong vùng IR cơ bản (4000 – 400
cm-1) dùng bộ tách quang bằng KBr phủ một lớp Ge
(2)
(3)
(4)
(2)
(3)
(4)
Gương cố định
Gương di động
Bộ tách quang
Đèn nguồn IR
Mẫu đo
Detector

30
Bộ tách quang (4) tách chùm bức xạ IR thành 2 tia có cường độ I bằng
nhau:
• Tia 1 (BF) là tia sáng từ bộ tách quang đến gương cố định phản xạ
lại, đến bộ tách quang rồi đi qua mẫu
• Tia 2 (BM) là tia sáng từ bộ tách quang đến gương di động phản xạ
lại, đến bộ tách quang rồi đi qua mẫu.
Giao thoa cộng

31
Giao thoa một
phần (gương di
chuyển 1/8 ,
chênh lệch
đường đi 1/4 )
1/8 
Bộ tách quang (4) tách chùm bức xạ IR thành 2 tia có cường độ I bằng
nhau:
• Tia 1 (BF) là tia sáng từ bộ tách quang đến gương cố định phản xạ
lại, đến bộ tách quang rồi đi qua mẫu
• Tia 2 (BM) là tia sáng từ bộ tách quang đến gương di động phản xạ
lại, đến bộ tách quang rồi đi qua mẫu.

32
Hai tia này đi qua mẫu đo có thời gian trễ khác nhau do quãng đường
đi khác nhau nên sóng giao thoa có cường độ thay đổi theo thời gian
di động. Gương di động là 0,1 giây / 1 chu kỳ thì toàn bộ các tia giao
thoa có tần số khác nhau trong vùng phổ đi ra khỏi giao thoa kế.
Giao thoa một
phần ((gương di
chuyển 1/4 ,
chênh lệch
đường đi 1/2 )
1/4 

33
Giao thoa cộng Giao thoa trừ
Giao thoa một phần

34
Tổng hợp của từng sóng giao thoa có tần số khác nhau tạo thành
GIAO THOA ĐỒ (được ghi nhận bởi máy tính)

MAÙY QUANG PHOÅ HOÀNG NGOAÏI BIEÁN ÑOÅI FOURRIER
35
Tổng hợp của từng phổ dao động của sóng giao thoa tạo thành giao
thoa đồ ( phần mềm biến đổi Fourrier)
GIAO THOA ĐỒ qua phần mềm biến đổi Fourrier tạo thành phổ FTIR
I = f(d-1)
FT

 
(
f
I

36
T%

(KBr + mẫu thử)
Background (không khí)
Khác nhau = có sự hấp thu
Khác
nhau
Ánh sáng chiếu tới Ánh sáng truyền qua

37
SO SÁNH

SO SAÙNH
38
Ñeøn nguoàn
Maãu
Boä taïo AS ñôn saéc
Detector
IR TAÙN SAÉC
BP khueách ñaïi
Ghi phoå
Ñeøn nguoàn
Giao thoa keá
Maãu
Detector
FTIR
Computer
Ghi phoå
SO SÁNH
MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI

39
IR TÁN SẮC
• Đo mỗi tần số ở mỗi
thời điểm khác nhau
(thời gian đo phổ kéo
dài hàng phút)
• Hệ thống cơ học phức
tạp
• Hạn chế về độ nhạy
• Yêu cầu có chuẩn
ngoại
• Chịu ảnh hưởng của
ánh sáng lạc
FT-IR
• Tất cả các tần số được
đo cùng một lúc (thời
gian đo phổ nhanh)
• Tốc độ,độ phân giải
cao, độ nhạy tăng hơn
so với máy quang phổ
tán sắc.
• Không bị ảnh hưởng
bởi ánh sáng lạc
• Ngày càng được dùng
rộng rãi trong các PTN
SO SÁNH
MÁY QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI

MÁY GC - FTIR
40
 Do đặc điểm quét phổ hồng ngoại rất nhanh của giao thoa kế
Michelson qua biến đổi Fourrier, người ta dùng máy FTIR như 1
detector của máy SK khí nhằm định tính thành phần khí tách ra từ
cột SK trong máy SK khí

