Vibrační spektrometrie

Instrumentace

Infračervená spektroskopie Disperzní přístroje Podobné UV/VIS, přístrojům Rozklad záření prošlého vzorkem na jednotlivé vlnočty Konstrukce Zdroj záření Vzorkový prostor Disperzní prvek Detektor

Infračervená spektroskopie Disperzní přístroje Monochromátor Mřížka Hranol Kombinace Často dvoupaprsková konstrukce

Infračervená spektroskopie Disperzní přístroje Nevýhody Nízký energetický průchod záření Čím kvalitnější monochromátor, tím větší ztráty Značná časová zátěž měření Nelze měřit vzorky silně absorbující Nemožné použití odrazných metod

Infračervená spektroskopie Přístroje s Fourierovou transformací Založeny na principu interferometru Rekombinace záření Nedochází k rozkladu záření Nutný laser

Infračervená spektroskopie FTIR Zdroje záření Tuhé polovodičové zářiče Proudové vyhřívání na vysokou teplotu Detektory Pyroelektrické články (deuterovaný triglycinsulfát, merkurokademnatý tellurid) Golayův pneumatický detektor

Infračervená spektroskopie Interferometr Michelsonův interferometr Dělič paprsků 2 zrcadla Rekombinace záření

Infračervená spektroskopie Fourierova tramsformace Nutnost znát polohu zrcadla He-Ne laser (632,8 nm)

Infračervená spektroskopie Výhody Malé energetické ztráty záření (Jacquinotova výhoda) Měření silně absorbujících vzorků Měření reflexními technikami Kratší doba měření spektra Nevýhoda Pouze jednopaprskové přístroje

Infračervená spektroskopie Měřící techniky Výběr vhodného optického materiálu Nesmí absorbovat záření v dané oblasti V MIR nepoužitelné sklo Nejčastěji halogenidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin Často velká rozpustnost ve vodě Výběr vhodného rozpouštědla Nemohou být polární látky – samy absorbují Nemohou být uhlovodíky Halogenované deriváty, sirouhlík

Infračervená spektroskopie Optický materiál Použitelná oblast (cm-1) Rozpustnost ve vodě NaCl 40 000 – 625 velmi dobře rozpustný KBr 40 000 – 385 CsI 40 000 – 500 CaF2 50 000 – 1 100 téměř nerozpustný BaF2 50 000 – 770 velmi málo rozpustný KRS-5 16 600 – 250 AgBr 20 000 – 285 ZnS 10 000 – 715 nerozpustný ZnSe 20 000 – 650 polyethylén 625 – 30 křemenné sklo 50 000 – 2 500 AMTIR (As/Se/Ge sklo) 11 000 – 750 Ge 5 500 – 870 Si 8 300 – 1 500 a 360 – 70 diamant 4 500 – 2 500 a 1 667 – 650

Infračervená spektroskopie Metody na průchod (transmisní) Paprsek prochází vzorkem a dopadá na detektor Plynové kyvety

Infračervená spektroskopie Transmisní techniky Kapalinové kyvety

Infračervená spektroskopie Transmisní techniky KBr tableta Nujolová suspenze

Infračervená spektroskopie Reflexní techniky (odrazné) ATR DRIFT SR

Infračervená spektroskopie Reflexní techniky – ATR Attenuated total reflectance, zeslabený totální odraz Úplný vnitřní odraz po průchodu krystalem o velkém indexu lomu Evanescentní vlna Závislost hloubky průniku: Vlnová délka Indexy lomu Úhel dopadu

Infračervená spektroskopie Reflexní techniky – ATR Hloubka průniku – desetiny až jednotky µm Těsný kontakt vzorku s krystalem Měření Kapalin, past, gelů Polymerní vrstvy Měkké práškovité vzorky

Infračervená spektroskopie Reflexní techniky - ATR Optický materiál Použitelná oblast (cm-1) Index lomu ZnSe 20 000 – 650 2,4 AMTIR (As/Se/Ge sklo) 11 000 – 750 2,5 Ge 5 500 – 870 4,0 Si 8 300 – 1 500 a 360 – 70 3,4 diamant 4 500 – 2 500 a 1 667 – 650

Infračervená spektroskopie Reflexní techniky – DRIFT Diffuse reflectance, difúzní reflexe Hlavně práškové vzorky Zvláštní nástavec Typy odraženého záření Spekulární Difúzně-spekulární Dufúzní Ředění vzorků neabsorbující látkou – prodloužení optické dráhy

Infračervená spektroskopie Reflexní techniky – DRIFT Jemnost pomletí vzorku Homogenita vzorku Kubelka-Munkovy jednotky Korekce difúzního spektra Nehodí se pro kvantitativní aplikace

Infračervená spektroskopie Reflexní techniky – SR Specular reflectance, zrcadlové odraz Studium povrchových vrstev lesklých pevných vzorků a tenkých filmů Úhly dopadu 30 – 80 ° Kramers-Krönigova korekce spekter Spekulárně-absorpční typ měření

Infračervená spektroskopie Reflexní techniky – SR

Ramanova spektroskopie Disperzní přístroje Zdroj záření Vzorkový prostor Filtr Monochromátor/ polychromátor Detektor

Ramanova spektroskopie Disperzní přístroje Striktně monochromatické intenzivní budící záření Lasery Laditelné S pevnou vlnovou délkou Kontinuální Pulsní

Ramanova spektroskopie Disperzní přístroje Výběr laseru Zajištění dostatečného odstupu signál/šum – více energetické záření Potlačení fluorescence – méně energetické záření Závisí na typu analyzovaných vzorků Možnost poškození vzorku

Ramanova spektroskopie Lasery Plynové i solid state He-Ne Iontový argonový Iontový kryptonový Nd-YAG (pulsní, neodymem dopovaný yttriohlinitý granát) Barvivové lasery

Ramanova spektroskopie Vzorkový prostor Optimální konstrukce pro maximální zisk rozptýleného záření Různé úhly zachycování záření 0° 90° 180°

Ramanova spektroskopie Filtr Odstraňuje Rayleighovu linii Notch filtry Pouze úzká linie Edge filtry Celá oblast

Ramanova spektroskopie Disperzní přístroje – monochromátor Problémem falešný rozptyl Co nejkvalitnější Dvojitá až trojitá holografická mřížka Konkávní mřížka

Ramanova spektroskopie Disperzní přístroje – detektory Viditelná oblast – nenáročné Fotonásobiče Jednokanálová detekce Skenovací přístroje Plošné polovodičové detektory (CCD) Polychromátory Vícekanálová detekce

Ramanova spektroskopie FT přístroje Často nástavce pro FTIR Budící záření v NIR oblasti Nd-YAG laser Většinou 90° uspořádání Navíc He-Ne laser NIR detektory

Ramanova spektroskopie

Ramanova spektroskopie Srovnání disperzních a FT přístrojů Výběr závisí na požadované aplikaci Disperzní jsou dražší NIR laser pro FT má nižší intenzitu, ale nedochází k fluorescenci Pokročilé metody vyžadují VIS oblast – disperzní přístroje

Ramanova spektroskopie Měřící techniky Kapalné vzorky skleněné/křemenné kyvely Tyndalův efekt Pevné látky Skleněné kapiláry Kovové kalíšky KBr tablety Držáky pro filmy ad. Plyny – velmi obtížné

Vibrační spektroskopie Přístroje FTIR

Vibrační spektroskopie Přístroje Raman

Vibrační spektroskopie A co dál?

Pro dnešek vše 