41
Thế hệ mới: đo trực tiếp không cần dập viên (chất rắn),
không cần pha loãng (chất lỏng)
3/ MÁY QP FTIR ĐO PHẢN XẠ KHUẾCH TÁN

CHUẨN BỊ MẪU ĐO
42
1/ Mẫu rắn
• Kỹ thuật sandwich: trộn mẫu rắn với dầu parafin
(nujol) thành bùn nhão và ép vào giữa hai bản mỏng
KBr. Phổ sẽ có các đỉnh hấp thu của –C-C- và –C-H- ở
2950, 2850, 1450 và 1350 cm-1. Để loại những đỉnh này
có thể thay parafin bằng hexaclor-butadien
• Kỹ thuật viên nén KBr: trộn đều mẫu đo với KBr theo
tỉ lệ ~ 1/10 – 1/100 (tính theo mg) trên cối đá mã não. Ep
thành viên nén có độ dày 0,1 mm trên máy nén thủy lực
có bộ phận hút chân không để loại bọt khí

CHUAÅN BÒ MAÃU ÑO
43

44
Đá mã não (đá agate) có thành
phần chính là SiO2, độ cứng 7.
Cuvette dùng đo mẫu
kiểu sandwich và
mẫu lỏng.

45
2. Mẫu lỏng
Cốc đo là 2 tấm KBr làm cửa sổ với các vòng đệm là nhựa Teflon
bền trong dung môi. Mẫu lỏng được nạp vào cốc đo như 1 lớp phim
mỏng kẹp ở giữa có bề dày ~ 0,05 mm.
Có thể hòa tan mẫu lỏng thành dung dịch loãng với dung môi tuyệt
đối khan nước và không hấp thu trong vùng khảo sát (như CCl4,
CS2).

46
3. Mẫu khí
Dùng cốc đo bằng KBr có bộ
phân hút chân không với
chiều dài chứa lớp khí là 10
cm cùng các gương phản
chiếu bên trong cốc đo để
phản xạ nhiều lần ánh sáng
IR đi qua mẫu (với mục đích
gia tăng đường đi của ánh
sáng IR qua mẫu khí vì nồng
độ các phân tử ở dạng khí
rất loãng) .

47
CHUẨN HÓA MÁY QUANG PHỔ iR
Độ phân giải của thang T%:
- Hiệu số giữa T(2870 cm-1) và T(2851 cm-1) phải lớn hơn 18.
- Hiệu số giữa T(1589 cm-1) và T(1583 cm-1) phải lớn hơn 12.
T(2870 cm-1) - T(2851 cm-1) > 18
T(1589 cm-1) - T(1583 cm-1) > 12

48
2851
(
T
3060,0 (1,5) cm-1
2849,5 (1,5) cm-1
1942,9 (1,5) cm-1
1601,2 (1,0) cm-1
1583,0 (1,0) cm-1
1154,5 (1,0) cm-1
1028,3 (1,0) cm-1
CHUẨN HÓA MÁY QUANG PHỔ iR
Độ chính xác của thang số sóng

50
 Vùng nhóm chức = 4000 – 1300 cm-1
Chứa các vân hấp thu của hầu hết các dao động co dãn
của các nhóm chức như : -OH, >NH, -C=O-, >C=N-,
>C=C<…
 Vùng dấu vân tay (Vùng điểm chỉ) = 1300 - 910 cm-1
• Các vân hấp thu của dao động biến dạng của các liên kết
C-H, C-C, …
• Các dao động co dãn của các liên kết đơn C-C, C-N, C-O..
• Sự tương tác giữa các dao động này dẫn đến một dao
động «khung» đặc trưng cho dao động của toàn phân tử.
Vùng này phức tạp vì gồm rất nhiều vân hấp thu có số
sóng gần nhau và thường khó có thể qui kết, thường
dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là xác định nhóm
chức
PHÂN VÙNG PHỔ IR

51
 Vùng “nhân thơm”: 910 - 650 cm-1, chứa các vân hấp
thu của dao động biến dạng ngoài mặt phẳng của liên kết
C-H trong nhân thơm.
• Nhân thơm thế Ortho (4  CH kề nhau): 735 - 770 cm-1
• Nhân thơm thế Para (2  CH kề nhau): 800 – 860 cm-1
• Nhân thơm thế 5 lần (1  CH): 860 - 900 cm-1
• Nhân thơm thế Metha (3  CH kề nhau): 2 đỉnh
690 – 710 cm-1 và 750 - 810 cm-1
• Nhân thơm thế 1 lần (5  CH kề nhau): 2 đỉnh
690 – 710 cm-1 và 730 - 770 cm-1
PHÂN VÙNG PHỔ IR

BIỆN GIẢI PHỔ IR
52
 Căn cứ vào cấu trúc dự kiến, xác định các đỉnh hấp thu tương
ứng với kiểu dao động nào của nhóm chức
Phổ hồng ngoại là phương pháp chuẩn xác để định tính, vì mỗi
một chất thuốc chỉ cho một vùng "điểm chỉ" của phổ không
trùng lặp với phổ của những chất khác. Những đặc tính của phổ
hồng ngoại có thể được dùng như là phép thử hàng đầu để định
tính. Thường thì phép thử phổ hồng ngoại tự nó đã đủ tin cậy và
không cần thêm phép thử nào khác (DĐVN 4 – QĐ chung)
 Sắp xếp các đỉnh hấp thu theo chiều giảm dần của số sóng.
Đỉnh hấp thụ
(cm-1)
Cường độ Kiểu dao động Nhóm chức
1700
………..
………
m
tb
y
vs
s
>C=O

BIEÄN GIAÛI PHOÅ IR
54

BIEÄN GIAÛI PHOÅ IR
55
(sp3)

56
O-H và N-H đều có hấp
thụ tại ~ 3300 cm-1
nhưng hình dạng phổ
lại rất khác nhau:
• O-H peak rộng và tù
• N-H thì peak rộng
nhưng nhọn

57
=CH(sp2) = ~ > 3000 cm-1 CH(sp3) = ~ < 3000 cm-1

58
aceton ethanol
 (C=O) 1710  (OH) /  (OH) 3360 / 1440
 (CH3) 1470  (C-O) 1050

59
OH
OH
HO
O
O
HO
ascorbic acid
Soá soùng (cm-
1)
Dao ñoäng nhoùm chöùc
1653 (>C=O, a, b khoâng no)
1312 d (O-H)
1136 n (C-O)
1111 -C-O-C-
1026 -C-O-C-
990 g (>C=C<)
OH
OH
HO
O
O
HO
ascorbic acid

60
O
N
H
OH
paracetamol
O
N
H
OH
paracetamol
O
N
H
OH
paracetamol
Số sóng Nhóm chức
3151 (m) , -OH
1657 (m) , >CO-NH (ceton amid)
1612 (m) , >C=C< arom.
1565 (m)
1262 , Ar-N<
1227 , >N-H

63
ỨNG DỤNG TRONG KIỂM NGHIỆM
• Định tính
“ Phổ hồng ngoại là phương pháp chuẩn xác để
định tính, vì mỗi một chất thuốc chỉ cho một vùng
điểm chỉ của phổ không trùng lặp với phổ của
những chất khác. Những đặc tính của phổ hồng
ngoại có thể được dùng như là phép thử hàng
đầu để định tính. Thường thì phép thử phổ hồng
ngoại tự nó đã đủ tin cậy và không cần thêm
phép thử nào khác. Tuy nhiên, khi một sản phẩm
là một muối thì cần thiết thử thêm "ion đặc hiệu".
Những phép thử định tính tiếp theo trong mỗi
chuyên luận là để khẳng định lại về định tính của
phổ hồng ngoại đã làm trước. (DĐVN IV – QĐ
chung)

65
Ứng dụng trong kiểm nghiệm
 Định lượng
Phổ IR của CCl4

66
Đỉnh hấp thu Cường độ Nhóm chức
1548.7
1261.4
1097.4
1012.6
758.0
Y
M
Tb
Tb
rM
C-Cl
Si-CH
Si-O-Si
Si-O-Si
C-Cl
Phổ FTIR của
Simethicone
trong CCl4

Quang pho hong ngoai

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Quang pho hong ngoai

Similar to Quang pho hong ngoai (20)

More from Nguyen Thanh Tu Collection

More from Nguyen Thanh Tu Collection (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (19)

Quang pho hong ngoai